calcolatori elettronici ii lezione n. 17 – introduzione alle architetture parallele prof. gianni...

Calcolatori Elettronici IILezione n. 17 – Introduzione alle architetture parallele

Prof. Gianni ConteUniversità di Parma

CALCOLATORIELETTRONICI IICALCOLATORIELETTRONICI II



Obiettivi del corsoObiettivi del corso

Introduzionealle prossime

lezioni

Introduzionealle prossime

lezioni

Modelli computazionali Modelli computazionali

Tassonomia delle architetture parallele e distribuite

Tassonomia delle architetture parallele e distribuite

I clusters e le loro tecnologie I clusters e le loro tecnologie



D.E. Cueller, J.S. SinghD.E. Cueller, J.S. Singh

Parallel Computer ArchitectureParallel Computer Architecture

Morgan Kaufman Pub., 1999Morgan Kaufman Pub., 1999

Bibliografia del corsoBibliografia del corso



G.F. PfisterG.F. Pfister

In Search of ClustersIn Search of Clusters

Prentice Hall, 1998Prentice Hall, 1998




R. Buya, ed.R. Buya, ed.

High performance Cluster ComputingHigh performance Cluster Computing

Vol. 1 e Vol. 2 Prentice Hall, 1998Vol. 1 e Vol. 2 Prentice Hall, 1998




INTRODUZIONE ALLE

ARCHITETTURE PARALLELE

INTRODUZIONE ALLE

ARCHITETTURE PARALLELE



Argomenti della lezioneArgomenti della lezione

Classificazione di Enslow Classificazione di Enslow

Classificazione di Flynn Classificazione di Flynn

Architettura parallele Architettura parallele

Classificazione Classificazione



Architetture parallele

Architetture parallele



MotivazioniMotivazioni

Architetture paralleleArchitetture parallele

Molti problemi significativi hannonecessità di potenze di calcolo elevate

Molti problemi significativi hannonecessità di potenze di calcolo elevate

La potenza di calcolonon può crescere esclusivamenteper il miglioramento tecnologico

La potenza di calcolonon può crescere esclusivamenteper il miglioramento tecnologico



Applicazioni complesseApplicazioni complesse


Modelli predittivi e simulazioneModelli predittivi e simulazione

Automazione e CADAutomazione e CAD

Ricerche petrolifereRicerche petrolifere




Medicina e biologiaMedicina e biologia

Applicazioni militariApplicazioni militari

Multimedialità e applicazioni WEBMultimedialità e applicazioni WEB

Applicazioni complesseApplicazioni complesse



È necessaria capacità di elaborazioneperché le operazioni da svolgere

in breve tempo sono molte

È necessaria capacità di elaborazioneperché le operazioni da svolgere

in breve tempo sono molte


Ragioni che richiedonosistemi paralleli

per risolvere problemi complessi





È indispensabile disporre in lineadi memorie di grandi dimensioniÈ indispensabile disporre in lineadi memorie di grandi dimensioni








Si richiedono grandi capacità di I/OSi richiedono grandi capacità di I/O









In tutti i casi, si possono trovare soluzioni ricorrendo a sistemi

distribuiti o paralleli

In tutti i casi, si possono trovare soluzioni ricorrendo a sistemi

distribuiti o paralleli



ClassificazioneClassificazione



È possibile classificarele architetture distribuite

secondo criteri diversi

È possibile classificarele architetture distribuite

secondo criteri diversi

Classificazione di EnslowClassificazione di Enslow


(1980)(1980)

Classificazione di FlynnClassificazione di Flynn(1972)(1972)



Le classificazioninon hanno lo scopo di trovare

una collocazione precisa all'interno di una tassonomia a ogni sistema reale ma cercano di identificare

con chiarezza i problemie le alternative progettuali

Le classificazioninon hanno lo scopo di trovare

una collocazione precisa all'interno di una tassonomia a ogni sistema reale ma cercano di identificare

con chiarezza i problemie le alternative progettuali




La classificazione di Enslowche analizzaremo per prima

è più significativa da un puntodi vista concettuale mentrela classificazione di Flynnpur essendo meno precisa

è assai più nota

La classificazione di Enslowche analizzaremo per prima

è più significativa da un puntodi vista concettuale mentrela classificazione di Flynnpur essendo meno precisa

è assai più nota





Che cosa è distribuitoin un sistema

Che cosa è distribuitoin un sistema

ElaborazioneElaborazione

DatiDati

ControlloControllo




La classificazione di Enslow collocale architetture in uno spazio tridimensionale

La classificazione di Enslow collocale architetture in uno spazio tridimensionale

Un sistema è completamente distribuito se lo è nelle tre dimensioni

Un sistema è completamente distribuito se lo è nelle tre dimensioni




Unità di elaborazione singolaUnità di elaborazione singola

Unità di elaborazione singolama con più unità funzionali

Unità di elaborazione singolama con più unità funzionali

Unità di elaborazione multipleomogenee o eterogenee

Unità di elaborazione multipleomogenee o eterogenee

Distribuzione della elaborazioneDistribuzione della elaborazione




Base di dati centralizzataBase di dati centralizzata

Base di dati distribuita fisicamente con direttorio centralizzato

Base di dati distribuita fisicamente con direttorio centralizzato

Base di dati distribuita fisicamente senza direttorio centralizzato

Base di dati distribuita fisicamente senza direttorio centralizzato

Distribuzione dei datiDistribuzione dei dati




Punto di controllo unicoPunto di controllo unico

Relazioni di tipo master-slave statiche o dinamiche

Relazioni di tipo master-slave statiche o dinamiche

Punti di controllo autonomie/o cooperanti

Punti di controllo autonomie/o cooperanti

ControlloControllo




DatiDati

ElaborazioneElaborazioneControlloControllo

Personal ComputerPersonal Computer

InternetInternet



Un sistema di elaborazione operasu (un flusso di) dati in base a(un flusso di) istruzioni acquisitedalla memoria

Un sistema di elaborazione operasu (un flusso di) dati in base a(un flusso di) istruzioni acquisitedalla memoria

È possibile una classificazione basata sul grado di parallelismo dei due flussi

È possibile una classificazione basata sul grado di parallelismo dei due flussi

Classificazione di FlynnClassificazione di Flynn



Singolo flusso di Istruzioni Singolo flusso di Istruzioni SISDSISD


Singolo flusso di DatiSingolo flusso di Dati

Singolo flusso di Istruzioni Singolo flusso di Istruzioni SIMDSIMD

Flusso di Dati MultiploFlusso di Dati Multiplo



Flusso di Istruzioni Multiplo Flusso di Istruzioni Multiplo MISDMISD


Singolo flusso di DatiSingolo flusso di Dati

Flusso di Istruzioni Multiplo Flusso di Istruzioni Multiplo MIMDMIMD

Flusso di Dati MultiploFlusso di Dati Multiplo




I/OI/O IstruzioniIstruzioni DatiDati

IstruzioniIstruzioni

CONTRCONTR ELAB.ELAB. MEM.MEM.

SISDSISD

Architettura tradizionale con singola CPUche elabora una istruzione alla volta

operando su un dato alla volta

Architettura tradizionale con singola CPUche elabora una istruzione alla volta

operando su un dato alla volta



SIMDSIMD

Più CPU operano in modo sincronoeseguendo la stessa istruzione

su dati diversi

Più CPU operano in modo sincronoeseguendo la stessa istruzione

su dati diversi

I/OI/O


CONTRCONTR

DatiDatiELAB1ELAB1 MEM1MEM1

ELABnELABn MEMnMEMn

•••

•••

Elab. ospite

Elab. ospite

Elab. ospite

Elab. ospite

IstruzioniIstruzioni DatiDati



Il medesimo flusso di dati vieneelaborato da un insieme di processori

che eseguono istruzioni diverse

Il medesimo flusso di dati vieneelaborato da un insieme di processori

che eseguono istruzioni diverse

MISDMISD

I/OI/O



ELAB1ELAB1

MEMDATI

EPROG

MEMDATI

EPROG

DatiDatiELAB2ELAB2 • • •

CONTRnCONTRn

ELABnELABn

CONTR2CONTR2CONTR1CONTR1

DatiDati



Unità di elaborazione diverse eseguonoistruzioni diverse su dati diversi

Unità di elaborazione diverse eseguonoistruzioni diverse su dati diversi

MIMDMIMD

I/OI/O



CONTRCONTR

DatiDatiELAB1ELAB1

MEMMEM

DatiDatiELABnELABn

•••

CONTRCONTR

COMUNE

COMUNE



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