Multiprocesador

La idea principal de los sistemas de multiprocesadores es lograr la unión de los procesadores de forma tal que trabajen como si se tratase de una única computadora, en la cual se encuentran reunidas las capacidades de procesamiento de todos los procesadores y claro esta del resto de los recursos asociados a estos, como lo es la RAM, la memoria secundaria y los dispositivos de entrada y salida.
Los sistemas de multiprocesamiento tradicionales tienen de 2 a 128 procesadores. Más allá de ese número (y este límite superior sigue aumentando) de sistemas de multiprocesamiento se convierten en procesadores paralelos. Los sistemas de multiprocesamiento permiten que diferentes hilos funcionen en diferentes procesadores. Esta capacidad acelera considerablemente el funcionamiento de programa. Ahora dos hilos pueden funcionar más o menos independientemente uno de otro sin requerir que el hilo intercambia para conseguir los recursos del procesador. Los sistemas operativos de multiprocesador son en sí mismos con hilos múltiples y generan también hilos que pueden funcionar en los procesadores separados para mejor provecho.
Un sistema operativo multiproceso se refiere al número de procesadores del sistema, que es más de uno y éste es capaz de usarlos todos para distribuir su carga de trabajo. Generalmente estos sistemas trabajan de dos formas: simétrica o asimétricamente.
Cuando se trabaja de manera simétrica, los procesos o partes de ellos (threads) son enviados indistintamente a cualquiera de los procesadores disponibles, teniendo, teóricamente, una mejor distribución y equilibrio en la carga de trabajo bajo este esquema. Se dice que un thread es la parte activa en memoria y corriendo de un proceso, lo cual puede consistir de un área de memoria, un conjunto de registros con valores específicos, la pila y otros valores de contexto. Un aspecto importante a considerar en estos sistemas es la forma de crear aplicaciones para aprovechar los varios procesadores.

 

Los Motivos para usar un Sistema Multiprocesador son Variados, como son los Siguientes:
– Rendimiento y potencia de calculo. Al ejecutar los programas de forma paralela.
– Tolerancia a fallos. La redundancia natural de un sistema Multiprocesador permite transferir un proceso a otros procesadores en caso de fallo.
– Flexibilidad.Los sistemas Multiprocesador pueden reconfigurarse dinámicamente para adaptarse a las cargas de trabajo.
– Escalabilidad. Se pueden añadir nuevos módulos para incrementar la potencia de calculo.
Algod Unisex Ligero Unisex Algod Adulto Ligero Adulto Adulto Algod Ligero Ligero Adulto Algod Unisex Unisex – Especialización funcional. Se pueden agregar procesadores de diseño especifico para dedicarse a una determinada tarea.
Clasificación de Los Multiprocesadores:
Se clasifican de acuerdo a la clasificación de Arquitecturas  Paralelas propuesto por Flynn. En el cual se toman como componentes el flujo de instrucciones y la cantidad de datos, creando los siguientes elementos:
– SI.- Flujo de instrucciones simple.
Algod Algod Ligero Adulto Unisex Ligero Unisex Algod Unisex Adulto Ligero Ligero Adulto Algod Adulto Unisex – MI.- Flujo de instrucciones múltiple.
– SD.- Un dato simple.
– MD.- Datos múltiples.
Con lo cual se produce la siguiente Clasificación:
SISD: Sistemas monoprocesador. Puede tener características del procesamiento concurrente. La carga de instrucciones y la ejecución segmentada de instrucciones son ejemplos comunes encontrados en las computadoras SISD más modernas.
SIMD: Consisten en instrucciones que aplican una misma operación sobre un conjunto más o menos grande de datos. Es una organización que influye muchas unidades de procesamiento bajo la supervisión de una unidad de control común. Es decir, una única unidad de control despacha las instrucciones a diferentes unidades de procesamiento. Todos los procesadores reciben la misma instrucción de la unidad de control, pero operan sobre diferentes conjuntos de datos. Es decir la misma instrucción es ejecutada de manera sincronizada por todas las unidades de procesamientos.
MISD: Es un tipo de arquitectura de computación paralela donde muchas unidades funcionales realizan diferentes operaciones en los mismos datos.Las arquitecturas segmentadas pertenecen a este tipo, aunque un purista podría decir que los datos son diferentes después de ser procesados por cada etapa en el pipeline.
Las máquinas tolerantes a fallos ejecutan la misma instrucción redundantemente para detectar y corregir errores, utilizando task replicación , son consideradas de este tipo. Para MIMD y SIMD. Específicamente, facilitan el escalamiento y el uso de recursos computacionales mejor que MISD.
MIMD: Es una técnica empleada para lograr paralelismo. Las máquinas que usan MIMD tienen un número de procesadores que funcionan asíncronos e independientemente. En cualquier momento, cualquier procesador puede ejecutar diferentes instrucciones sobre distintos datos.
La arquitectura MIMD puede utilizarse en una amplia gama de aplicaciones como el diseño asistido, simulación, modelado y en interruptores. Las computadoras MIMD pueden categorizarse por tener memoria compartida o distribuida, clasificación que se basa en cómo el procesador MIMD accede a la memoria. La memoria compartida de las máquinas puede estar basada en buses, extensiones, o de tipo jerárquico. Las máquinas con memoria distribuida pueden tener esquemas de interconexión en hipercubo o malla.
Los Multiprocesadores del modelo MIMD pueden ser clasificados a su vez en:
Algod Adulto Ligero Adulto Adulto Ligero Algod Unisex Unisex Unisex Adulto Unisex Ligero Ligero Algod Algod – Fuertemente acoplados.- Cuando existe memoria global.
Adulto Ligero Adulto Unisex Ligero Algod Ligero Ligero Algod Unisex Unisex Adulto Adulto Algod Unisex Algod -Débilmente acoplados.- Cuando en lugar de memoria global se usa memoria privada.
Una memoria global indica que todos los procesadores acceden a una misma memoria común, mientras que la memoria privada indica que cada procesador posee su propia memoria y que ninguno de los procesadores tiene acceso a la memoria de otro procesador.
Tipos de Sistemas Operativos Multiprocesadores:
Existen 3 tipos básicos de sistemas operativos multiprocesadores:
*-Supervisores separados.
*-Maestro / Esclavo.
Unisex Algod Algod Algod Adulto Adulto Unisex Unisex Adulto Ligero Adulto Ligero Ligero Algod Ligero Unisex *-Simetríco.
Supervisores Separados:
En estos sistemas operativos, cada procesador cuenta con un sistema operativo que gestiona de forma local, la memoria, los dispositivos de entrada y salida, de tal forma que cada procesador funciona como un sistema independiente y solo se deben añadir algunas estructuras de datos para permitir la comunicación entre estos sistemas.
Para la sincronización de los procesos, cuando se requiere de llevar a cabo procesos en paralelo es posible implementar primitivas de paso de mensajes.
El paralelismo dentro de las aplicaciones se logra dividiendo las operaciones en subtareas que serán asignadas a distintos procesadores de forma estática, por un computador aparte.
La asignación estática de los procesos supone un problema en términos de rendimiento debido a que no se pueden equilibrar las cargas de trabajo excesivo o imprevistas.
Maestro / Esclavo:
Algod Adulto Unisex Ligero Ligero Adulto Algod Unisex Algod Unisex Adulto Unisex Adulto Ligero Algod Ligero Tal y como su nombre lo indica, en este tipo de  sistema operativo se designa un procesador maestro en el que se encarga de ejecutar el sistema operativo, ejecutando los trabajos de planificación, controlando a todos los procesadores esclavos.
La ejecución de programas en paralelo es posible dado que el procesador maestro planifica y divide las operaciones entre los procesadores esclavos,
La característica principal de este modelo es también su debilidad, ya que el hecho de tener un solo procesador maestro ocasiona un cuello de botella, ya que el procesador maestro solo puede manejar un cierto numero de procesadores esclavos con eficiencia.
Simétrico:
En este tipo de organización todos los procesadores son funcionalmente idéntico, es decir todos poseen acceso a todos los recursos del sistema, pero si por el contrario topamos con que solo algunos pueden acceder a los recursos como los dispositivos de entrada y salida entonces estamos hablando de un sistema asimétrico.
Algod Adulto Algod Unisex Unisex Adulto Unisex Ligero Algod Adulto Ligero Ligero Algod Ligero Unisex Adulto Algod Adulto Algod Unisex Algod Algod Unisex Unisex Ligero Adulto Adulto Adulto Ligero Ligero Ligero Unisex En los sistemas simétricos cualquier procesador puede ejecutar el sistema operativo, logrando incluso ejecutar el sistema operativo de forma paralela.

 

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 Que es Paralelismo.

      El paralelismo se basa en la informática, es una función que realiza el procesador para ejecutar varias tareas al mismo tiempo. Es decir, puede realizar varios cálculos simultáneamente, basado en el principio de dividir los problemas grandes para obtener varios problemas pequeños, que son posteriormente solucionados en el paralelo.  El paralelismo se ha utilizado para muchas temáticas diferentes, desde bioinformática para hacer plegamientos de proteínas, hasta economía para hacer simulaciones en matemáticas financieras.

Tipos de Paralelismo Informática.

Nivel Bit:

Se basa en el tamaño de la palabra que es capaz de manejar el procesador
1- 8 bits.
2- 16 bits.
3- 2 bits.
4- 64 bits …..
Mientras más grande el tamaño de la palabra menos instrucciones ejecuta el procesador para realizar una operación determinada.

Nivel Instrucción:

Son mecanismos de la arquitectura son utilizados entonces para ejecutar este tipo de paralelismo:
1-Predicción de ramificaciones del flujo.

2-Predicción de precedencia de memoria.

3-Renombramiento de registros.

4-Ejecución especulativa.
5-Ejecución desordenada.
 6-Superscalar.
7-Pipelining.
Un pipeline canonivo de cinco etapas en una maquina RISC (IF= Pedido de Instruccion, ID= Decocdificacion de Instruccion, EX= Ejecutar, MEM= Acceso a la memoria, WB= Escritura.)

Un procesador superescalar con pipeline de cinco etapas, capaz de ejecutar dos instrucciones en cada etapa del pipeline, para un total de hasta 10 instrucciones( se muestra en verde) Eejecutadas simultaneamente.

Nivel de Datos:

Este tipo de paralelismo se enfoca en la distribución de los datos entre varios procesadores.Se conoce también como paralelismo a nivel de lazos (loop-level paralelismo).

 Nivel Tarea:

 – En este caso un programa paralelo que ejecuta cálculos distintos sobre el mismo conjunto de datos o sobre datos diferentes.
Adulto Adulto Algod Ligero Ligero Ligero Unisex Adulto Algod Ligero Unisex Algod Unisex Algod Unisex Adulto – El paralelismo funcional generalmente no escala con el tamaño del problema.
– El paralelismo o procesamiento paralelo ha sido empleado durante muchos años, sobre todo para la computación de alto rendimiento. Teniendo en cuenta las generaciones de procesadores y sus características.
– Obtener distintos resultados a partir de un mismo conjunto de datos, por ejemplo: Para una matriz hallar,El determinante,La traspuesta,La inversa.

Adulto Algod Ligero Ligero Unisex Adulto Ligero Unisex Unisex Algod Adulto Algod Ligero Unisex Algod Adulto Desventajas:

*-Requieren de un gran número de ciclos de procesamiento o acceso a una gran cantidad de datos.
*-Encontrar un hardware y un software que permitan brindar estas utilidades comúnmente proporciona inconvenientes de costos, seguridad y disponibilidad.

Ventajas:

*-Brinda a las empresas, instituciones y usuarios en general el beneficio de la velocidad.
*-Ventajas competitiva, para una mejora de los tiempos para la producción de nuevos productos y servicios.
*-Colaboración y flexibilidad operacional.

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