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Arquitetura de Computadores Universidade de São Paulo Dr. Jorge Luiz e Silva
Arquiteturas  Multiprocessadores Sistemas de Interconexão Sistemas Multiprocessadores Sistemas Multicomputadores
Sistemas de Interconexão ,[object Object]
Os sistemas de interconexão, também chamados de redes, podem ser classificados em estáticos ou dinâmicos, para sistemas multicomputador e multiprocessador respectivamente.,[object Object]
 formados por conexões ponto-a-ponto, que não mudam durante a execução de programas.
 Em geral temos conexões fixas a um sistema central, ou múltiplos computadores (nós) em um sistema distribuído.
 Redes Dinâmicas
  Podem ser dinamicamente configurada conforme demanda de comunicação durante execução de programas.
 Barramentos, comutadores crossbar, redes multi-estágio, geralmente utilizados em memória compartilhada.,[object Object]
 O número de links incidentes a um nó é chamado de grau do nó.,[object Object]
 Rede unidimensional onde N nós são conectados por N-1 links em uma linha.
 Mais simples tecnologia de conexão.
 O sistema perde em eficiência quando N se torna grande.
 Anel
 Um array linear formando um circulo.
 Pode ser unidirecional ou bidirecional.
 É um sistema simétrico de grau 2
 Aumentando o grau para 3 ou 4 temos um Anel em forma de colar.
 Extremo é uma rede completamente conectada.,[object Object]
Redes de Interconexão Estática ,[object Object]
 Árvore Binária com máximo grau 3
 Árvore Binária FAT - capacidade de transmissão no canal aumenta das folhas para a raiz. É  uma solução para o maior problema em  uma árvore binária comum, onde o gargalo do sistema é justamente na raiz, onde o transito de mensagens passa a ser maior.
 Malhas
 Muito utilizados em máquinas comerciais Illiac IV, MPP, DAP, CM-2 e Intel Paragon.
 Alguns modelos misturam anel com malhas. (Illiacmesh, e Torus),[object Object]
Redes de Interconexão Estática ,[object Object]
 Em geral utilizado para implementar algoritmos pré-definidos como multiplicação de matrizes.
 Como um exemplo podemos assumir um modelo onde os nós interiores tenham grau 6.
 Muito utilizado em aplicações como sinal/imagem, podendo oferecer melhor resultados de performance.
Hipercubos,[object Object]
Redes de Interconexão Dinâmica ,[object Object]
 Conjunto de fios e conectores para transferência de dados entre processadores, módulos de memória, e dispositivos periféricos.
 Usado somente para uma transmissão por vez por um elemento (Mestre) para um elemento (Escravo)
 Para múltiplas requisições, um sistema de arbitragem deve decidir quem utilizará o barramento.
 Também chamado de barramento por contenção,[object Object]
Redes de Interconexão Dinâmica ,[object Object]
 Um comutador a×b tem uma entrada a e uma saída b.
Um comutador binário corresponde a 2×2 com a=b=2.
 Podemos ter várias configurações para os comutadores.
 Cada entrada pode ser conectado a uma ou mais saídas, mas não muitas entradas a uma única saída.
 Se mapeamos apenas um-para-um, chamamos o módulo de n×nCrossbar. Ex: 2×2 crossbar podemos conectar  direto ou cruzado.,[object Object]
Redes de Interconexão Dinâmica ,[object Object]
 Alguns comutadores a×b são utilizados em estágios diferentes.
 Conexão inter-estágio são fixas
 As conexões entre entrada e saída dos comutadores podem ser dinamicamente estabelecido.

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Aula 5 de Arquitetura de Computadores

  • 1. Arquitetura de Computadores Universidade de São Paulo Dr. Jorge Luiz e Silva
  • 2. Arquiteturas Multiprocessadores Sistemas de Interconexão Sistemas Multiprocessadores Sistemas Multicomputadores
  • 3.
  • 4.
  • 5. formados por conexões ponto-a-ponto, que não mudam durante a execução de programas.
  • 6. Em geral temos conexões fixas a um sistema central, ou múltiplos computadores (nós) em um sistema distribuído.
  • 8. Podem ser dinamicamente configurada conforme demanda de comunicação durante execução de programas.
  • 9.
  • 10.
  • 11. Rede unidimensional onde N nós são conectados por N-1 links em uma linha.
  • 12. Mais simples tecnologia de conexão.
  • 13. O sistema perde em eficiência quando N se torna grande.
  • 15. Um array linear formando um circulo.
  • 16. Pode ser unidirecional ou bidirecional.
  • 17. É um sistema simétrico de grau 2
  • 18. Aumentando o grau para 3 ou 4 temos um Anel em forma de colar.
  • 19.
  • 20.
  • 21. Árvore Binária com máximo grau 3
  • 22. Árvore Binária FAT - capacidade de transmissão no canal aumenta das folhas para a raiz. É uma solução para o maior problema em uma árvore binária comum, onde o gargalo do sistema é justamente na raiz, onde o transito de mensagens passa a ser maior.
  • 24. Muito utilizados em máquinas comerciais Illiac IV, MPP, DAP, CM-2 e Intel Paragon.
  • 25.
  • 26.
  • 27.
  • 28. Em geral utilizado para implementar algoritmos pré-definidos como multiplicação de matrizes.
  • 29. Como um exemplo podemos assumir um modelo onde os nós interiores tenham grau 6.
  • 30. Muito utilizado em aplicações como sinal/imagem, podendo oferecer melhor resultados de performance.
  • 31.
  • 32.
  • 33. Conjunto de fios e conectores para transferência de dados entre processadores, módulos de memória, e dispositivos periféricos.
  • 34. Usado somente para uma transmissão por vez por um elemento (Mestre) para um elemento (Escravo)
  • 35. Para múltiplas requisições, um sistema de arbitragem deve decidir quem utilizará o barramento.
  • 36.
  • 37.
  • 38. Um comutador a×b tem uma entrada a e uma saída b.
  • 39. Um comutador binário corresponde a 2×2 com a=b=2.
  • 40. Podemos ter várias configurações para os comutadores.
  • 41. Cada entrada pode ser conectado a uma ou mais saídas, mas não muitas entradas a uma única saída.
  • 42.
  • 43.
  • 44. Alguns comutadores a×b são utilizados em estágios diferentes.
  • 46. As conexões entre entrada e saída dos comutadores podem ser dinamicamente estabelecido.
  • 48. 16 × 16 comutador (2×2) com 4 estágios
  • 49.
  • 50.
  • 51.
  • 52. Rede de um único estágio construído com comutadores unários em cada crosspoint.
  • 53.
  • 54.
  • 55. Em geral processamento paralelo demandam sistemas de interconexão que permitam comunicação rápida entre processadores, memória compartilhada, e dispositivos periféricos.
  • 56. Nesse sentido são muito utilizados: Barramentos, Comutadores Crossbar, e Redes Multi-estágio.
  • 57. Em uma arquitetura genérica, pode-se combinar estruturas UMA, NUMA, e COMA.
  • 58.
  • 59.
  • 60. Síncrono ou Assíncrono. Nas redes síncronas, existe um relógio global que sincroniza todas as atividades da rede. Nas redes assíncronas, mecanismos como HandShaking são utilizados para a comunicação.
  • 61. Circuitos de Comutação ou Pacotes de Comutação
  • 62. Circuitos de Comutação são caminhos definidos entre dois elementos que permanecem ligados enquanto existir mensagens.
  • 63.
  • 64. Centralizado ou Distribuído.
  • 65. Centralizado: controlador global recebe requisições de todos os dispositivos ligados à rede e permite acesso à rede a um ou mais dispositivos.
  • 66.
  • 67. Consiste de barramentos conectando vários sistemas em um computador.
  • 68.
  • 69. Linhas de endereços, dados, e alguns dispositivos I/O
  • 71. Implementados em placas de circuito impresso, onde são colocados alguns conectores para conectar placas diferentes. (Ex: VME bus) 26
  • 72. 27
  • 73. 28
  • 74. 29
  • 75.
  • 76. Todo processador pode enviar requisições de memória independentemente e assincronamente o que implica em conflitos no acesso mas a cada vez um é atendido.30
  • 77.
  • 78. Cada crosspoint tem um hardware específico para essa conexão.
  • 79. Além disso, cada crosspoint possui linhas de endereços, dados, e controle, similar a um pequeno barramento.
  • 80. Se n e m são grandes, o hardware começa a ficar proibitivo.31
  • 81. 32
  • 82.
  • 83. Memórias Multiporto resolve o problema.
  • 84. Idéia é mover todos os crosspoint e funções de comutação associados a cada módulo de memória para um controlador de memória. 33
  • 85. 34
  • 86.
  • 87. Roteamento é definido através do endereço destino
  • 88. Quando o bit de mais alta ordem no destino é 0, um comutador 2×2 conecta a entrada na saída superior. Se 1 o comutador conecta a entrada na saída inferior.
  • 89. Supondo uma conexão da entrada 001 com a saída 011. Envolverá os comutadores A, B e C conforme descrito na figura a seguir.35
  • 90. 36
  • 91.
  • 92. Mecanismos fixos de interconexão
  • 93. Mecanismos de comunicação por troca de mensagens.
  • 94. Primeira Geração: i80286, 512Kbytes de memória local em cada nó e 8 portos de I/º
  • 95. Segunda Geração: i860, ou Processadores implementados em VLSI, com diferentes quantidades de nós.
  • 96. Gerações Futuras: VLSI implementando nós com vários processadores, roteadores e memórias em um único Chip.37
  • 97. 38
  • 98. 39
  • 99.
  • 100. Mensagem podem ser divididas em pacotes de comprimento fixo, ou variável.
  • 101. Pacote é uma unidade básica contendo endereço destino para roteamento.
  • 102. Como pacotes podem alcançar o destino assincronamente, é necessário identificar cada pacote para permitir a remontagem das mensagens.40
  • 103. 41
  • 104.
  • 105. Cada nó possui um buffer para um pacote.
  • 106. Um pacote é transmitido de um nó fonte para um nó destino através de nós intermediários.42
  • 107. 43
  • 108.
  • 109. Todos os Flits em um mesmo pacote são transmitidos em ordem em um mecanismo pipeline de recepção de flits.
  • 110. Somente o header flit sabe onde o pacote deve ir, e todos os flits de dados seguem esse header flit, o que significa um caminho pré-definido.
  • 111. Uma simbologia seria um trem cujo header flit é a máquina e os outros flits são os vagões. 44
  • 112. 45
  • 113. 46