Procesadores Matriciales SIMD

ÍNDICE

Págs

ÍNDICE……………………………………………………………….1

INTRODUCCIÓN……………………………………………………2

CAPÍTLO I

DEFINICIÓN DE ARQUITECTURAS SIMD……………………...3

CAPÍTLO II

ORGANIZACIÓN DE LAS COMPUTADORAS SIMD…………...8

CAPITULO III

3.1 PROCESADORES ARRAY

DE ESTRUCTURA BIT-PLANE…………………………………..13

3.2 ARQUITECTURA DE PROCESADORES

ARRAY DE MEMORIA ASOCIATIVA………………………........14

3.3 SYSTOLIC ARRAYS (SISTÓLICOS)………………………...16

CAPÍTULO IV

MODELOS COMERCIALES Y CAMPO DE APLICACIÓN

DE LOS PROCESADORES MATRICIALES…………………….27

CONCLUSIÓN……………...……………………………………….39

BIBIOGRAFÍA…..…………………………………………………...40

ANEXOS…..…………………………………………………………41

INTRODUCCIÓN

En el presente trabajo práctico se abordará sobre el estudio de los Procesadores Matriciales SIMD, siglas en inglés que significan Flujo de instrucción simple y flujo de datos múltiple. La forma SIMD de procesamiento paralelo, es también llamada Array Processor y está especialmente diseñada para realizar cómputos vectoriales sobre matrices o arrays de datos. Es por ello que su uso es apropiado para resolver problemas numéricos que se puedan expresar en formato vectorial o matricial. El objetivo de este trabajo es presentar de una forma clara por medio de una investigación documental los conceptos y aplicaciones de las Arquitecturas SIMD, ello para ampliar o reforzar los conocimientos sobre este tipo de computadores y cumplir con las exigencias del objetivo 8 de la unidad 8, del módulo III de la asignatura Arquitectura del Computador (código 333). A continuación, para cumplir con el objetivo mencionado, se desarrollarán los siguientes puntos esbozados en capítulos: Capítulo I: DEFINICIÓN DE ARQUITECTURAS SIMD, Capítulo II: ORGANIZACIÓN DE LAS COMPUTADORAS SIMD, Capítulo III:subdividido en 3.1 PROCESADORES ARRAY DE ESTRUCTURA BIT-PLANE, 3.2 ARQUITECTURA DE PROCESADORES ARRAY DE MEMORIA ASOCIATIVA, 3.3 SYSTOLIC ARRAYS (SISTÓLICOS) y Capítulo IV: MODELOS COMERCIALES Y CAMPO DE APLICACIÓN DE LOS PROCESADORES MATRICIALES.

CAPÍTULO I

DEFINICIÓN DE ARQUITECTURAS SIMD

Antes de dar una definición de la arquitectura SIMD, veremos la clasificación de los Sistemas Paralelos, propuesta por Michael Flynn en 1966, aunque esta clasificación no cubre todas las posibles arquitecturas, proporciona una importante penetración en varias arquitecturas de computadoras y es la más popular, está basada en la clasificación atendiendo al flujo de datos e instrucciones en un sistema. Un flujo de instrucciones es el conjunto de instrucciones secuenciales que son ejecutadas por un único procesador, y un flujo de datos es el flujo secuencial de datos requeridos por el flujo de instrucciones. Con estas consideraciones, Flynn clasifica los sistemas en cuatro categorías:

1.- SISD (Single Instruction stream, Single Data stream) Flujo único de instrucciones y flujo único de datos. Este el concepto de arquitectura serie de Von Neumann donde, en cualquier momento, sólo se está ejecutando una única instrucción. A menudo a los SISD se les conoce como computadores serie escalares. Todas las máquinas SISD poseen un registro simple que se llama contador de programa que asegura la ejecución en serie del programa. Conforme se van leyendo las instrucciones de la memoria, el contador de programa se actualiza para que apunte a la siguiente instrucción a procesar en serie. Prácticamente ningún computador puramente SISD se fabrica hoy en día ya que la mayoría de procesadores modernos incorporan algún grado de paralelización como es la segmentación de instrucciones o la posibilidad de lanzar dos instrucciones a un tiempo (superescalares).

2.- MISD (Multiple Instruction stream, Single Data stream) Flujo múltiple de instrucciones y único flujo de datos. Esto significa que varias instrucciones actúan sobre el mismo y único trozo de datos. Este tipo de máquinas se pueden interpretar de dos maneras. Una es considerar la clase de maquinas que requerirían que unidades de procesamiento diferentes recibieran instrucciones distintas operando sobre los mismos datos. Esta clase de arquitectura ha sido clasificada por numerosos arquitectos de computadores como impracticable o imposible, y en estos momentos no existen ejemplos que funcionen siguiendo este modelo. Otra forma de interpretar los MISD es como una clase de máquinas donde un mismo flujo de datos fluye a través de numerosas unidades procesadoras. Arquitecturas altamente segmentadas, como los arrays sistólicos o los procesadores vectoriales, son clasificados a menudo bajo este tipo de máquinas. Las arquitecturas segmentadas, o encauzadas, realizan el procesamiento vectorial a través de una serie de etapas, cada una ejecutando una función particular produciendo un resultado intermedio. La razón por la cual dichas arquitecturas son clasificadas como MISD es que los elementos de un vector pueden ser considerados como pertenecientes al mismo dato, y todas las etapas del cauce representan múltiples instrucciones que son aplicadas sobre ese vector.

3.- SIMD (Single Instruction stream, Multiple Data stream) Flujo de instrucción simple y flujo de datos múltiple. Esto significa que una única instrucción es aplicada sobre diferentes datos al mismo tiempo. En las máquinas de este tipo, varias unidades de procesado diferentes son invocadas por una única unidad de control. Al igual que las MISD, las SIMD soportan procesamiento vectorial (matricial) asignando cada elemento del vector a una unidad funcional diferente para procesamiento concurrente.

Por ejemplo, el cálculo de la paga para cada trabajador en una empresa, es repetir la misma operación sencilla para cada trabajador; si se dispone de una arquitectura SIMD esto se puede calcular en paralelo para cada trabajador. Por esta facilidad en la paralelización de vectores de datos (los trabajadores formarían un vector) se les llama también procesadores matriciales.

4.- MIMD (Multiple Instruction stream, Multiple Data stream) Flujo de instrucciones múltiple y flujo de datos múltiple. Son máquinas que poseen varias unidades procesadoras en las cuales se pueden realizar múltiples instrucciones sobre datos diferentes de forma simultánea. Las MIMD son las más

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