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Calcolatori Elettronici IILezione n. 17 – Introduzione alle architetture parallele
Prof. Gianni ConteUniversità di Parma
CALCOLATORIELETTRONICI II
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Obiettivi del corso
Introduzionealle prossime
lezioni
Modelli computazionali
Tassonomia delle architetture parallele e distribuite
I clusters e le loro tecnologie
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D.E. Cueller, J.S. Singh
Parallel Computer Architecture
Morgan Kaufman Pub., 1999
Bibliografia del corso
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G.F. Pfister
In Search of Clusters
Prentice Hall, 1998
Bibliografia del corso
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R. Buya, ed.
High performance Cluster Computing
Vol. 1 e Vol. 2 Prentice Hall, 1998
Bibliografia del corso
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INTRODUZIONE ALLE
ARCHITETTURE PARALLELE
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Argomenti della lezione
Classificazione di Enslow Classificazione di Flynn
Architettura parallele Classificazione
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Architetture parallele
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Motivazioni
Architetture parallele
Molti problemi significativi hannonecessità di potenze di calcolo elevate
La potenza di calcolonon può crescere esclusivamenteper il miglioramento tecnologico
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Applicazioni complesse
Architetture parallele
Modelli predittivi e simulazione
Automazione e CAD
Ricerche petrolifere
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Architetture parallele
Medicina e biologia
Applicazioni militari
Multimedialità e applicazioni WEB
Applicazioni complesse
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È necessaria capacità di elaborazioneperché le operazioni da svolgere
in breve tempo sono molte
Architetture parallele
Ragioni che richiedonosistemi paralleli
per risolvere problemi complessi
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È indispensabile disporre in lineadi memorie di grandi dimensioni
Architetture parallele
Ragioni che richiedonosistemi paralleli
per risolvere problemi complessi
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Si richiedono grandi capacità di I/O
Architetture parallele
Ragioni che richiedonosistemi paralleli
per risolvere problemi complessi
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Architetture parallele
In tutti i casi, si possono trovare soluzioni ricorrendo a sistemi
distribuiti o paralleli
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Classificazione
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È possibile classificarele architetture distribuite
secondo criteri diversi
Classificazione di Enslow
Classificazione
(1980)Classificazione di Flynn
(1972)
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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
Classificazione
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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
Classificazione
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Classificazione di Enslow
Che cosa è distribuitoin un sistema
ElaborazioneDati
Controllo
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Classificazione di Enslow
La classificazione di Enslow collocale architetture in uno spazio tridimensionale
Un sistema è completamente distribuito se lo è nelle tre dimensioni
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Classificazione di Enslow
Unità di elaborazione singolaUnità di elaborazione singolama con più unità funzionali
Unità di elaborazione multipleomogenee o eterogenee
Distribuzione della elaborazione
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Classificazione di Enslow
Base di dati centralizzata
Base di dati distribuita fisicamente con direttorio centralizzato
Base di dati distribuita fisicamente senza direttorio centralizzato
Distribuzione dei dati
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Classificazione di Enslow
Punto di controllo unico
Relazioni di tipo master-slave statiche o dinamiche
Punti di controllo autonomie/o cooperanti
Controllo
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Classificazione di Enslow
Dati
Elaborazione Controllo
Personal Computer
Internet
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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
Classificazione di Flynn
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Singolo flusso di Istruzioni SISD
Classificazione di Flynn
Singolo flusso di Dati
Singolo flusso di Istruzioni SIMDFlusso di Dati Multiplo
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Flusso di Istruzioni Multiplo MISD
Classificazione di Flynn
Singolo flusso di Dati
Flusso di Istruzioni Multiplo MIMD
Flusso di Dati Multiplo
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Classificazione di Flynn
I/O Istruzioni Dati
Istruzioni
CONTR ELAB. MEM.
SISD
Architettura tradizionale con singola CPUche elabora una istruzione alla volta
operando su un dato alla volta
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SIMD
Più CPU operano in modo sincronoeseguendo la stessa istruzione
su dati diversi
I/O
Istruzioni
CONTR
DatiELAB1 MEM1
ELABn MEMn
•••
•••
Elab. ospite
Elab. ospite
Istruzioni Dati
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Il medesimo flusso di dati vieneelaborato da un insieme di processori
che eseguono istruzioni diverse
MISD
I/O
Istruzioni
Istruzioni
ELAB1
MEMDATI
EPROG
DatiELAB2 • • •
CONTRn
ELABn
CONTR2CONTR1
Dati
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Unità di elaborazione diverse eseguonoistruzioni diverse su dati diversi
MIMD
I/O
Istruzioni
Istruzioni
CONTRDati
ELAB1 MEM
DatiELABn
•••
CONTR
COMUNE
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