O documento discute arquiteturas de sistemas multiprocessadores e multicomputadores, abordando sistemas de interconexão, classificação de redes estáticas e dinâmicas, e mecanismos de comunicação entre processadores e memórias.

1. Arquitetura de Computadores Universidade de São Paulo Dr. Jorge Luiz e Silva

2. Arquiteturas Multiprocessadores Sistemas de Interconexão Sistemas Multiprocessadores Sistemas Multicomputadores

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.

7. Redes Dinâmicas

8. Podem ser dinamicamente configurada conforme demanda de comunicação durante execução de programas.

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.

14. Anel

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.

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.

23. Malhas

24. Muito utilizados em máquinas comerciais Illiac IV, MPP, DAP, CM-2 e Intel Paragon.

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.

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.

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.

44. Alguns comutadores a×b são utilizados em estágios diferentes.

45. Conexão inter-estágio são fixas

46. As conexões entre entrada e saída dos comutadores podem ser dinamicamente estabelecido.

47. Rede Omega:

48. 16 × 16 comutador (2×2) com 4 estágios

52. Rede de um único estágio construído com comutadores unários em cada crosspoint.

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.

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.

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.

67. Consiste de barramentos conectando vários sistemas em um computador.

69. Linhas de endereços, dados, e alguns dispositivos I/O

70. Backplane:

71. Implementados em placas de circuito impresso, onde são colocados alguns conectores para conectar placas diferentes. (Ex: VME bus) 26

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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

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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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