Paralelism în Arhitecturile de Calcul

Choose a study mode

Play Quiz
Study Flashcards
Spaced Repetition
Chat to Lesson

Podcast

Play an AI-generated podcast conversation about this lesson

Questions and Answers

Care sunt cele două tipuri principale de paralelism utilizate în sistemele de calcul?

  • Paralelism paralel și paralelism serial
  • Paralelism de nivel scăzut și paralelism de nivel înalt
  • Paralelism funcțional și paralelism de date (correct)
  • Paralelism sincron și paralelism asincron

Care sunt nivelurile de granularitate ale paralelismului funcțional?

  • Date, instrucțiuni, fire de execuție, procese
  • Sisteme de operare, procese, fire de execuție, instrucțiuni
  • Fire de execuție, procese, sisteme de operare, utilizatori
  • Instrucțiuni, fire de execuție, procese, utilizatori (correct)

Taxonomia Flynn clasifică arhitecturile de calculatoare în funcție de tipul de paralelism utilizat.

False (B)

Care arhitectură corespunde modelului SISD (Single Instruction stream, Single Data stream)?

<p>Arhitectura von Neumann (B)</p> Signup and view all the answers

Care dintre următoarele arhitecturi se încadrează în categoria MISD (Multiple Instruction stream, Single Data stream)?

<p>Arhitecturi vectoriale (C)</p> Signup and view all the answers

Pentru ce sunt optimizate supercalculatoarele vectoriale?

<p>Execuția operațiilor cu vectori sau tablouri.</p> Signup and view all the answers

Arhitecturile SIMD (Single Instruction stream, Multiple Data stream) execută instrucțiuni diferite pe seturi diferite de date simultan.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

Ce rol au elementele de procesare (EP) în arhitecturile SIMD?

<p>Execută operațiile aritmetice și logice pe propriul set de date, fiind sincronizate la nivel de instrucțiune.</p> Signup and view all the answers

Care dintre următoarele tipuri de rețele de interconectare pot fi utilizate în arhitecturile SIMD?

<p>Toate variantele de mai sus (C)</p> Signup and view all the answers

Arhitecturile sistolice sunt formate dintr-un set de celule identice de prelucrare a datelor, care comunică între ele în mod asincron.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

Ce operații pot fi implementate eficient utilizând procesoarele sistolice?

<p>Toate variantele de mai sus (B)</p> Signup and view all the answers

Ce este un avantaj major al arhitecturilor sistolice?

<p>Asigură un grad ridicat de paralelism, procesând datele în mod sincron printr-o serie de celule interconectate.</p> Signup and view all the answers

Care sunt cele două tipuri de paralelism care pot fi utilizate?

<p>Paralelism funcțional și paralelism de date (D)</p> Signup and view all the answers

Ce clasifică taxonomia Flynn?

<p>Arhitecturile de calculatoare în funcție de numărul şirurilor de instrucțiuni și de date (D)</p> Signup and view all the answers

Taxonomia Flynn ține cont de tipul de paralelism utilizat.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

Ce realizează taxonomia extinsă?

<p>Distincția între arhitecturile cu paralelism funcțional și cele cu paralelism de date (B)</p> Signup and view all the answers

Pentru ce sunt optimizate arhitecturile vectoriale?

<p>Execuția operațiilor cu vectori sau tablouri (C)</p> Signup and view all the answers

Operațiile asupra vectorilor se execută în paralel.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

Ce conțin arhitecturile SIMD?

<p>EP multiple care sunt sincronizate la nivel de instrucțiune.</p> Signup and view all the answers

Ce influențează semnificativ performanța arhitecturilor SIMD?

<p>Organizarea datelor în memorie (D)</p> Signup and view all the answers

Ce sunt procesoarele sistolice?

<p>Arhitecturi paralele specializate pentru prelucrarea digitală a semnalelor (D)</p> Signup and view all the answers

Procesoarele sistolice conțin un număr mic de celule de prelucrare.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

Ce fel de celule sunt utilizate in arhitecturile sistolice?

<p>Celule identice (A)</p> Signup and view all the answers

Cum se mișcă cuvintele de date în arhitecturile sistolice?

<p>Sincron, de la celulă la celulă (A)</p> Signup and view all the answers

Ce tip de arhitectură sistolică este similară cu un sistem pipeline cu etaje identice?

<p>Arhitectură sistolică unidimensională.</p> Signup and view all the answers

Pentru ce sunt folosite procesoarele sistolice?

<p>Implementarea unor operații aritmetice complexe (A)</p> Signup and view all the answers

Datele pot circula în mai multe direcții în arhitecturile sistolice?

<p>True (A)</p> Signup and view all the answers

Este necesară memorarea datelor înainte de a calcula X x Y, în cazul matricelor X și Y generate în timp real?

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

Pentru ce sunt utilizate arhitecturile sistolice în mod specific?

<p>Proiectarea circuitelor aritmetice speciale pentru prelucrarea digitală a semnalelor (B)</p> Signup and view all the answers

Care dintre următoarele caracteristici sunt specifice arhitecturilor sistolice?

<p>Toate cele de mai sus (A)</p> Signup and view all the answers

Datele trebuie sa fie furnizate in arhitecturile sistolice, in secventa gresita.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

Necesarul de circuite pentru implementarea arhitecturilor sistolice este relativ scăzut.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

Potriviți tipurile de arhitecturi cu caracteristicile lor:

<p>Arhitecturi vectoriale = Sunt optimizate pentru execuția operațiilor cu vectori sau tablouri Arhitecturi SIMD = Conțin EP multiple care sunt sincronizate la nivel de instrucțiune Arhitecturi sistolice = Sunt formate din celule identice de prelucrare a datelor Arhitecturi MIMD = Permit executarea simultană a unor instrucțiuni diferite asupra unor date diferite</p> Signup and view all the answers

Ce descrie schema bloc a unei arhitecturi vectoriale?

<p>Componentele arhitecturii vectoriale și modul în care acestea sunt interconectate.</p> Signup and view all the answers

Ce prezintă schema bloc a unei arhitecturi SIMD?

<p>Procesorul de control, elementele de procesare (EP) și rețeaua de interconectare (RI).</p> Signup and view all the answers

Ce sunt seturi de instrucțiuni SIMD?

<p>Seturi de instrucțiuni specializate pentru a efectua operații cu vectori de date.</p> Signup and view all the answers

Ce descrie principiul arhitecturilor sistolice?

<p>Utilizarea unor celule identice de prelucrare a datelor interconectate, pentru a efectua operații în mod sincron.</p> Signup and view all the answers

Ce este o arhitectură sistolică pentru înmulțirea matricelor?

<p>O rețea de celule, în care fiecare celulă efectuează o operație de înmulțire și adunare.</p> Signup and view all the answers

Ce sunt caracteristicile arhitecturilor sistolice?

<p>Paralelism ridicat, circulația sincronă a datelor, simplitatea controlului, necesarul de circuite relativ ridicat.</p> Signup and view all the answers

Flashcards

Paralelism funcțional

Un tip de paralelism care derivă din logica unei soluții a problemei, apărând în toate descrierile formale ale soluției.

Paralelism de date

Un tip de paralelism care derivă din utilizarea structurilor de date care permit operații în paralel asupra elementelor de date.

Fir de execuție (thread)

Un fragment de cod care se poate executa în paralel cu alte fragmente. Este creat în cadrul unui proces și partajează resursele procesului.

Șir de instrucțiuni

Un set de instrucțiuni secvențiale executate de un procesor.

Signup and view all the flashcards

Șir de date

Fluxul secvențial de date necesar șirului de instrucțiuni.

Signup and view all the flashcards

SISD (Single Instruction stream, Single Data stream)

Arhitectura care corespunde modelului von Neumann, executând o singură instrucțiune la un moment dat, utilizând un registru contor de program.

Signup and view all the flashcards

MISD (Multiple Instruction stream, Single Data stream)

Arhitectura în care mai multe instrucțiuni operează asupra unei singure date. Exemplu: arhitecturi vectoriale sau pipeline.

Signup and view all the flashcards

SIMD (Single Instruction stream, Multiple Data stream)

Arhitectura în care o singură instrucțiune prelucrează simultan date diferite. Exemplu: procesoare matriceale.

Signup and view all the flashcards

MIMD (Multiple Instruction stream, Multiple Data stream)

Arhitectura cu mai multe procesoare de prelucrare, în care mai multe instrucțiuni pot opera simultan asupra unor date diferite.

Signup and view all the flashcards

Arhitecturi vectoriale

Arhitectură optimizată pentru execuția operațiilor cu vectori sau tablouri. Prelucrează unul sau mai mulți vectori pentru a obține un rezultat scalar.

Signup and view all the flashcards

Paralelism la nivelul instrucțiunilor

Tehnica care se aplică la nivelul instrucțiunilor, executând instrucțiunile în paralel. Oferă o granularitate fină.

Signup and view all the flashcards

Arhitecturi ILP (Instruction-Level Parallelism)

Arhitectură care utilizează paralelism la nivelul instrucțiunilor, înainte de execuție.

Signup and view all the flashcards

Arhitecturi cu fire de execuție multiple

Arhitectură care utilizează paralelism la nivelul firelor de execuție, executând fragmente de cod în paralel.

Signup and view all the flashcards

Arhitecturi MIMD cu memorie partajată

Arhitectură care utilizează paralelism la nivelul proceselor, executând programe în paralel.

Signup and view all the flashcards

Arhitecturi MIMD cu memorie distribuită

Arhitectură care utilizează paralelism la nivelul proceselor, executând programe în paralel, fiecare program având propria memorie.

Signup and view all the flashcards

Paralelism la nivelul utilizatorilor

Arhitectură care utilizează paralelism la nivelul utilizatorilor, executând procese independente unul de altul.

Signup and view all the flashcards

Tehnică pipeline

O serie de etape prin care trec instrucțiunile pentru o prelucrare mai rapidă.

Signup and view all the flashcards

Arhitectura pipeline

Arhitectură care utilizează o serie de etape pentru a executa operațiile asupra vectorilor.

Signup and view all the flashcards

VLIW (Very Long Instruction Word)

Arhitectură care utilizează o singură instrucțiune foarte lungă, ce conține mai multe operații, pentru o execuție paralelă.

Signup and view all the flashcards

Superscalare

Arhitectură care utilizează mai multe unități de execuție pentru a executa instrucțiuni în paralel.

Signup and view all the flashcards

Arhitecturi SIMD

Arhitectură care prelucrează un set de valori simultan, prin operații asupra elementelor de date.

Signup and view all the flashcards

Arhitecturi sistolice

Arhitectură care utilizează o rețea structurată de procesoare, fiecare dintre acestea executând o anumită funcție.

Signup and view all the flashcards

Arhitecturi vectoriale

Arhitectură care utilizează o unitate de prelucrare vectorială, care prelucrează vectori de date.

Signup and view all the flashcards

Arhitecturi cu memorie distribuită

Arhitectură care utilizează mai multe procesoare, fiecare având propria memorie și executând independent propria instrucțiune.

Signup and view all the flashcards

Arhitecturi specifice unor domenii

Arhitecturi concepute pentru a rezolva anumite probleme specifice, cu o structură special adaptată.

Signup and view all the flashcards

Study Notes

Cuprins

  • Introducere
  • Unitatea aritmetică și logică
  • Sisteme de memorie
  • Arhitecturi RISC
  • Introducere în arhitecturi paralele

Tipuri și nivele de paralelism

  • Există două tipuri de paralelism: funcțional și de date
  • Paralelismul funcțional poate fi aplicat la mai multe nivele de granularitate (instrucțiuni, fire de execuție, procese sau utilizatori)
  • Paralelismul de date derivă din structura datelor și permite operații paralele pe elemente de date.

Clasificarea arhitecturilor paralele

  • Taxonomia Flynn
  • Taxonomie extinsă

Taxonomia Flynn (1)

  • Clasificarea arhitecturilor de calculatoare propusă de Michael Flynn
  • Criteriul de clasificare: prezența unui singur șir sau a mai multor şiruri de instrucțiuni și de date
  • Şir de instrucţiuni: set de instrucțiuni secvenţiale executate de un procesor
  • Şir de date: fluxul secvenţial de date necesar şirului de instrucţiuni

Taxonomia Flynn (2)

  • Clasificare în patru categorii: SISD, MISD, SIMD și MIMD

Taxonomia Flynn (3)

  • SISD (Single Instruction stream, Single Data stream): Corespunde arhitecturilor von Neumann. Se execută o singură instrucțiune la un moment dat. Utilizează un singur registru contor de program.

Taxonomia Flynn (4)

  • MISD (Multiple Instruction stream, Single Data stream): Mai multe instrucțiuni operează asupra aceleiași date. Este o clasă teoretică, aplicațiile sunt rare.

Taxonomia Flynn (5)

  • O posibilă interpretare MISD este o clasă de calculatoare în care șirul de date este procesat de mai multe unități de prelucrare. Exemple: arhitecturi vectoriale sau arhitecturi pipeline.

Taxonomia Flynn (6)

  • SIMD (Single Instruction stream, Multiple Data stream): O singură instrucţiune prelucrează simultan date diferite. Există mai multe procesoare de prelucrare și un singur procesor de control. Exemple: procesoare matriceale. Calculatoarele SIMD pot executa prelucrări vectoriale.

Taxonomia Flynn (7)

  • MIMD (Multiple Instruction stream, Multiple Data stream): Arhitecturi cu mai multe procesoare de prelucrare. Mai multe instrucțiuni pot opera simultan asupra unor date diferite. Procesoare și procese multiple.

Taxonomia Flynn (8)

  • Taxonomia Flynn nu ia în considerare tipul de paralelism utilizat și nivelul de granularitate. Au apărut arhitecturi hibride sau neconvenționale care nu pot fi clasificate în mod clar prin această taxonomie.

Taxonomie extinsă (1)

  • Taxonomia realizează distincția între arhitecturi cu paralelism funcțional și cele cu paralelism de date.
  • Arhitecturi vectoriale, SIMD, sistolice se bazează pe tipul de paralelism de date.

Taxonomie extinsă (2)

  • Arhitecturi cu paralelism funcțional: pipeline/VLIW/superscalare.
  • Arhitecturi cu paralelism la nivelul firelor de execuție: arhitecturi cu fire de execuție multiple, arhitecturi cu flux de date.
  • Arhitecturi cu paralelism la nivelul proceselor: arhitecturi MIMD cu memorie distribuită/partajată.

Arhitecturi vectoriale (1)

  • Aparțin categoriei MISD
  • Supercalculatoare optimizate pentru execuția operațiilor cu vectori sau tablouri
  • Prelucrarea unuia sau mai multor vectori pentru a obține un rezultat scalar

Arhitecturi vectoriale (2)

  • Unitatea centrală utilizează tehnica pipeline
  • Operațiile asupra vectorilor se execută serial asupra fiecărui element
  • Tehnica pipeline se utilizează și pentru accesul la memorie
  • Setul de registre poate păstra toate elementele unuia sau a mai multor vectori

Arhitecturi vectoriale (3)

  • Diagramă care prezintă componentele unei arhitecturi vectoriale: Memorie principală, generator de adrese, controler vectorial, sistem pipeline aritmetic și procesor scalar.

Arhitecturi vectoriale (4)

  • Memoria principală: Organizarea memoriei este un factor esențial pentru performanța sistemului. Se utilizează memorii cu unități multiple și intercalarea adreselor de memorie.
  • Procesorul scalar: execută operațiile scalare (control program, SO, I/E).
  • Comandă controlerul vectorial

Arhitecturi vectoriale (5)

  • Controlerul vectorial: decodifică instrucțiunile vectoriale, inițiază operații ale generatorului de adrese și sistemului pipeline aritmetic.
  • Generatorul de adrese și interfața cu memoria: asigură transferul rapid al datelor între sistemul pipeline aritmetic și memorie.

Arhitecturi vectoriale (6)

  • Registrele: Au rol de buffer între memoria principală și sistemul pipeline aritmetic, permit acces mai rapid la date.
  • Sistemul pipeline aritmetic: primește operanzi din registre și returnează rezultate în registre.

Arhitecturi vectoriale (7)

  • Exemplu de adunare a doi vectori: Secvenţă serială pentru arhitectura SISD şi instrucţiuni vectoriale echivalente.

Arhitecturi vectoriale (8)

  • Diagramă care prezintă memoria și etapele de calcul pentru operații vectoriale (pipeline).

Arhitecturi vectoriale (9)

  • Caracteristici: memorie de viteză ridicată, număr mare de registre vectoriale și scalare, set de instrucțiuni vectoriale, operații paralele.

Arhitecturi vectoriale (10)

  • Controler vectorial, interfețe memorie-registre-pipeline aritmetic.
  • Exemple de arhitecturi vectoriale: Cray X-MP, Cray Y-MP, Cray X1, seria SX de la NEC.

Arhitecturi SIMD (1)

  • Se numesc și procesoare matriceale
  • Un singur PC și elemente de procesare (EP) multiple
  • Fiecare EP execută aceeași instrucțiune la un moment dat (sincronizare)
  • Fiecare EP prelucrează propriul șir de date (paralelism de date)
  • EP interconectate printr-o rețea de interconectare (RI)

Arhitecturi SIMD (2)

  • Diagramă care prezintă structura unei arhitecturi SIMD: procesor de control (PC), elemente de procesare (EP) și memorii, rețea de interconectare și magistrala memoriei.

Arhitecturi SIMD (3)

  • Memoria: programare în blocuri separate, date distribuite, necesitatea accesului simultan la memorie de către PC și EP, conflicte potențiale.

Arhitecturi SIMD (4)

  • Posibilitatea rearanjării datelor în memorie.
  • Exemplu: însumarea elementelor dintr-o coloană a unei matrice.

Arhitecturi SIMD (5)

  • Utilizarea rețelelor de interconectare între memorii și EP (Comutator).
  • Procesoare de control: încarcă, decodifică și transferă instrucțiuni aritmetice/logice la EP; generează semnale de control și execută instrucțiuni de control

Arhitecturi SIMD (6)

  • Elemente de procesare (EP): execută operații aritmetice/logice, sincronizate la nivel de instrucțiune; fiecare EP corespunde cu calea de date şi UAL dintr-un procesor SISD; unele EP pot fi dezactivate.

(Restul elementelor sunt identice)

Studying That Suits You

Use AI to generate personalized quizzes and flashcards to suit your learning preferences.

Quiz Team

Related Documents

Arhitecturi Paralale PDF

More Like This

Use Quizgecko on...
Browser
Open
Browser
Browser