Calcolatori Elettronici II Lezione n. 17 – Introduzione alle architetture parallele Prof. Gianni Conte Università di Parma CALCOLATORI ELETTRONICI II CALCOLATORI.

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1 Calcolatori Elettronici II Lezione n. 17 – Introduzione alle architetture parallele Prof. Gianni Conte Università di Parma CALCOLATORI ELETTRONICI II CALCOLATORI ELETTRONICI II

2 Calcolatori Elettronici II Lezione n. 17 – Introduzione alle architetture parallele Prof. Gianni Conte Università di Parma Obiettivi del corso Introduzione alle prossime lezioni Introduzione Modelli computazionali Tassonomia delle architetture parallele e distribuite Tassonomia delle architetture parallele e distribuite I clusters e le loro tecnologie I clusters e le loro tecnologie

3 Calcolatori Elettronici II Lezione n. 17 – Introduzione alle architetture parallele Prof. Gianni Conte Università di Parma D.E. Cueller, J.S. Singh Parallel Computer Architecture Morgan Kaufman Pub., 1999 Bibliografia del corso

4 Calcolatori Elettronici II Lezione n. 17 – Introduzione alle architetture parallele Prof. Gianni Conte Università di Parma G.F. Pfister In Search of Clusters Prentice Hall, 1998 Bibliografia del corso

5 Calcolatori Elettronici II Lezione n. 17 – Introduzione alle architetture parallele Prof. Gianni Conte Università di Parma R. Buya, ed. High performance Cluster Computing Vol. 1 e Vol. 2 Prentice Hall, 1998 Bibliografia del corso

6 Calcolatori Elettronici II Lezione n. 17 – Introduzione alle architetture parallele Prof. Gianni Conte Università di Parma INTRODUZIONE ALLE ARCHITETTURE PARALLELE

7 Calcolatori Elettronici II Lezione n. 17 – Introduzione alle architetture parallele Prof. Gianni Conte Università di Parma Argomenti della lezione Classificazione di Enslow Classificazione di Flynn Architettura parallele Classificazione

8 Calcolatori Elettronici II Lezione n. 17 – Introduzione alle architetture parallele Prof. Gianni Conte Università di Parma Architetture parallele

9 Calcolatori Elettronici II Lezione n. 17 – Introduzione alle architetture parallele Prof. Gianni Conte Università di Parma Motivazioni Architetture parallele Molti problemi significativi hanno necessità di potenze di calcolo elevate Molti problemi significativi hanno necessità di potenze di calcolo elevate La potenza di calcolo non può crescere esclusivamente per il miglioramento tecnologico La potenza di calcolo non può crescere esclusivamente per il miglioramento tecnologico

10 Calcolatori Elettronici II Lezione n. 17 – Introduzione alle architetture parallele Prof. Gianni Conte Università di Parma Applicazioni complesse Architetture parallele Modelli predittivi e simulazione Automazione e CAD Ricerche petrolifere

11 Calcolatori Elettronici II Lezione n. 17 – Introduzione alle architetture parallele Prof. Gianni Conte Università di Parma Architetture parallele Medicina e biologia Applicazioni militari Multimedialità e applicazioni WEB Applicazioni complesse

12 Calcolatori Elettronici II Lezione n. 17 – Introduzione alle architetture parallele Prof. Gianni Conte Università di Parma È necessaria capacità di elaborazione perché le operazioni da svolgere in breve tempo sono molte È necessaria capacità di elaborazione perché le operazioni da svolgere in breve tempo sono molte Architetture parallele Ragioni che richiedono sistemi paralleli per risolvere problemi complessi Ragioni che richiedono sistemi paralleli per risolvere problemi complessi

13 Calcolatori Elettronici II Lezione n. 17 – Introduzione alle architetture parallele Prof. Gianni Conte Università di Parma È indispensabile disporre in linea di memorie di grandi dimensioni È indispensabile disporre in linea di memorie di grandi dimensioni Architetture parallele Ragioni che richiedono sistemi paralleli per risolvere problemi complessi Ragioni che richiedono sistemi paralleli per risolvere problemi complessi

14 Calcolatori Elettronici II Lezione n. 17 – Introduzione alle architetture parallele Prof. Gianni Conte Università di Parma Si richiedono grandi capacità di I/O Architetture parallele Ragioni che richiedono sistemi paralleli per risolvere problemi complessi Ragioni che richiedono sistemi paralleli per risolvere problemi complessi

15 Calcolatori Elettronici II Lezione n. 17 – Introduzione alle architetture parallele Prof. Gianni Conte Università di Parma Architetture parallele In tutti i casi, si possono trovare soluzioni ricorrendo a sistemi distribuiti o paralleli

16 Calcolatori Elettronici II Lezione n. 17 – Introduzione alle architetture parallele Prof. Gianni Conte Università di Parma Classificazione

17 Calcolatori Elettronici II Lezione n. 17 – Introduzione alle architetture parallele Prof. Gianni Conte Università di Parma È possibile classificare le architetture distribuite secondo criteri diversi È possibile classificare le architetture distribuite secondo criteri diversi Classificazione di Enslow Classificazione (1980) Classificazione di Flynn (1972)

18 Calcolatori Elettronici II Lezione n. 17 – Introduzione alle architetture parallele Prof. Gianni Conte Università di Parma Le classificazioni non hanno lo scopo di trovare una collocazione precisa all'interno di una tassonomia a ogni sistema reale ma cercano di identificare con chiarezza i problemi e le alternative progettuali Le classificazioni non hanno lo scopo di trovare una collocazione precisa all'interno di una tassonomia a ogni sistema reale ma cercano di identificare con chiarezza i problemi e le alternative progettuali Classificazione

19 Calcolatori Elettronici II Lezione n. 17 – Introduzione alle architetture parallele Prof. Gianni Conte Università di Parma La classificazione di Enslow che analizzaremo per prima è più significativa da un punto di vista concettuale mentre la classificazione di Flynn pur essendo meno precisa è assai più nota La classificazione di Enslow che analizzaremo per prima è più significativa da un punto di vista concettuale mentre la classificazione di Flynn pur essendo meno precisa è assai più nota Classificazione

20 Calcolatori Elettronici II Lezione n. 17 – Introduzione alle architetture parallele Prof. Gianni Conte Università di Parma Classificazione di Enslow Che cosa è distribuito in un sistema Che cosa è distribuito in un sistemaElaborazioneElaborazione DatiDati ControlloControllo

21 Calcolatori Elettronici II Lezione n. 17 – Introduzione alle architetture parallele Prof. Gianni Conte Università di Parma Classificazione di Enslow La classificazione di Enslow colloca le architetture in uno spazio tridimensionale La classificazione di Enslow colloca le architetture in uno spazio tridimensionale Un sistema è completamente distribuito se lo è nelle tre dimensioni

22 Calcolatori Elettronici II Lezione n. 17 – Introduzione alle architetture parallele Prof. Gianni Conte Università di Parma Classificazione di Enslow Unità di elaborazione singola ma con più unità funzionali Unità di elaborazione singola ma con più unità funzionali Unità di elaborazione multiple omogenee o eterogenee Unità di elaborazione multiple omogenee o eterogenee Distribuzione della elaborazione

23 Calcolatori Elettronici II Lezione n. 17 – Introduzione alle architetture parallele Prof. Gianni Conte Università di Parma 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

24 Calcolatori Elettronici II Lezione n. 17 – Introduzione alle architetture parallele Prof. Gianni Conte Università di Parma Classificazione di Enslow Punto di controllo unico Relazioni di tipo master-slave statiche o dinamiche Punti di controllo autonomi e/o cooperanti Punti di controllo autonomi e/o cooperanti Controllo

25 Calcolatori Elettronici II Lezione n. 17 – Introduzione alle architetture parallele Prof. Gianni Conte Università di Parma Classificazione di Enslow Dati Elaborazione Controllo Personal Computer Internet

26 Calcolatori Elettronici II Lezione n. 17 – Introduzione alle architetture parallele Prof. Gianni Conte Università di Parma Un sistema di elaborazione opera su (un flusso di) dati in base a (un flusso di) istruzioni acquisite dalla memoria Un sistema di elaborazione opera su (un flusso di) dati in base a (un flusso di) istruzioni acquisite dalla memoria È possibile una classificazione basata sul grado di parallelismo dei due flussi Classificazione di Flynn

27 Calcolatori Elettronici II Lezione n. 17 – Introduzione alle architetture parallele Prof. Gianni Conte Università di Parma Singolo flusso di Istruzioni SISD Classificazione di Flynn Singolo flusso di Dati Singolo flusso di Istruzioni SIMD Flusso di Dati Multiplo

28 Calcolatori Elettronici II Lezione n. 17 – Introduzione alle architetture parallele Prof. Gianni Conte Università di Parma Flusso di Istruzioni Multiplo MISD Classificazione di Flynn Singolo flusso di Dati Flusso di Istruzioni Multiplo MIMD Flusso di Dati Multiplo

29 Calcolatori Elettronici II Lezione n. 17 – Introduzione alle architetture parallele Prof. Gianni Conte Università di Parma Classificazione di Flynn I/O Istruzioni Dati Istruzioni CONTR ELAB. MEM. SISD Architettura tradizionale con singola CPU che elabora una istruzione alla volta operando su un dato alla volta Architettura tradizionale con singola CPU che elabora una istruzione alla volta operando su un dato alla volta

30 Calcolatori Elettronici II Lezione n. 17 – Introduzione alle architetture parallele Prof. Gianni Conte Università di Parma SIMD Più CPU operano in modo sincrono eseguendo la stessa istruzione su dati diversi Più CPU operano in modo sincrono eseguendo la stessa istruzione su dati diversi I/O Istruzioni CONTR Dati ELAB1 MEM1 ELABn MEMn El a b. o s pi t e Istruzioni Dati

31 Calcolatori Elettronici II Lezione n. 17 – Introduzione alle architetture parallele Prof. Gianni Conte Università di Parma Il medesimo flusso di dati viene elaborato da un insieme di processori che eseguono istruzioni diverse Il medesimo flusso di dati viene elaborato da un insieme di processori che eseguono istruzioni diverse MISD I/O Istruzioni ELAB1 MEM DATI E PROG MEM DATI E PROG Dati ELAB2 CONTRn ELABn CONTR2 CONTR1 Dati

32 Calcolatori Elettronici II Lezione n. 17 – Introduzione alle architetture parallele Prof. Gianni Conte Università di Parma Unità di elaborazione diverse eseguono istruzioni diverse su dati diversi Unità di elaborazione diverse eseguono istruzioni diverse su dati diversi MIMD I/O Istruzioni CONTR Dati ELAB1 MEM Dati ELABn CONTR COMUNECOMUNE COMUNECOMUNE

33 Calcolatori Elettronici II Lezione n. 17 – Introduzione alle architetture parallele Prof. Gianni Conte Università di Parma CALCOLATORI ELETTRONICI II CALCOLATORI ELETTRONICI II