Computadores

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Un computador es una máquina que procesa y ejecuta órdenes de diversa índole para obtener un resultado con un sinfín distintas tareas.

CLASES DE COMPUTADORES

SUPERCOMPUTADORES

Los supercomputadores son capaces de procesar gran cantidad de información, además de resolver operaciones con una complejidad muy alta.

Énfasis en el rendimiento FP y la velocidad de la red de interconexión, porque suelen estar formados por gran cantidad de ordenadores conectados entre sí para formar una máquina de alto rendimiento computacional.

COMPUTADORES DE SOBREMESA

Se caracterizan por tener un procesador y están diseñadas para cumplir las tareas más comunes de la informática actual, es decir, son ordenadores de uso personal.

Enfatizando sobre todo en la relación precio/rendimiento.

SERVIDOR

Un servidor es una máquina física integrada en una red informática en la que, además del sistema operativo, funcionan uno o varios servidores basados en software.

DISPOSITIVOS MÓVILES

Los dispositivos móviles son un tipo de computadores de tamaño pequeño, con capacidades de procesamiento, conexión a Internet y memoria. Estos dispositivos están diseñados específicamente para una función, no obstante, (al mismo tiempo) pueden desarrollar/llevar a cabo otras funciones más generales.

COMPUTADORES EMPOTRADOS

Un sistema embebido o empotrado es un sistema de computación diseñado para realizar una u otras funciones dedicadas. Frecuentemente es un sistema de computación en tiempo real.

ARQUITECTURA DE COMPUTADORES

La arquitectura de computadores es el diseño conceptual y la estructura operacional fundamental de un sistema de computadoras.

En 1964,  para IBM el concepto de arquitectura era el siguiente:

La estructura de un computador que debe comprender un programador en lenguaje máquina para escribir un programa de manera correcta para esa dicha máquina.

Actualmente comprende tres aspectos:

  • Arquitectura externa del hardware: comprende el diseño y propiedades del juego de instrucciones máquina.
  •  Arquitectura interna o microarquitectura: estructura que forman los principales componentes del computador, así como el diseño de esos componente.
    El hardware forma detallada de implementar la organización. Destacando el diseño lógico detallado e implementación en circuitos integrados.

La arquitectura y la implementación no son independientes, es decir, el arquitecto o diseñador de computadores no puede diseñar un juego de instrucciones máquina(ISA) ignorando los aspectos de implementación (organización y hardware).

TENDENCIAS ACTUALES EN ARQUITECTURA

A finales del siglo pasado las mejoras de rendimiento estaban basadas fundamentalmente en mejoras del paralelismo ILP (paralelismo entre instrucciones). Además, actualmente esta técnica es usada por todos los procesadores.

PARALELISMO MIMD

Las máquinas que usan MIMD(Multiple Instruction, Multiple Data) tienen un número de procesadores que funcionan de manera asíncrona e independiente. En cualquier momento, cualquier procesador puede ejecutar diferentes instrucciones sobre distintos datos.

Los MIMD híbridos son grupos de procesadores que comparten una parte de la memoria y la comunicación entre procesadores distintos requiere de mensajes a través de la red.

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SISTEMAS HETEROGÉNEOS

Los sistemas heterogéneos combinan partes MIMD y partes SIMD.

SIMD(Single Instruction, Multiple Data) es una técnica empleada para conseguir paralelismo a nivel de datos.

 

MICROPROCESADORES EN LA ACTUALIDAD

La velocidad aumenta con la miniaturización, pero bastante menos que el número de transistores. El coste por transistor se reduce a la mitad y el consumo de energía decrece con este método.

Sin embargo, el consumo global de chip aumenta. Esto se debe a la integración de un mayor número de elementos y al incremento de la frecuencia de funcionamiento.

La “Ley De Moore” se sigue cumpliendo actualmente, pero con una reducción en la predicción.

¿QUÉ ES LA LEY DE MOORE?

La “Ley de Moore” expresa, que aproximadamente cada dos años se duplica el número de transistores en un microprocesador.

A pesar de que la ley originalmente fue formulada para establecer que la duplicación se realizaría cada año.

PROBLEMAS DE CONSUMO EN UN CHIP

El consumo eléctrico por unidad de tiempo, es decir, la potencia, de los microprocesadores tiende a aumentar.

El aumento del consumo conlleva un aumento del calor generado por el chip. Para el correcto funcionamiento del chip es necesario disipar de alguna forma ese calor.

Los chips actuales son capaces de reducir su velocidad para consumir menos, produciendo así menos calor.

INICIO DE LOS CHIPS MULTINÚCLEO

A principios del siglo XX se llegó a un punto en el que al aumentar el paralelismo a nivel de instrucción (ILP) y la frecuencia de funcionamiento presentaban más problemas que ventajas.

Consecuentemente, los fabricantes de microprocesadores idearon los chips multicore para poder seguir aumentando el rendimiento.

Este aumento de la eficiencia energética es debido a que no se aumenta la frecuencia directamente y, en aplicaciones que no utilizan todos los núcleos, de esta manera estos se pueden desconectar.

PROGRAMACIÓN PARALELA

La programación paralela es una forma de cómputo en la que muchas instrucciones se ejecutan simultáneamente.

MODELOS DE USO COMÚN

MEMORIA COMPARTIDA

La memoria compartida es un tipo de memoria que puede ser accedida por múltiples programas, ya sea para comunicarse entre ellos o para evitar copias redundantes.

Las tareas comparten un espacio de memoria sobre el que leen y escriben asíncronamente.

USO DE THREADS

Es una especialización del modelo de memoria compartida. Un thread (hilo) es una secuencia de tareas encadenadas que puede ser ejecutada por un Sistema Operativo.

Así, con el uso de hilos un proceso puede tener varios caminos de ejecución concurrentes.

Un estándar muy utilizado de programación paralela con hilos es OpenMP, en el cual hablamos de él en un artículo anterior.

MEMORIA DISTRIBUIDA

Una computadora con memoria distribuida consta de una colección de ordenadores independientes llamados nodos. Cada uno de estos nodos inicia su propio programa y se comunica con el resto enviando y recibiendo mensajes.

En la actualidad es el estándar de facto MPI2.

DATA PARALLEL

El paralelismo de datos es una paralelización entre varios procesadores, enfocado en distribuir los datos a través de diferentes nodos que operan los datos paralelamente.

Se opera sobre un conjunto de datos típicamente organizados como una estructura regular.

Globalmente, las tareas operan sobre el mismo conjunto de datos.

SPMD

SPMD (Single Program, Multiple Data) es una técnica empleada para lograr paralelismo. Dicha técnica puede ser considerada como una subcategoría de MIMD.

Varios procesadores autónomos ejecutan simultáneamente el mismo programa en diferentes datos.

Las tareas son separadas y ejecutadas simultáneamente en múltiples procesadores con diferentes entradas para obtener los resultados con una mayor rapidez

MPMD

MPMD (Multiple Programs, Multiple Data) es una técnica de paralelismo, en la cual múltiples procesadores operan simultáneamente al menos dos programas independientes.


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