Multiprocesoare vs Multicalculatoare

În ultimii ani calculatoarele au devenit, indiscutabil, componente vitale ale societăţii, fiind prezente în activităţi din cele mai diverse în industrie, economie, educaţie, sănătate, cercetare; practic în orice domeniu economic sau social al societăţii.

Revoluţia din domeniul calculatoarelor evoluează continuu; aplicaţii care până ieri erau de domeniul ştiinţifico-fantasticului sunt astăzi aplicaţii banale, de la automatele bancare la microprocesoarele integrate în automobile, de la calculatoarele mobile ultra-compacte şi miniaturizate la Internet şi World Wide Web.

1.1. Scurt istoric

1.1.1.Calculatoare

Dezvoltarea calculatoarelor a căpătat un ritm exploziv, la mai puţin de zece ani intervenind câte o schimbare, care a fost interpretată drept apariţia unei noi generaţii de calculatoare. Aceste generaţii pot fi clasificate astfel:

- generaţia I ( 1946-1956), caracterizată prin:

hard: relee, tuburi electronice;

soft: programe cablate, cod maşină, limbaj de asamblare;

capacitate memorie: 2 Kocteţi;

viteză de operare: 10.000 operaţii/s.

- generaţia a II-a (1957-1963) a fost marcată de apariţia tranzistorului;

hard: tranzistoare, memorii cu ferite, cablaj imprimat;

soft: limbaje de nivel înalt (Algol, Fortran);

memorie: 32 Kocteţi;

viteză: 200.000 instrucţiuni/s.

- generaţia a III-a (1964-1981), caracterizată prin:

hard: circuite integrate (la început pe scară redusă, apoi pe scară medie şi largă; scara de integrare se referă la numărul de componente electronice pe unitatea de suprafaţă), cablaje imprimate multistrat, discuri magnetice, apariţia primelor microprocesoare;

soft: limbaje de nivel foarte înalt, programare structurată, baze de date, grafică pe calculator;

memorie: 1÷2 Mocteţi;

viteză: 5.000.000 instrucţiuni/s.

- generaţia a IV-a (1982-1989)

hard: circuite integrate pe scară foarte mare (VLSI), sisteme distribuite de calcul, apar microprocesoarele de 16/32 biţi;

soft: pachete de programe de largă utilizare, sisteme expert, limbaje orientate obiect, baze de date relaţionale;

memorie: 8÷10 Mocteţi;

viteză: 30 mil. instr./s.

- generaţia a V-a, în curs de dezvoltare, se doreşte a atinge următoarele performanţe:

hard: circuite integrate pe scară ultralargă ULSI (proiectare circuite integrate 3D), arhitecturi paralele, alte soluţii arhitecturale noi (reţele neurale etc.);

soft: limbaje concurente, programare funcţională, prelucrare simbolică, baze de cunoştinţe, sisteme expert evoluate;

memorie: zeci - sute Mocteţi;

viteza: 1 Ginstr./s. - 1 Tinstr./s.

1.1.2 Procesoare

1970: INTEL 4004, 4 biţi, calcule BCD, 60.000 op./sec.

1972: INTEL 8008, 48 de instrucţiuni, 16 Kocteţi, 30.000 instr./sec

1974: INTEL 8080, 72 instrucţiuni, 64 Kocteţi, 300.000 op./sec.

1979: INTEL, primul microprocesor de 16 biţi (8086);

2 unităţi: EU + BIU. 8088, mag. ext. 8 biţi.

Motorola 68000.

1980: Sinclair,

Spectrum Zx80 (Z80),

Basic.

1982: 80186, 286 - multiprelucrare/ acces,

1983: primul mediu integrat de programare (TP, Borland).

1986: 386, 32 biţi, 6 unit., paginare; coprocesor îmbunătăţit

1989: 486 = 286+387+cache

1994: Pentium,

BTB(Branch Target Buffer),

APIC (Advanced Programmable Interrupt Controller);

P6.

1996: Pentium Pro,

1997: Pentium 1998, Pentium II = Pro + MMX, SECC (Single Edge Contact Cartridge);

1999: Pentium III = II + arh. SSE (Streaming SIMD Extension

2001: Pentium 4,

extinde SIMD,

SSE 2,

NetBurst

2001: Itanium

2002: Itanium 2

1.2. Clasificarea arhitecturilor paralele

De-a lungul timpului au fost propuse un mare numar de arhitecturi paralele, multe din ele au fost si realizate, chiar daca unele nu au depasit modelul experimental.

Vom prezenta in continuare taxonomia Flynn care, desi foarte generala, este totusi cea mai folosita.

Fig.1 Clasificari ale arhitecturii paralele

2. Multiprocesoare:

Calculatoarele cu o arhitectură MIMD şi memorie partajată se mai numesc multiprocesoare. Structura tipică a acestora poate fi reprezentată simplificat ca în figura.

fig 2. Arhitectura MIMD

Multiprocesoarele au un spațiu comun de memorie pentru toate procesoarele din sistem, iar datorită gradului mare de interacțiune între procesoare, care împart aceeași memorie și între care există o bună sincronizare, se spune că aceste sisteme au un cuplaj strâns.