Sistemas multiprocesador

Los sistemas multiprocesador son la alternativa arquitectónica que la tecnología actual ha tomado para incrementar el rendimiento de los equipos de computo y mobil mediante la unión de un cierto numero de procesadores,esto derivado de las dificultades técnicas que se presentan al tratar de incrementar la velocidad de equipos de tamaños reducidos, entre estas podemos mencionar, las corrientes de fuga.

Aunque esta alternativa en un principio suponía un costo demasiado elevado, hoy en dia, gracias a la popularización de la esta tecnología sus costos se han reducido y es común encontrar diseños de procesadores trabajando en paralelo con 2 y 4 nucleos de procesamiento.

Los sistemas de multiprocesadores suponen varias ventajas

Rendimiento y potencia de calculo

Dedicando múltiples procesadores a la ejecución de una aplicación es posible incrementar la velocidad de ejecución, la interacción entre procesadores se pueden resolver rápidamente.

 

Toleranecia a fallos

La redundancia es una característica natural de los sistemas con múltiples procesadores, esta característica puede usarse para aumentar la disponibilidad de los recursos o hacer labores de verificación.

 

Flexibilidad

Un sistema multiprocesador es capaz de redistribuir de forma dinámica la carga de trabajo de los procesadores en caso de un aumento de procesos e incluso reasignar de forma dinámica los recursos de memoria y dispositivos para aumentar la eficiencia.

 

Especialización funcional

Sabemos que los procesadores están compuestos por una serie de unidades funcionales que se han ido especializando en distintas labores a lo largo del tiempo, tales como la ALU (unidad aritmético lógica), PFU (unidad de punto flotante), MMX (unidad multimedia), de la misma forma los sistemas multiprocesadores aprovechan para dedicar algunos procesadores a labores complejas para así adelantar tiempo en otros procesos de forma paralela.

 

Costo / rendimiento

Los procesador diseñados para servidores resultan algo costosos, razón por la que unir varios procesadores para aumentar el rendimiento y la capacidad de calculo resulta en una alternativa económica para obtener un rendimiento elevado.

 

Clasificación

Los multiprocesadores pueden clasificarse en;

• Fuertemente acoplados: Cuando poseen una memoria global compartida por todos los procesadores
• débilmente acoplados: Cuando tienen memorias individuales y no existe la compartición de memoria.

Esta clasificación sabemos que no es restrictiva, dado que los procesadores multinucleos actuales usan memorias individuales privadas y al mismo tiempo usan una memoria global compartida, esto implementado desde la cache interna de los procesadores.

 

Interconexión en los multiprocesadores

Las arquitecturas básicas a través de las cuales se interconectan los procesadores son:

Sistemas orientados a bus

Este es el modo mas sencillo de interconexión y consiste en utilizar un bus o canal único para conectar todos los procesadores a una memoria compartida. Esta arquitectura posee la ventaja de ser simple y productiva, pero el tamaño del bus determinara en gran medida la eficiencia del sistema, esto puede solucionarse ampliando el tamaño del bus o implementando memoria cache en los procesadores para descargar el trafico de datos dentro del bus.

Sistemas conectados por barras cruzadas

En este modelo los procesadores se conectan a las memorias a través de una rejilla en donde cada nodo o intersección de la rejilla es un conmutador, produciendo que cada procesador acceda a una memoria diferente cada vez.

Este modelo aunque parece eficiente, presenta  un problema cuando los procesadores tratan de acceder a un mismo dato en la memoria, ya que solo uno puede acceder y los demás quedaran esperando.
Hipercubos
Los hipercubos abordan la problemática con una estructura en forma de cubo que permite un crecimeinto modular y una reasignación de recursos, así como una subagrupación de los procesadores dado que cada procesador esta conectado con al menos tres procesadores de forma directa estos pueden agruparse para ejecutar de forma paralela un programa que requiera gran cantidad de computo  y el resto de los procesadores se ocupara de otros procesos.

 

Basado en conmutadores multiples

En esta clasificación los procesadores y las memorias de un sistema se conectan pasando por una serie de conmutadores divididos en etapas, la ventaja de este diseño es que asegura el acceso a la información de diferentes memorias al mismo tiempo, pero la preparación en los conmutadores con lleva un gasto de tiempo.