Programación en los procecesadores Intel® Multi Core.

Programación en los procecesadores Intel® Multi

Core

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¿Qué son las instrucciones máquina?

Conjunto de instrucciones

La colección de instrucciones que entiende un CPU

Lenguaje máquina

• Usualmente representado por códigos en ensamblador

• Se almacena en binario

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Elementos de una instrucción

Código de operación (Op code)

• Hacer esto

Referencia al operando fuente

• A esto

Referencia al operando resultante

• Poner la respuesta aquí

MOV 5 , EAX

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Ejecución de instrucciones

Secuencial

Pipelinening

Superescalar

Paralelo

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Ejecucuión de una secuencia de instrucciones

ADD EBX, EAX (EAX := EAX+EBX;)MOV EAX, ECX (ECX := EAX;)

EAX=1

EBX=2

ECX=3

CPU 1

ECX=3

Flujo de instrucciones

EAX=3

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Ejecución de instrucciones (secuencial)

Instrucción 1Instrucción 2Instrucción 3Instrucción 4Instrucción 5Instrucción 6Instrucción 7Instrucción 8

Captación

Decodificación

Calcula operandos

Capta operandos

Ejecuta instrucción

Escribe operandos

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Ejecución de instrucciones (pipelinening)

Instrucción 1Instrucción 2Instrucción 3Instrucción 4Instrucción 5Instrucción 6Instrucción 7Instrucción 8

Captación

Decodificación

Calcula operandos

Capta operandos

Ejecuta instrucción

Escribe operandos

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Plataformas para computación en paralelo

Diferentes arquitecturas

• SMP

• Hyper threading

• Multi core

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Multi Core Vs Hyper Threading

Estado del CPU

Lógica de Interrupciones

Unidades deEjecución

Cache

Estado del CPU


Estado del CPU



CacheUnidades de

EjecuciónCache

Single Core

Multiprocesador (SMP)

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Estado del CPU


Estado del CPU


Estado del CPU



Cache

Estado del CPU



CacheUnidades de

EjecuciónCache

Tecnología Hyper Threading

Multi Core

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Estado del CPU



Cache

Estado del CPU



Estado del CPU



Cache

Estado del CPU


Estado del CPU



Cache

Estado del CPU


Multi Core con caché compartida

Multi Core con tecnología Hyper Threading

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¿Para que sirve tener dos o más núcleo en un CPU?

¿Puedo ejecutar en paralelo instrucciones de una secuencia?

Dependencias

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Dependencias

Puede extraer y decodificar la segunda instrucción en paralelo con la primera

No puede ejecutar la segunda instrucción hasta que la primera haya finalizado

ADD EBX, EAX (EAX := EAX+EBX;)MOV EAX, ECX (ECX := EAX;)

EAX=1

EBX=2

ECX=3

EAX=1

EBX=2

ECX=3

CPU 1 CPU 2

EAX=3

ECX=1

Flujo de instrucciones

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¿Para que sirve tener dos o más núcleo en un CPU?

Aumentar tasa de trabajos

¿Qué tipo de trabajos?

•Trabajos que hacen uso intensivo del CPU

•Trabajos que requieren E/S

•Trabajos mixtos

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Trabajos que hacen uso intensivo del CPU

Un trabajo en un nucleoUn trabajo en un nucleo

1 trabajo en 10 segundos1 trabajo en 10 segundos

Tasa = 1 / 10 = 0.1Tasa = 1 / 10 = 0.1

Tiempo de Tiempo de retorno =10 retorno =10 segssegs

10 segundos10 segundos

En el CPUEn el CPU

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Dos trabajos en un nucleoDos trabajos en un nucleo

2 trabajos en 20 segundos2 trabajos en 20 segundos

Tasa = 2 / 20 = 0.1Tasa = 2 / 20 = 0.1

Tiempo de retorno P0 =20 Tiempo de retorno P0 =20 segssegs

Tiempo de retorno P1 =20 Tiempo de retorno P1 =20 segssegs



En el CPUEn el CPU

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Con un CPU

•El tiempo de retorno aumenta

•La tasa de trabajos se mantiene

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Dos trabajos en un nucleoDos trabajos en un nucleo

2 trabajos en 20 segundos2 trabajos en 20 segundos

Tasa = 2 / 20 = 0.1Tasa = 2 / 20 = 0.1

Tiempo de retornoTiempo de retornoP0 =15 segsP0 =15 segs Tiempo de retorno Tiempo de retorno

P1=19 segsP1=19 segs

El tiempo de retorno de El tiempo de retorno de los procesos puede los procesos puede variarvariar•PrioridadesPrioridades•Politicas de Politicas de platinificaciónplatinificación

La tasa de trabajos La tasa de trabajos se mantiene igualse mantiene igual



En el CPUEn el CPU

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Un trabajo en dos nucleosUn trabajo en dos nucleos


Tasa = 1 / 10 = 0.1Tasa = 1 / 10 = 0.1


No hay mejora en No hay mejora en el tiempo de el tiempo de retorno ni la tasa retorno ni la tasa de trabajosde trabajos

Nucleo 0Nucleo 0

Nucleo 1Nucleo 1


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Dos trabajos en dos núcleosDos trabajos en dos núcleos

2 trabajos en 10 segundos2 trabajos en 10 segundosTasa = 2 / 10 = 0.2Tasa = 2 / 10 = 0.2


La tasa de La tasa de trabajos aumenta trabajos aumenta al dobleal doble

El tiempo de retorno El tiempo de retorno se mantiene igual se mantiene igual que cuando que cuando ejecutamos un ejecutamos un trabajotrabajo



Nucleo 0Nucleo 0

Nucleo 1Nucleo 1

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Multi core

Encontramos mejora en la tasa de trabajos y tiempo de retorno cuando ejecutamos dos procesos concurrentes.

Hasta ahora un solo proceso no es capaz de obtener beneficio de las arquitecturas MultiCore

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Un trabajo optimizado en dos nucleosUn trabajo optimizado en dos nucleos


Tasa = 1 / 5 = 0.2Tasa = 1 / 5 = 0.2



Nucleo 0Nucleo 0

Nucleo 1Nucleo 1

5 segundos5 segundos 5 segundos5 segundos

Hilo 0Hilo 0 Hilo 1Hilo 1

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Definiendo los Hilos

Un hilo es una secuencia de instrucciones relacionadas que se ejecuta de forma independiente a otras secuencias

Todos los programas tienen al menos un hilo principal

• Inicializa el programa y comienza la ejecución de las instrucciones iniciales

• Puede crear otros hilos que ejecuten varias tareas o puede hacer todo el trabajo el solo

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Dividiendo una aplicación en hilos

Un proceso puede dividirse en múltiples hilos

• Mejor uso de los recursos de hardware

Es necesario entender

• Diseño y estructura de la aplicación

• La interfase de programación con hilos

• El compilador y el ambiente de ejecución de la aplicación

• Las plataformas destino donde la aplicación se va a ejecutar

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Estado del CPU


Cache

Unidades de ejecución

Hilos en plataformas single core

Single Core

InstrucciónInstrucciónInstrucciónInstrucciónInstrucciónInstrucciónInstrucciónInstrucción


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Estado del CPU


Estado del CPU


Cache

Unidades de ejecución

Hilos en plataformas Hyper Threading



Tecnología Hyper Threading

Ambas instrucciones requieren diferentes unidades funcionales

Ambas instrucciones requieren una misma unidad funcional

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Estado del CPU


Estado del CPU


Cache Cache

Unidades de ejecución Unidades de ejecución

Multi-hilos en plataformas multi core



Multi Core

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Hilos en plataformas single core

Concurrencia

• Dos o más hilos se ejecutan en el mismo procesador

• El tiempo del procesador se divide dando turnos a los dos hilos de manera que pueden avanzar

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Hilos en plataformas multi core

Paralelismo

• Dos o más hilos se ejecutan simultáneamente en dos o más procesadores

• Cada hilo tiene el tiempo de un procesador

Gracias!

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eax eax

ecx ecx

eax ebxmov eax

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