Um processador multitarefa é um processador que aparentemente pode fazer várias tarefas ao mesmo tempo, porque funcionalmente ele dedica pequenas frações da UCP (Unidade Central de Processamento) a cada uma das tarefas, seja cálculo, seja apresentar uma informação na tela, mandar um documento para a impressão, salvar um arquivo no SSD, etc.
Se o processador for rápido, essas pequenas interrupções passam despercebidas e dá a impressão de que o processador está realizando várias coisas ao mesmo tempo, quando na verdade está fazendo apenas uma coisa de cada vez e as demais estão paradas.
Mas se o processador possui vários “cores” ou “núcleos”, é como se você realmente tivesse vários processadores diferentes dentro do computador, por exemplo, um processador dedicado a calcular, outro para atualizar a tela, outro para escrever, etc.
Você realmente ganhará velocidade porque agora se a multitarefa é real, ao mesmo tempo o processador dedicará tempo para resolver vários problemas diferentes. Por exemplo, um núcleo é dedicado a escrever no Word, outro está em segundo plano e atende às solicitações da impressora, outro está baixando e-mails. Obviamente, se você tiver dois núcleos, poderá realizar várias tarefas mais rapidamente do que se tiver apenas um. Porém, esse processamento têm um limite, que são as diferentes tarefas que ele possui em execução, não adianta possuir 12 núcleos se você iniciar apenas quatro tarefas diferentes.
No entanto, existem linguagens de programação capazes de quebrar processos iterativos em diferentes threads e enviar cada um para um núcleo diferente do processador. Por exemplo, você está calculando uma fatura para muitos produtos, que foram comprados com valores diferentes e que se aplicam impostos diferentes.
Se você tiver uma programação adequada, essa fatura irá calcular cada linha em um núcleo diferente, para então somar os valores parciais e calcular o total da fatura. Se você tiver a possibilidade de calcular vários threads de uma só vez, você terminará mais cedo, quanto mais threads você puder lidar de uma só vez, melhor. Mas se você tiver muitos núcleos, chegará um momento em que você não poderá tirar proveito de todos eles, porque você não tem threads suficientes para alimentar tantos núcleos.
Neste exemplo, pode-se verificar que a velocidade real de um programa depende dos “núcleos” que ele possui, mas a partir de certo ponto não importa quantos núcleos você possua, o que realmente importa é a velocidade da sequência de cálculos lineares mais complexos que você possui.
Em um servidor de rede que tenha muitos acessos à Internet, será útil ter o maior número possível de “núcleos”, pois cada núcleo tratará da consulta feita por um usuário, mas por outro lado, esse mesmo processador será excessivo para um indivíduo e não vai tirar vantagem disso.
Se o número de consultas disparar, não haverá um computador com “núcleos” suficientes no mercado, então recorre-se a fazer os processadores que funcionem em “cluster”, ou seja, cada processador com os seus devidos núcleos” passará a trabalhar em paralelo, dentro do que se chama de “cluster”, (conjunto, grupo ou acumulação), com outros processadores com os seus respectivos “núcleos”.
Diante do estudo de caso exposto, responda a atividade proposta! Cole os resultados no comentário.
ANDRÉ PRZYBYSZ 
1 – Responda Uma bela manhã, a abelha-rainha de certa colmeia convoca todas as suas abelhas operárias e lhes comunica que a tarefa daquele dia é colher néctar de rosas. Então, as operárias saem voando em busca de rosas. Esse é um sistema SIMD ou um sistema MIMD?
É um sistema SIMD pois temos todo o meio disponibilizado e mobilizado para a realização de uma única tarefa, o que se enquadra no conceito de SIMD quando levamos para o lado computacional que é uma arquitetura onde um conjunto de processadores executa a mesma instrução em vários conjuntos de dados simultaneamente. Isso é útil em aplicações que envolvem processamento de dados altamente paralelos, como em aplicações gráficas, de imagem e de áudio. Ou seja , temos um conjunto de abelhas operárias(processadores) executando a mesma instrução (colher néctar de rosas) de forma simultânea.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
Os multicomputadores são sistemas compostos por vários computadores independentes, ou seja, cada processador possui sua própria memória. Os processadores em um multicomputador geralmente se comunicam por meio de uma rede de interconexão, que pode ser dedicada ou compartilhada com outros dispositivos, como dispositivos de armazenamento. Cada processador é responsável por executar seus próprios processos e gerenciar sua própria memória. Um exemplo de multicomputador é um cluster de computadores que trabalham juntos em uma rede para resolver um problema em paralelo, como um cluster de servidores de banco de dados. Já os multiprocessadores são sistemas compostos por vários processadores compartilhando uma única memória física. Essa memória é acessada por todos os processadores, o que permite que eles compartilhem dados e coordenem suas atividades. Os multiprocessadores podem ser classificados de acordo com a forma como os processadores e a memória estão organizados. Existem dois tipos principais: SMP (Symmetric Multiprocessing) e NUMA (Non-Uniform Memory Access). Em um sistema SMP, todos os processadores têm acesso uniforme a toda a memória física. Isso significa que cada processador pode acessar qualquer endereço de memória de forma igualmente rápida. Os sistemas SMP são amplamente utilizados em servidores, computadores de alto desempenho e em sistemas de desktop de alta gama para fornecer maior capacidade de processamento. Um exemplo de sistema SMP é um servidor com múltiplos processadores Intel Xeon. Em um sistema NUMA, a memória é dividida em vários módulos, e cada processador tem acesso mais rápido à memória que está fisicamente mais próxima dele. Os sistemas NUMA são geralmente utilizados em servidores de banco de dados, em que a localidade dos dados é importante para o desempenho. Um exemplo de sistema NUMA é o IBM Power System AC922.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
As classificações de multiprocessadores NUMA, UMA e COMA se referem a diferentes formas de gerenciar o acesso à memória compartilhada em sistemas multiprocessados.
• NUMA – Non-Uniform Memory Access: Em um sistema NUMA, a memória é distribuída entre os processadores de forma desigual, ou seja, cada processador tem acesso mais rápido a uma parte específica da memória. Isso ocorre porque cada processador tem sua própria memória cache, que é usada para armazenar os dados mais frequentemente acessados. Quando um processador precisa acessar dados que não estão em sua memória cache, ele deve buscar esses dados em outro processador, o que pode levar mais tempo. A coordenação entre os processadores é feita através de um protocolo de troca de mensagens. O objetivo do NUMA é reduzir a sobrecarga do barramento de sistema em sistemas SMP (Symmetric Multiprocessors), tornando o acesso à memória mais eficiente.
• UMA – Uniform Memory Access: Em um sistema UMA, todos os processadores têm acesso igual à memória, ou seja, todos os processadores compartilham a mesma memória principal. Isso significa que não há diferenças de latência no acesso à memória entre os processadores. A coordenação entre os processadores é feita através de um barramento de sistema compartilhado. O UMA é mais simples de implementar do que o NUMA, mas pode levar a problemas de desempenho em sistemas de grande escala, porque o barramento de sistema pode se tornar um gargalo de desempenho.
• COMA – Cache-Only Memory Architecture: Em um sistema COMA, cada processador tem sua própria memória cache, mas a memória principal é organizada em módulos chamados “bancos de memória”. Cada banco de memória é atribuído a um grupo de processadores, e os dados são automaticamente movidos entre os bancos de memória e as memórias caches dos processadores à medida que são acessados. Isso significa que os dados frequentemente acessados ficam próximos dos processadores que os acessam com mais frequência, reduzindo a latência de acesso à memória. A coordenação entre os processadores é feita através de um protocolo de troca de mensagens. O COMA é uma abordagem mais sofisticada do que o NUMA e o UMA, mas pode ser mais complexo de implementar e gerenciar.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
As classificações de multicomputadores MPP e COW se referem a diferentes abordagens para projetar sistemas de computação paralela.
• MPP – Massive Parallel Processing: Um sistema MPP é um tipo de multicomputador projetado para executar tarefas em paralelo, dividindo-as em pequenas tarefas que podem ser executadas simultaneamente em vários processadores. Em um sistema MPP, vários processadores independentes são conectados por uma rede de alta velocidade e compartilham uma grande quantidade de memória distribuída. Cada processador é responsável por uma parte da tarefa global, e a coordenação é feita através de um sistema operacional especializado e de uma biblioteca de software paralelo. Os sistemas MPP são usados em aplicações que exigem grande poder de processamento, como simulações, análise de dados e modelagem climática.
• COW – Clusters of Workstations: Um sistema COW é um tipo de multicomputador que consiste em um grupo de estações de trabalho independentes conectadas por uma rede de alta velocidade. Cada estação de trabalho é um computador completo, com seu próprio processador, memória e sistema operacional. Os sistemas COW são mais baratos e fáceis de configurar do que os sistemas MPP, mas têm menor desempenho e escalabilidade. Eles são usados em aplicações que exigem menor poder de processamento, como renderização de imagens, processamento de vídeo e edição de documentos.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
Se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante em um multiprocessador com barramento compartilhado, ocorrerá uma situação de conflito de acesso conhecida como “contention” em inglês. Quando isso acontece, o barramento compartilhado se torna um gargalo e só pode lidar com um único acesso por vez. Como resultado, os processadores terão que esperar sua vez para acessar a memória. Esse atraso pode levar a uma queda significativa no desempenho do sistema, já que os processadores ficarão ociosos enquanto aguardam sua vez de acessar a memória. Para evitar a contention, os sistemas multiprocessados geralmente utilizam técnicas de controle de acesso, como protocolos de coleta de dados ou arbitragem, para gerenciar o acesso simultâneo à memória global. Essas técnicas de controle de acesso ajudam a minimizar o número de conflitos de acesso e a aumentar a eficiência do sistema.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
Nem sempre. A quantidade de núcleos em um processador pode ser um fator importante para o desempenho de processamento, mas não é o único fator determinante. Em geral, mais núcleos significam que um processador pode executar mais tarefas em paralelo, o que pode melhorar o desempenho em aplicações que exigem alto nível de paralelismo, como renderização de vídeo, simulações científicas e aprendizado de máquina. No entanto, em aplicações que não são altamente paralelas, o aumento do número de núcleos pode não levar a um aumento proporcional no desempenho. Em alguns casos, pode até haver uma diminuição no desempenho se o sistema não conseguir gerenciar eficientemente a distribuição de tarefas entre os núcleos.
Além disso, outros fatores, como a velocidade do clock, a quantidade de cache e a eficiência da arquitetura, também podem ter um impacto significativo no desempenho de processamento de um processador. Por exemplo, um processador com menos núcleos, mas com uma arquitetura mais eficiente e uma velocidade de clock mais alta, pode superar um processador com mais núcleos, mas com uma arquitetura menos eficiente e uma velocidade de clock mais baixa.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
Atualmente, o processador com o maior número de núcleos é o AMD EPYC 7763, que possui 64 núcleos e 128 threads. Esse processador é projetado para uso em servidores e estações de trabalho de alta performance, e faz parte da série de processadores AMD EPYC de terceira geração, lançada em 2021.
8 – Em quais situações vale a pena utilizar um “cluster” para o processamento e em quais situações vale a pena optar por um processamento “cloud computing.”
A decisão de utilizar um cluster ou um processamento em cloud computing depende das necessidades específicas de processamento de cada aplicação e das considerações de custo e escalabilidade. Aqui estão algumas situações em que é vantajoso usar um cluster:
• Processamento de cargas de trabalho intensivas: Um cluster pode ser útil para aplicações que exigem grande quantidade de processamento, como simulações computacionais complexas, análise de big data e renderização de vídeos em alta definição. Nesses casos, um cluster pode oferecer um desempenho superior e reduzir o tempo necessário para executar a tarefa.
• Disponibilidade de recursos locais: Em algumas organizações, é possível que haja recursos computacionais locais ociosos, como computadores desktop não utilizados. Nesses casos, é possível montar um cluster usando esses recursos e economizar custos em relação a soluções em cloud computing.
• Requisitos de segurança e privacidade: Algumas aplicações, como pesquisas confidenciais ou projetos governamentais, podem exigir maior controle sobre a segurança e a privacidade dos dados. Nesses casos, pode ser mais seguro executar o processamento em um cluster local controlado pela organização.
Por outro lado, aqui estão algumas situações em que pode ser vantajoso usar processamento em cloud computing:
• Carga de trabalho variável: Se a carga de trabalho variar muito ao longo do tempo, pode ser difícil dimensionar um cluster para atender a essas variações. Nesse caso, o uso de cloud computing pode permitir a alocação rápida de recursos adicionais conforme necessário e evitar o desperdício de recursos ociosos quando a carga de trabalho é baixa.
• Escalabilidade: Se a aplicação precisar ser escalável rapidamente, a escalabilidade horizontal oferecida pela cloud computing pode ser mais eficaz e eficiente do que aumentar a capacidade de um cluster.
• Acesso remoto: O uso de cloud computing pode permitir que usuários remotos acessem e usem a aplicação sem a necessidade de uma infraestrutura local de cluster.
9 – Em qual(ais) categoria(s) de processamento se encaixam os servidores de pesquisa do “Google” e os servidores de processamento de imagens da “NASA.”, fortemente acoplado, fracamente acoplado? Justifique a sua resposta.
Os servidores de pesquisa do Google e os servidores de processamento de imagens da NASA se enquadram na categoria de processamento de alto desempenho (HPC – High Performance Computing). Esses tipos de sistemas geralmente apresentam um alto grau de acoplamento entre os processadores, ou seja, os processadores são fortemente interconectados e compartilham a memória e os recursos de E/S. Os servidores de pesquisa do Google, por exemplo, são construídos a partir de um grande número de servidores de baixo custo, interconectados por uma rede de alta velocidade. Esses servidores trabalham em conjunto para executar consultas de pesquisa, indexação da web e outras tarefas de processamento de grande escala em paralelo. Esse tipo de processamento é altamente acoplado, já que os servidores precisam compartilhar dados e recursos para concluir a tarefa. Já os servidores de processamento de imagens da NASA são usados para analisar grandes volumes de dados coletados por satélites, telescópios e outras fontes de observação.
Esses servidores são construídos com processadores de alto desempenho e aceleradores gráficos para executar operações de processamento intensivo, como a renderização de imagens em alta resolução. Esse tipo de processamento também é altamente acoplado, já que os processadores precisam compartilhar dados e recursos para concluir a tarefa.
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1 – Responda Uma bela manhã, a abelha-rainha de certa colmeia convoca todas as suas abelhas operárias e lhes comunica que a tarefa daquele dia é colher néctar de rosas. Então, as operárias saem voando em busca de rosas. Esse é um sistema SIMD ou um sistema MIMD?
R: MIMD, pois cada abelha operária está realizando uma tarefa independente das outras, ou seja, cada uma está coletando néctar de rosas em uma localização diferente.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
R: Multicomputadores e Multiprocessadores são sistemas de computação paralela. A principal diferença é que os Multiprocessadores são compostos por múltiplos processadores dentro de um único computador, enquanto os Multicomputadores são compostos por múltiplos computadores interconectados. O sistema de memória de um Multiprocessador é compartilhado, o que significa que todos os processadores têm acesso à mesma memória principal. Já em um Multicomputador, cada nó tem sua própria memória local, que só pode ser acessada por esse nó.
Exemplo de Multiprocessador: Um computador com processadores Intel Core i9.
Exemplo de Multicomputador: Um cluster de servidores interconectados, como o Cluster de Servidores da Nasa.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
R: UMA: todos os processadores têm acesso igualmente rápido a uma memória física compartilhada.
COMA: cada processador tem sua própria memória cache e pode acessar a memória de outros processadores através de um sistema de interconexão.
NUMA: cada processador tem sua própria memória local, mas pode acessar a memória de outros processadores através de uma rede de interconexão.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
R: MPP: consiste em vários nós de processamento interconectados em uma rede, cada um com seu próprio processador e memória.
COW: consiste em vários computadores pessoais interconectados em uma rede para trabalhar juntos em uma tarefa específica.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
R: Se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante, ocorrerá um conflito de acesso. Isso pode causar atrasos e até mesmo falhas no sistema.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
R: Nem sempre uma maior quantidade de núcleos em um processador significa melhor processamento. O desempenho depende do tipo de aplicação e do tipo de processamento que está sendo executado. Em muitos casos, um único núcleo rápido pode ser mais eficiente do que vários núcleos mais lentos.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
R: Atualmente, o processador com a maior quantidade de núcleos é o AMD EPYC 7763, que possui 64 núcleos.
8 – Em quais situações vale a pena utilizar um “cluster” para o processamento e em quais situações vale a pena optar por um processamento “cloud computing.”
R: Um cluster é útil quando uma tarefa pode ser dividida em várias partes independentes que podem ser executadas simultaneamente em diferentes nós. Já o processamento em nuvem é útil quando uma tarefa pode ser executada em um ambiente virtualizado, escalável e acessível pela internet.
9 – Em qual(ais) categoria(s) de processamento se encaixam os servidores de pesquisa do “Google” e os servidores de processamento de imagens da “NASA.”, fortemente acoplado, fracamente acoplado? Justifique a sua resposta.
R: Os servidores de pesquisa do Google e os servidores de processamento de imagens da NASA são exemplos de sistemas fortemente acoplados. Isso significa que todos os processadores têm acesso à mesma memória compartilhada.
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1 – Responda Uma bela manhã, a abelha-rainha de certa colmeia convoca todas as suas abelhas operárias e lhes comunica que a tarefa daquele dia é colher néctar de rosas. Então, as operárias saem voando em busca de rosas. Esse é um sistema SIMD ou um sistema MIMD?
É um sistema SIMD (Single Instruction Multiple Data), já que as abelhas trabalham na mesma tarefa (coletar o néctar) em paralelo.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
Multiprocessadores são fortemente acoplados, compartilham uma única memória principal através dos barramentos, assim, vários processadores executam várias tarefas e trabalham como se fossem um só.
Multicomputadores são fracamente acoplados, cada um possui sua própria memória e executam as tarefas de forma distribuída. Eles se comunicam através de um link de comunicação, como par trançado. Clusters são um exemplo.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
UMA (Uniform Memory Access) é uma arquitetura em que todos os processadores têm acesso uniforme à memória física compartilhada, ou seja, o acesso à memória é igualmente rápido para todos os processadores. Isso é possível porque todos os processadores estão conectados diretamente ao barramento de memória, o que significa que não há diferença no tempo de acesso à memória, independentemente de qual processador está fazendo a solicitação.
Já a arquitetura COMA (Cache-Only Memory Access) é baseada no conceito de que cada processador possui uma memória cache local que armazena um subconjunto dos dados na memória física. Quando um processador precisa de um dado que não está em sua memória cache local, ele solicita aos outros processadores por meio de mensagens de rede. Isso significa que o acesso à memória não é uniforme, já que o tempo de acesso depende do local onde o dado está armazenado.
Por fim, a arquitetura NUMA (Non-Uniform Memory Access) é uma evolução do UMA, em que cada processador tem acesso a uma parte da memória física localmente. Isso significa que, embora todos os processadores possam acessar toda a memória física, o tempo de acesso à memória varia de acordo com a localização do dado na memória. Essa arquitetura é comum em sistemas com muitos processadores.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
O COW, também conhecido como Cluster de Estações de Trabalho, é um tipo de multicomputador em que várias estações de trabalho convencionais são conectadas em rede para formar um cluster. Cada estação de trabalho funciona como um nó do cluster e é responsável por uma parte do processamento, permitindo a execução de aplicativos distribuídos em paralelo. Esse tipo de multicomputador é comumente usado em áreas científicas e de engenharia, em que é necessário executar simulações complexas.
Por outro lado, o MPP, que significa Processador Massivamente Paralelo, é um tipo de multicomputador composto por um grande número de processadores idênticos conectados por uma rede de alta velocidade. Cada processador executa uma parte do processamento e trabalha em paralelo com os demais, permitindo a execução de tarefas que requerem alto desempenho, como análise de grandes volumes de dados, simulações complexas e processamento de imagens em tempo real.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
Acontece um conflito de barramento, onde os três processadores competem pela leitura ou gravação da memória, o que pode levar a um atraso no processamento ou a um deadlock.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
Depende da aplicação. Para tarefas que podem ser divididas em muitos threads o processamento vai ser otimizado, pois cada núcleo vai executar um thread. Já tarefas com poucos threads não utilizariam todos os núcleos do processador, deixando-o ocioso. Seria como ter uma Ferrari em uma pista com limite de velocidade baixo.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
AMD EPYC 9004 com até 96 núcleos.
8 – Em quais situações vale a pena utilizar um “cluster” para o processamento e em quais situações vale a pena optar por um processamento “cloud computing.”
Um cluster vale a pena quando a tarefa a ser executada exige o processamento de um volume muito grande de dados e algoritmos complexos em paralelo. Exemplos disso são simulações de pesquisas científicas, análises de ‘Big data’.
A computação em nuvem vale mais a pena quando o projeto exigir uma escalabilidade dinâmica e facilidade de gerenciamento de recursos. É possível adequar a quantidade de processamento de acordo com a demanda do projeto.
9 – Em qual(ais) categoria(s) de processamento se encaixam os servidores de pesquisa do “Google” e os servidores de processamento de imagens da “NASA.”, fortemente acoplado, fracamente acoplado? Justifique a sua resposta.
Os servidores de pesquisa do Google e os servidores de processamento de imagens da NASA se encaixam na categoria de processamento fortemente acoplado. Isso porque eles exigem um alto nível de comunicação e coordenação entre os processadores para executar tarefas complexas em paralelo. Por exemplo, no caso dos servidores de pesquisa do Google, é necessário que os vários servidores trabalhem juntos para indexar e pesquisar informações em toda a Web, enquanto os servidores de processamento de imagens da NASA precisam coordenar o processamento de grandes volumes de dados de imagem para análise científica. Essa coordenação requer um alto nível de comunicação entre os processadores, o que é típico de sistemas fortemente acoplados.
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1 – Responda Uma bela manhã, a abelha-rainha de certa colmeia convoca todas as suas abelhas-operárias e lhes comunica que a tarefa daquele dia é colher néctar de rosas. Então, as operárias saem voando em busca de rosas. Esse é um sistema SIMD ou um sistema MIMD?
R: É um sistema MIMD, pois apesar de ser uma única instrução, são processos(abelhas) diferentes.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os. Nos multicomputadores a memória é distribuída, ou seja,
R: Multicomputadores é um conjunto de computadores em uma rede, já os multiprocessadores é um conjunto de processadores dentro de uma mesma máquina. Nos multicomputadores a memória é distribuída, ou seja, cada processador tem acesso à sua própria memória local, já os multiprocessadores possuem memória compartilhada, facilitando o trabalho de divisão de tarefas, sendo assim mais rápido.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
R: Primeiramente os Multiprocessadores UMA, nesse, basicamente, cada CPU tem o mesmo tempo de acesso a todos os módulos de memória. Já no COMA não há uniformidade, existem alguns módulos de memória perto de cada CPU, funcionando também assim no NUMA, onde o local do código e os dados são importantes.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
R: MPP são multicomputadores compostos por um grande número de processadores, fortemente acoplados através de uma rede de alta velocidade. Geralmente são arquiteturas de custo elevado pois utilizam processadores específicos e redes de interconexão proprietárias.
Já a COW são os clusters(conjunto de computadores, para desenvolvimento de processamento paralelo), essas máquinas são construídas a partir de computadores comuns (PCs) ligados por redes de interconexão tradicionais.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
R: Caso os 3 processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante, causará erro.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
R: Não, apesar de quanto mais núcleos em um processador melhor, não necessariamente o seu processamento vai ser melhor, se compararmos um processador com apenas um núcleo rápido com outro com vários núcleos lerdos, é possível que o com apenas um núcleo ainda seja mais rápido para executar um processo.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
R: É o CPU Kilo-Core que possui um total de 1000 núcleos(core).
8 – Em quais situações vale a pena utilizar um “cluster” para o processamento e em quais situações vale a pena optar por um processamento “cloud computing.”
R: Vale a pena utilizar um “Cluster” quando os conteúdos são críticos ou os serviços precisam de disponibilidade e processamento imediatos, como, por exemplo, provedores de internet ou sites e-commerce, que demandam alta disponibilidade e balanceamento de carga de forma escalável. Já o “cloud computing” é mais indicado quando as empresas precisam de maior flexibilidade em relação a dados e informações, que podem ser acessados a qualquer hora em qualquer lugar( até de forma online).
9 – Em qual(ais) categoria(s) de processamento se encaixam os servidores de pesquisa do “Google” e os servidores de processamento de imagens da “NASA.”, fortemente acoplado, fracamente acoplado? Justifique a sua resposta.
R: Os servidores de pequisa do “Google” e dos servidores de processamento de imagens da “NASA”, são fortemente acoplados, pois eles precisam do menor tempo de comunicação possível, por isso os processos são feitos através de memórias e barramentos compartilhados.
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1 – Responda Uma bela manhã, a abelha-rainha de certa colmeia convoca todas as suas abelhas operárias e lhes comunica que a tarefa daquele dia é colher néctar de rosas. Então, as operárias saem voando em busca de rosas. Esse é um sistema SIMD ou um sistema MIMD?
SIMD, pois existem várias abelhas trabalhando em prol da mesma tarefa.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
Multicomputadores possuem memórias independentes, já um sistema com multiprocessadores, trabalha com memórias compartilhadas.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
Sistemas multiprocessados podem ser de dois tipos:
• Multiprocessamento simétrico (SMP): os processadores compartilham a mesma memória, embora possam ter caches separadas. O sistema operacional deve estar preparado para trabalhar com coerência de caches e, principalmente, evitar condições de corrida na memória principal.
• Acesso não uniforme à memória (NUMA): a cada processador é associado um banco de memória. Nesse caso, o sistema operacional trata cada banco separadamente, pois cada banco tem um custo de acesso diferente, dependendo de qual o processador a que está associado e onde está sendo executado o processo que tenta acessar a memória.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
Sistemas multicomputadores podem ser de dois tipos:
• MPP (Massively Parallel Processors): São multicomputadores compostos por um grande número de processadores, fortemente acoplados através de uma rede de alta velocidade. Geralmente são arquiteturas de custo elevado pois utilizam processadores específicos e redes de interconexão proprietárias.
• COW (Cluster of Workstations): Também chamadas de NOW (Network of Workstations), essas máquinas são construídas a partir de computadores comuns (PCs) ligados por redes de interconexão tradicionais.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
O Acesso não pode ser ao mesmo instante, ele deve vir de maneira sequêncial.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
Não apenas isso, a quantidade de threads associadas aos núcleos faz total diferença no processamento final, como exemplificado acima, numa soma gigantesca sendo dividida em threads, o cálculo se tornará mais rápido.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
Atualmente, o processador Xeon Gold 5220 da Intel possuí 18 núcleos.
8 – Em quais situações vale a pena utilizar um “cluster” para o processamento e em quais situações vale a pena optar por um processamento “cloud computing.”
Para um sistema local rápido e fortemente acoplado, utiliza-se clusters, já para serviços com acesso global, através da internet, é utilizado a computação em nuvem, mesmo sendo fracamente acoplada, ela permite distribuir a informação em diversas máquinas em diversos continentes com configurações distintas, sendo perfeita para empregar aplicativos online mundialmente acessados.
9 – Em qual(ais) categoria(s) de processamento se encaixam os servidores de pesquisa do “Google” e os servidores de processamento de imagens da “NASA.”, fortemente acoplado, fracamente acoplado? Justifique a sua resposta.
Se encaixam na categoria de fortemente acoplados, pois são diversas máquinas com as mesmas configurações ligadas por uma rede local, o que dá vantagem no que diz respeito a velocidade de interação entre hardwares.
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Respostas:
1. Por ser apenas uma instrução, para múltiplas abelhas operárias, o sistema é do tipo SIMD.
2. Multicomputadores é um sistema composto de vários computadores, são usados quando a energia do computador é forte necessário, pois cada processador utiliza a sua própria memória dedicada. Um computador de baixo acoplamento e um cluster de computadores fortemente acoplados são ambos considerados sistemas de múltiplos computadores.
Multiprocessadores é um computador que tem mais de uma CPU na sua placa-mãe. As tarefas são distribuídas entre os processadores e todos os processadores compartilham memória comum.
3. Cada Classificação diz respeito a como a memória compartilhada é implementada no multiprocessador.
NUMA (Non-uniform Memory Access),Onde todos os processadores têm acesso a toda memória.
COMA (Cache-Only Memory Access), Assemelham-se a uma arquitetura NUMA, onde cada nó de processamento possui uma parte da memória global. As memórias funcionam como caches de nível 3.
CC-NUMA (Cache Coherent Non-Uniform Memory Access), Solução de compromisso entre as arquiteturas NUMA e COMA. Cada nó processador possui uma cache local para reduzir o tráfego na rede de interconexão.
4. MPP são multicomputadores massivamente paralelos, que contam com múltiplas memórias locais, nós se comunicam por troca de mensagens, os multicomputadores estão interconectados por rede de alta velocidade, tem uma boa escalabilidade, porém sua programação é complexa.
COW (Cluster of Workstations) pode ser vista como NOW (Network of Workstations) dedicada ao processamento paralelo e distribuído, a COW implementa protocolos de rede em hardware, várias camadas de rede podem ser simplificadas ou eliminadas.
5. Caso três processadores tentarem acessar a memória global no mesmo instante, ocorrerá um conflito, aumentando o tempo de processamento de um respectivo serviço, e até mesmo causar falhar no processamento.
6. Na minha opinião, é importante o processador ter uma alta quantidade de núcleos, pois isso torna o processamento multitarefas mais eficiente, combinado com uma boa programação, cada núcleo ficara responsável por um processo.
7.O processador com maior quantidade de núcleos atualmente é o AMD EPYC 9004, que conta com até 96 núcleos.
8. Clusteres são indicado para empresas, com escritórios físicos, que vão necessitar de um sistema de multicomputadores efienciênte. Caso a maior parte de ação da empresa seja virtural, o processamento “cloud computing” é melhor indicado.
9. O sistema de servidores de pesquisa do Google e servidores de processamento de imagens da NASA, são fortemente acoplados, já que são sistemas em que a conexão entre os vários elementos de processamento é feita, em geral, através de memória e barramentos compartilhados
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1 – O sistema descrito na situação é um exemplo de sistema SIMD (Single Instruction Multiple Data), onde todas as abelhas operárias recebem a mesma instrução ou tarefa (colher néctar de rosas) e trabalham simultaneamente em diferentes dados (as diferentes rosas encontradas). Nesse sistema, as operações são sincronizadas, ou seja, todas as abelhas operárias estão executando a mesma tarefa ao mesmo tempo.
2 – Multicomputador é um computador paralelo construído com múltiplos computadores interligados por uma rede. Os processadores em computadores diferentes interagem passando mensagens. Cada um desses processadores possui a sua própria memória local.
Multiprocessadores são computadores com memória compartilhada se distinguem dos demais por apresentarem vários processadores acessando fisicamente uma única memória, que é comum a todos.
3 – UMA (Uniform Memory Access): O tempo de acesso à memória é o mesmo, independente de onde a word esteja localizada. Isso é normal com uma memória comum.
NUMA (Nonuniform Memory Access): O tempo de acesso à memória varia conforme seu endereço. Isso é normal com uma memória fisicamente distribuída.
COMA (Cache-coherent nonuniform memory access): Um NUMA com um mecanismo que garante a coerência de cache.
4 – Processadores Maciçamente Paralelos (MPPs) são multicomputadores construídos com milhares de nós (CPU e memória) independentes conectados por uma rede proprietária de alta velocidade.
COW são um conjunto de PCs independentes (Nós), que cooperam umas com as outras para atingir um determinado objetivo. – Os nós se comunicam via uma rede comercial para coordenar e organizar as tarefas a serem executadas.
5 – Se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante em um multiprocessador com barramento compartilhado, ocorrerá uma condição de corrida (race condition). Isso ocorre porque o barramento compartilhado pode atender a apenas um processador por vez e, se vários processadores tentarem acessar a memória simultaneamente, eles entrarão em conflito.
6 – Nem sempre a quantidade de núcleos em um processador determina seu desempenho, pois o processamento depende do tipo de aplicação que está sendo executada. Em outras palavras, o número de núcleos em um processador pode ter um impacto diferente em diferentes tipos de aplicativos.
Para aplicações que exigem muita computação paralela, como renderização de vídeo, processamento de imagens, simulações físicas ou científicas, a presença de múltiplos núcleos pode trazer benefícios significativos.
Por outro lado, para aplicativos que não exigem muita computação paralela, como processamento de texto, navegação na web ou outras tarefas comuns, um processador com muitos núcleos pode não ser tão vantajoso quanto um com menos núcleos, mas com maior frequência de clock e cache mais rápido.
7 – A Cerebras apresentou o maior chip do mundo, a Wafer Scale Engine (WSE), que possui 850.000 núcleos e 2,6 trilhões de transistores. Essa é a segunda geração de processadores de inteligência artificial da empresa e é produzida no processo de 7 nm daTaiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC).
8 – Um cluster é mais adequado para tarefas que exigem um alto desempenho e uma grande capacidade de processamento, enquanto a cloud computing é mais adequada para aplicações em que a escalabilidade e a flexibilidade são mais importantes do que o desempenho máximo. A escolha entre as duas abordagens depende das necessidades específicas de cada projeto ou aplicação.
9 – Os servidores de pesquisa do Google se enquadram na categoria de processamento de dados em larga escala e em tempo real, com foco em busca e recuperação de informações. Esses servidores geralmente usam um modelo de processamento fracamente acoplado, com a distribuição de tarefas entre diferentes servidores e clusters, permitindo o processamento paralelo e a escalabilidade.
Já os servidores de processamento de imagens da NASA se enquadram na categoria de processamento de dados científicos em larga escala, com foco em análise e processamento de imagens de satélite e outros dados científicos. Esses servidores usam um modelo de processamento fortemente acoplado, com os servidores e nós de processamento trabalhando juntos de forma altamente integrada para processar e analisar os dados científicos de forma eficiente.
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1 – Responda Uma bela manhã, a abelha-rainha de certa colmeia convoca todas as suas abelhas operárias e lhes comunica que a tarefa daquele dia é colher néctar de rosas. Então, as operárias saem voando em busca de rosas. Esse é um sistema SIMD ou um sistema MIMD?
Esse é um sistema MIMD (Multiple Instruction Multiple Data), já que cada abelha operária é um processador independente que executa sua própria tarefa de buscar néctar de rosa em uma rosa diferente, sem precisar se comunicar com as outras abelhas para realizar a tarefa. Cada abelha pode seguir seu próprio caminho e encontrar sua própria fonte de néctar, sem depender do trabalho das outras abelhas. Dessa forma, várias operárias podem trabalhar simultaneamente, executando a mesma tarefa, mas em locais diferentes.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
Os multicomputadores e multiprocessadores são dois tipos de arquiteturas paralelas utilizadas em computação, cada um com suas próprias características.
Os multiprocessadores são sistemas que possuem vários processadores (ou CPUs) em um único computador, compartilhando um mesmo espaço de memória. Esses processadores trabalham juntos para executar tarefas simultaneamente, dividindo a carga de trabalho entre si. Existem duas categorias principais de multiprocessadores: os SMP (Symmetric Multiprocessors) e os NUMA (Non-Uniform Memory Access).
Os SMPs possuem múltiplos processadores com acesso igualitário à mesma memória física, ou seja, todos os processadores podem acessar qualquer endereço de memória em igualdade de condições. Um exemplo de multiprocessador SMP é o IBM eServer xSeries, que possui vários processadores em um único gabinete, compartilhando a mesma memória.
Já os NUMAs possuem vários processadores com acesso a uma memória dividida em vários módulos, cada um com um tempo de acesso diferente. Nesse caso, cada processador tem um acesso mais rápido aos módulos de memória mais próximos a ele. Um exemplo de NUMA é o SGI Altix, que utiliza processadores Intel Itanium e permite a criação de sistemas com centenas de processadores.
Por outro lado, os multicomputadores são sistemas compostos por vários computadores independentes, cada um com seu próprio processador e memória, conectados por meio de uma rede. Cada computador em um multicomputador é capaz de executar tarefas independentes dos outros computadores, sendo possível a comunicação entre eles para compartilhar recursos. Um exemplo de multicomputador é o Beowulf, que utiliza uma rede de computadores comuns para criar um sistema de alto desempenho.
Em relação ao sistema de memória, nos multiprocessadores a memória é compartilhada entre os processadores, permitindo que todos os processadores acessem a mesma área de memória. Já nos multicomputadores, cada nó possui sua própria memória, com acesso local rápido, mas a comunicação entre os nós é realizada por meio de uma rede.
Em resumo, os multiprocessadores são sistemas com vários processadores compartilhando uma mesma memória, enquanto os multicomputadores são sistemas compostos por vários computadores independentes, conectados por uma rede.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
Multiprocessadores são sistemas que possuem mais de um processador trabalhando em conjunto para executar tarefas. Existem diferentes classificações para multiprocessadores, e duas delas são UMA (Uniform Memory Access) e COMA (Cache-Only Memory Architecture).
• UMA: em um sistema UMA, todos os processadores compartilham a mesma memória principal (RAM), o que significa que todos têm acesso igualmente rápido a qualquer parte da memória. Esse modelo é considerado “uniforme” porque o tempo de acesso à memória é o mesmo para todos os processadores. No entanto, se muitos processadores estiverem tentando acessar a memória ao mesmo tempo, pode haver problemas de contenção que afetam o desempenho.
• COMA: em um sistema COMA, cada processador tem sua própria memória cache local e não compartilha a memória principal diretamente com outros processadores. Quando um processador precisa acessar uma região de memória que não está presente em sua própria cache, ele envia uma solicitação para outros processadores que podem ter a informação na cache deles. Se os dados estiverem disponíveis em outras caches, eles serão transferidos de volta para a cache local do processador que solicitou. Esse modelo é considerado “cache-only” porque o acesso direto à memória principal é evitado sempre que possível. O modelo COMA pode ser mais escalável que o UMA em termos de número de processadores, mas a complexidade do controle de cache e a latência do acesso à memória podem ser desafios significativos para a implementação eficiente.
Além do UMA e do COMA, existe outra classificação de arquitetura de multiprocessadores conhecida como NUMA (Non-Uniform Memory Access). Em um sistema NUMA, cada processador tem sua própria memória local, mas a memória não é compartilhada igualmente entre todos os processadores. Em vez disso, a memória é dividida em bancos de memória, e cada processador tem acesso mais rápido à memória local do que à memória de outros processadores. Isso significa que o tempo de acesso à memória pode variar dependendo da localização do dado na memória, e essa variação é o que torna o acesso “não uniforme”.
Sistemas NUMA são frequentemente utilizados em servidores de grande porte, onde é comum ter dezenas ou até centenas de processadores trabalhando juntos. A arquitetura NUMA permite que os processadores trabalhem com conjuntos diferentes de dados sem sobrecarregar o barramento de memória principal, o que pode melhorar significativamente o desempenho. No entanto, a complexidade do controle de cache e o gerenciamento de memória podem ser desafios significativos na implementação eficiente do modelo NUMA.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
Multicomputadores são sistemas que consistem em várias computadoras independentes trabalhando juntas para executar uma tarefa. Duas classificações comuns de multicomputadores são MPP (Massively Parallel Processing) e COW (Cluster Of Workstations).
• MPP: em um sistema MPP, os computadores individuais são projetados para trabalhar em paralelo e coordenar seus esforços para executar tarefas em larga escala. Esses sistemas são frequentemente usados em aplicativos científicos e de engenharia que exigem cálculos complexos em grandes conjuntos de dados. Os nós individuais do MPP geralmente têm sua própria memória, e o barramento de comunicação é usado para sincronizar o trabalho entre os nós. O MPP pode ser escalável, permitindo que mais nós sejam adicionados conforme necessário para aumentar o poder de processamento do sistema.
• COW: em um sistema COW, vários computadores individuais são conectados em rede para formar um cluster, que pode ser usado para executar tarefas distribuídas. Ao contrário do MPP, os nós do COW geralmente são computadores comuns usados para fins gerais, como desktops ou laptops. Esses sistemas são frequentemente usados em aplicativos de negócios ou científicos que exigem um grande número de CPUs, mas não necessitam de um alto desempenho por CPU individual. O COW pode ser escalável e relativamente barato, pois os nós são dispositivos de propósito geral e a rede existente pode ser utilizada como barramento de comunicação. No entanto, a coordenação e a sincronização do trabalho entre os nós individuais podem ser desafios significativos em termos de desempenho e complexidade.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
Se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante em um multiprocessador que usa um barramento compartilhado, pode ocorrer um conflito de acesso à memória, conhecido como “contention” (conflito em inglês). Quando isso ocorre, os processadores competem pelo acesso ao barramento para transmitir ou receber dados da memória. Como o barramento compartilhado pode ser acessado por apenas um processador de cada vez, é possível que um ou mais processadores tenham que aguardar até que o barramento esteja disponível para uso.
Esse cenário pode levar a um atraso no processamento, diminuindo o desempenho do sistema como um todo, já que os processadores precisam esperar até que o barramento esteja disponível para acessar a memória. Além disso, o aumento da contenção pode levar a uma condição conhecida como “congestionamento do barramento”, que ocorre quando há muitos processadores tentando acessar o barramento simultaneamente, resultando em uma diminuição significativa no desempenho do sistema.
Para minimizar esses problemas, os multiprocessadores usam técnicas de controle de acesso ao barramento, como a arbitragem de barramento, que determina qual processador terá prioridade de acesso quando há múltiplas solicitações simultâneas. Além disso, outras técnicas, como caches de memória e buffers de escrita, também podem ser utilizadas para melhorar o desempenho e reduzir a contenção do barramento.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
Nem sempre a quantidade de núcleos em um processador está diretamente relacionada com o seu desempenho e capacidade de processamento. O desempenho de um processador é determinado por diversos fatores, como frequência de clock, arquitetura, cache, memória, barramento e outros recursos integrados.
Embora a adição de núcleos em um processador possa aumentar a capacidade de processamento em algumas situações, como em tarefas que exigem processamento paralelo intenso, como renderização de vídeos e simulações computacionais, em outras situações a adição de núcleos pode não resultar em um aumento significativo de desempenho.
Além disso, a maioria das aplicações de software não é projetada para tirar proveito de um grande número de núcleos, o que significa que o processador pode não estar sendo usado de maneira eficiente em muitos casos. Em outras palavras, ter muitos núcleos não significa que todas as aplicações e programas serão executados mais rapidamente.
Por fim, o número de núcleos também pode afetar o consumo de energia e o custo do processador, o que pode ser um fator importante em muitos cenários, como em dispositivos móveis e em servidores de data center.
Portanto, a quantidade de núcleos em um processador é um fator importante, mas não é o único determinante do desempenho e da capacidade de processamento de um sistema. É importante considerar outras características e recursos do processador, bem como as necessidades específicas de cada aplicação ou cenário de uso.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
Atualmente, o processador com maior quantidade de núcleos é o AMD EPYC 7763, lançado em março de 2021. Ele possui 64 núcleos e 128 threads, o que o torna um processador de alto desempenho projetado para servidores e data centers que exigem grande capacidade de processamento.
O AMD EPYC 7763 é baseado na arquitetura Zen 3 da AMD e é construído em um processo de fabricação de 7nm. Ele possui uma frequência base de 2,45 GHz e uma frequência de boost de até 3,5 GHz, bem como 256 MB de cache L3 e suporte para até 4 TB de memória RAM.
Com sua grande quantidade de núcleos, o AMD EPYC 7763 é capaz de lidar com cargas de trabalho intensas e de alto volume, como processamento de dados, análise de big data e inteligência artificial. Ele também é projetado para oferecer alta escalabilidade e eficiência energética, tornando-se uma opção interessante para empresas que precisam de um processador poderoso e econômico para executar suas aplicações e serviços.
8 – Em quais situações vale a pena utilizar um “cluster” para o processamento e em quais situações vale a pena optar por um processamento “cloud computing.”
Um cluster é um conjunto de computadores conectados em rede e trabalhando juntos para executar uma determinada tarefa. Já o processamento em nuvem (cloud computing) é a utilização de recursos computacionais remotos, acessíveis pela internet, para executar tarefas e armazenar dados.
A escolha entre cluster e cloud computing depende das necessidades específicas de cada aplicação ou tarefa que será executada. Em geral, o uso de clusters é recomendado para cargas de trabalho de alto desempenho e com grande volume de processamento, que exigem uma grande quantidade de recursos computacionais para serem executadas. Exemplos de aplicações que podem se beneficiar de clusters incluem simulações computacionais, modelagem molecular, processamento de imagens de alta resolução, entre outras.
Por outro lado, o processamento em nuvem é uma opção mais flexível e escalável, que pode ser usada para uma variedade de tarefas e aplicações, desde a hospedagem de sites e aplicativos até a análise de dados e a execução de aplicações de negócios. Cloud computing é particularmente adequado para empresas que desejam evitar altos investimentos iniciais em infraestrutura de TI e preferem pagar apenas pelos recursos que utilizam.
Além disso, a escolha entre cluster e cloud computing também pode depender do orçamento disponível, da complexidade e tempo necessário para configurar e manter a infraestrutura, do grau de segurança e privacidade necessário para a tarefa, entre outros fatores. Por isso, é importante avaliar cuidadosamente as opções disponíveis e as necessidades específicas antes de decidir qual abordagem é a melhor para cada situação.
9 – Em qual(ais) categoria(s) de processamento se encaixam os servidores de pesquisa do “Google” e os servidores de processamento de imagens da “NASA.”, fortemente acoplado, fracamente acoplado? Justifique a sua resposta.
Os servidores de pesquisa do Google e os servidores de processamento de imagens da NASA podem ser classificados como sistemas de processamento fortemente acoplados.
Sistemas fortemente acoplados são caracterizados por terem um alto grau de interconexão e compartilhamento de recursos entre os processadores, de modo que o desempenho do sistema depende significativamente da comunicação e coordenação entre os processadores. Esses sistemas são usados em tarefas que exigem grande capacidade de processamento, como simulações científicas, análise de dados de grande volume e aplicações de inteligência artificial.
Os servidores de pesquisa do Google e os servidores de processamento de imagens da NASA são exemplos de sistemas fortemente acoplados porque ambos envolvem o processamento de grandes quantidades de dados em paralelo, com muitos processadores trabalhando juntos para executar tarefas complexas. No caso do Google, o sistema de pesquisa precisa indexar e buscar informações em um grande volume de dados, enquanto a NASA precisa processar grandes quantidades de dados de imagens capturadas por telescópios e sondas espaciais.
Em contraste, sistemas fracamente acoplados são caracterizados por terem pouca ou nenhuma interconexão entre os processadores, o que significa que cada processador trabalha de forma independente e não depende de outros processadores para executar sua tarefa. Esses sistemas são comuns em aplicativos de desktop e servidores de arquivos, onde a carga de trabalho pode ser dividida em pequenas tarefas independentes que são executadas em paralelo em diferentes processadores.
Em resumo, os servidores de pesquisa do Google e os servidores de processamento de imagens da NASA se encaixam na categoria de sistemas fortemente acoplados, devido à sua alta interconexão e dependência de comunicação entre os processadores para executar tarefas complexas de processamento de dados.
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1 – Responda Uma bela manhã, a abelha-rainha de certa colmeia convoca todas as suas abelhas operárias e lhes comunica que a tarefa daquele dia é colher néctar de rosas. Então, as operárias saem voando em busca de rosas. Esse é um sistema SIMD ou um sistema MIMD?
R:O sistema descrito não se encaixa em nenhuma das categorias SIMD ou MIMD, pois se trata de um sistema biológico, não de um sistema computacional.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
R: Multicomputadores e multiprocessadores são dois tipos de sistemas paralelos de computação. A diferença fundamental entre eles é que um multicomputador consiste em várias unidades de processamento independentes (computadores) conectadas por uma rede, enquanto um multiprocessador consiste em várias unidades de processamento interconectadas em um único sistema.No sistema de memória de um multicomputador, cada nó tem sua própria memória local e não compartilha diretamente a memória com outros nós. A comunicação entre os nós é feita através da rede. Como cada nó tem sua própria memória, os multicomputadores podem lidar com grandes quantidades de dados e executar programas que não podem ser executados em um único computador. Por outro lado, em um multiprocessador, todos os processadores compartilham a mesma memória. Isso permite que os processadores troquem informações muito rapidamente e executem tarefas em conjunto de maneira mais eficiente. A memória compartilhada em um multiprocessador permite que os processadores acessem os mesmos dados diretamente, o que pode reduzir o tempo de espera. Um exemplo de multicomputador é o cluster Beowulf, que consiste em vários nós de computação independentes conectados por uma rede de alta velocidade. Um exemplo de multiprocessador é o IBM Power System, que contém vários processadores interconectados compartilhando a mesma memória
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
R: NUMA (Non-Uniform Memory Access): os processadores têm acesso local a uma parte da memória do sistema e acesso remoto (mais lento) a outras partes da memória. Essa arquitetura é útil em sistemas com grandes quantidades de memória, onde o acesso direto a toda a memória seria impraticável.
COMA (Cache-Only Memory Architecture): cada processador tem sua própria memória cache e acesso a uma “nuvem” de memória compartilhada. A memória compartilhada é organizada como uma cache distribuída, em que cada bloco de memória é mantido em uma ou mais caches. Isso permite que o sistema tenha um desempenho muito rápido em operações de leitura e escrita de memória compartilhada.
UMA (Uniform Memory Access): O UMA é um tipo de multiprocessador onde todos os processadores têm o mesmo acesso à memória compartilhada. Esse modelo é utilizado principalmente em sistemas com poucos processadores, onde a latência da memória não é um grande problema.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
R: MPP (Massively Parallel Processing):
Os MPPs são compostos por um grande número de processadores independentes, geralmente centenas ou milhares, que trabalham em conjunto para processar grandes quantidades de dados. Os processadores em um MPP são tipicamente organizados em nós de processamento, que são conectados por meio de uma rede de interconexão de alta velocidade. Os MPPs são usados para aplicações que exigem um grande poder de processamento, como simulações, previsões meteorológicas e análises financeiras.
COW (Cluster Of Workstations): Os COWs são compostos por um conjunto de estações de trabalho independentes, que são conectadas por meio de uma rede de interconexão de alta velocidade. Cada estação de trabalho é geralmente um computador pessoal ou estação de trabalho de alta performance. Os COWs são usados principalmente para aplicações de processamento distribuído, como processamento de imagens e simulações em tempo real.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
Se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante em um multiprocessador que usa um barramento compartilhado, ocorrerá uma condição de conflito conhecida como “conflito de barramento” ou “contention”.
Isso ocorre porque o barramento compartilhado é um recurso compartilhado e, portanto, pode ser usado por apenas um processador de cada vez. Se vários processadores tentam acessar o barramento simultaneamente, um conflito ocorre, pois apenas um processador pode usar o barramento de cada vez. Isso pode resultar em atrasos e aumento do tempo de espera, pois os processadores precisam esperar sua vez para acessar a memória global.Para evitar conflitos de barramento, os sistemas multiprocessadores geralmente implementam mecanismos de arbitragem para coordenar o acesso ao barramento compartilhado entre os processadores. Isso pode envolver o uso de sinais de controle ou protocolos de comunicação para garantir que cada processador tenha um acesso justo e exclusivo ao barramento quando necessário. Alguns exemplos de protocolos de arbitragem comuns são o protocolo de exclusão mútua baseado em barramento (bus-based mutual exclusion protocol) e o protocolo de exclusão mútua baseado em cache (cache-based mutual exclusion protocol).
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
R: Não necessariamente. A quantidade de núcleos em um processador pode sim afetar positivamente o desempenho em tarefas que possam ser executadas de forma paralela, como renderização de vídeo ou processamento de grandes volumes de dados. No entanto, o desempenho também depende da capacidade dos núcleos individuais e de outros fatores, como a velocidade do clock e a eficiência do cache.
Além disso, muitas tarefas cotidianas realizadas por usuários comuns, como navegar na web, verificar e-mails ou digitar um documento de texto, não exigem grande poder de processamento e podem ser facilmente executadas em processadores com apenas dois ou quatro núcleos.
Outro ponto a se considerar é que, para aproveitar ao máximo um processador com muitos núcleos, é preciso que o software seja projetado para executar tarefas de forma paralela. Caso contrário, a capacidade de processamento adicional pode não ser totalmente utilizada.
Portanto, a quantidade de núcleos em um processador não é o único fator a ser considerado ao avaliar seu desempenho. É importante analisar o uso pretendido do processador e outros fatores, como a eficiência energética e a capacidade do cache, antes de decidir qual processador é o melhor para uma determinada tarefa ou uso.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
R:Atualmente, o processador com maior quantidade de núcleos é o AMD EPYC 7763, que possui 128 núcleos. Ele foi lançado em março de 2021 e é voltado para uso em servidores de alto desempenho, data centers e computação em nuvem. O processador tem um clock base de 2,45 GHz e pode atingir até 3,5 GHz em modo boost, além de suportar até 4 TB de memória RAM e 128 pistas PCIe 4.0. O AMD EPYC 7763 é fabricado com a tecnologia de processo de 7 nanômetros e faz parte da linha de processadores AMD EPYC de terceira geração.
8 – Em quais situações vale a pena utilizar um “cluster” para o processamento e em quais situações vale a pena optar por um processamento “cloud computing.”
R:Tanto clusters quanto cloud computing são soluções de computação distribuída que permitem que as cargas de trabalho sejam distribuídas por vários nós para processamento mais rápido e eficiente.A escolha entre essas soluções depende das necessidades e requisitos específicos do projeto ou aplicação em questão. Em geral, clusters são mais adequados para cargas de trabalho de alto desempenho que requerem processamento intensivo, baixa latência e alta largura de banda. Alguns exemplos incluem simulações científicas, análise de big data, renderização de imagens e modelagem de previsão de tempo.Por outro lado, cloud computing é geralmente mais adequado para cargas de trabalho menos intensivas em recursos, como aplicativos web, bancos de dados, armazenamento e processamento de arquivos. Ele também pode ser uma boa opção para pequenas e médias empresas que desejam reduzir custos de hardware e gerenciamento de infraestrutura.No entanto, é importante notar que as diferenças entre essas soluções estão diminuindo à medida que a tecnologia evolui e muitos provedores de nuvem agora oferecem serviços de alto desempenho, como GPUs e FPGAs, que permitem que as cargas de trabalho mais intensivas sejam executadas na nuvem. Além disso, muitas empresas estão usando uma combinação de ambas as soluções para atender às suas necessidades específicas.
9 – Em qual(ais) categoria(s) de processamento se encaixam os servidores de pesquisa do “Google” e os servidores de processamento de imagens da “NASA.”, fortemente acoplado, fracamente acoplado? Justifique a sua resposta.
R:Os servidores de pesquisa do Google e os servidores de processamento de imagens da NASA se enquadram na categoria de processamento fortemente acoplado.
Os servidores do Google precisam lidar com um grande volume de dados em tempo real, fazendo uso intensivo de paralelismo e escalabilidade horizontal para lidar com a demanda de consultas dos usuários. Isso envolve o uso de milhares de servidores interconectados em um ambiente altamente acoplado, onde os nós de processamento compartilham recursos e são altamente interdependentes. O Google utiliza o Google File System (GFS) para gerenciar seus dados e o MapReduce para processamento distribuído.Por sua vez, os servidores de processamento de imagens da NASA também fazem uso de paralelismo e escalabilidade horizontal para processar grandes quantidades de dados, mas com um foco diferente: a análise e processamento de imagens e dados coletados por sondas espaciais, telescópios e outros dispositivos. Os servidores de processamento da NASA são altamente acoplados, pois o processamento de cada imagem depende da conclusão do processamento anterior e do compartilhamento de dados.Em resumo, ambas as aplicações fazem uso de processamento fortemente acoplado, com um alto grau de interdependência entre os processos e compartilhamento de recursos para lidar com grandes volumes de dados e garantir uma alta eficiência no processamento.
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1 – Responda Uma bela manhã, a abelha-rainha de certa colmeia convoca todas as suas abelhas operárias e lhes comunica que a tarefa daquele dia é colher néctar de rosas. Então, as operárias saem voando em busca de rosas. Esse é um sistema SIMD ou um sistema MIMD?
R: Nesse caso, o sistema é do tipo MIMD (Multiple Instruction Multiple Data), pois cada abelha operária está voando individualmente e realizando a tarefa de colher néctar de rosas de forma independente das outras abelhas.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
Multicomputadores e multiprocessadores são sistemas paralelos. Os multicomputadores consistem em computadores independentes conectados em rede, enquanto os multiprocessadores possuem vários processadores interconectados compartilhando a mesma memória. Nos multicomputadores, a comunicação ocorre por troca de mensagens entre os nós, permitindo a execução de tarefas independentes. Já nos multiprocessadores, os processadores trabalham juntos para executar tarefas paralelas ou dividir o trabalho entre si. Exemplos incluem clusters de computadores para simulações científicas e servidores com vários processadores para processamento de banco de dados.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
As classificações de multiprocessadores incluem UMA (Uniform Memory Access), COMA (Cache Only Memory Architecture) e NUMA (Non-Uniform Memory Access).
UMA: Nessa arquitetura, todos os processadores têm acesso uniforme à memória compartilhada por meio de um barramento compartilhado. É simples de programar, mas pode ter problemas de escalabilidade.
COMA: Cada processador possui sua própria memória cache privada e não há uma memória compartilhada global. A comunicação entre processadores é feita por troca de mensagens. Essa arquitetura é complexa, mas oferece maior escalabilidade.
NUMA: O sistema é dividido em nós, cada um com seus próprios processadores e memória local. Os nós são interconectados por uma rede de alta velocidade. Cada processador tem acesso mais rápido à memória local do seu nó, mas pode acessar memória remota de outros nós. Essa arquitetura permite maior escalabilidade e distribuição eficiente de dados, mas pode ser mais complexa de programar.
Essas classificações oferecem abordagens diferentes para o compartilhamento de recursos em sistemas multiprocessados, cada uma com suas vantagens e desafios. A escolha da arquitetura depende das necessidades específicas da aplicação e dos requisitos de desempenho do sistema.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
As classificações de multicomputadores incluem MPP (Massively Parallel Processing) e COW (Cluster of Workstations).
MPP: É composto por muitos nós de processamento interconectados em uma rede de alta velocidade. Cada nó é um computador completo e trabalha em conjunto para executar tarefas altamente paralelas. É usado em aplicações científicas e cálculos intensivos.
COW: Consiste em uma coleção de estações de trabalho interconectadas em rede. Cada estação de trabalho é um computador independente que compartilha recursos e realiza tarefas distribuídas. É usado em ambientes de computação distribuída, como servidores web e processamento de dados.
Essas classificações permitem a conexão de múltiplos computadores para trabalhar em conjunto, cada uma com suas próprias características e aplicabilidades específicas.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
Em um multiprocessador com barramento compartilhado, se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante, ocorrerá uma condição de contenção no barramento. O barramento tem uma capacidade limitada e só pode transmitir uma única transação por vez. Nesse caso, os três processadores terão que esperar em uma fila de espera até que o barramento esteja livre para uso. Isso pode resultar em atrasos e diminuição do desempenho do sistema, pois os processadores precisarão aguardar sua vez para acessar a memória.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
A quantidade de núcleos em um processador não é o único fator determinante para o desempenho do processamento. Embora seja verdade que ter mais núcleos pode permitir a execução de várias tarefas simultaneamente e, em alguns casos, melhorar o desempenho, existem outros fatores a serem considerados, como a arquitetura do processador, a eficiência energética, a capacidade de cache, entre outros.
Além disso, o benefício de ter mais núcleos depende do tipo de aplicação ou tarefa que está sendo executada. Nem todas as tarefas podem se beneficiar do paralelismo fornecido por vários núcleos. Algumas tarefas são sequenciais e dependem de um único núcleo rápido, enquanto outras podem ser paralelizadas e se beneficiar de múltiplos núcleos.
Portanto, é importante considerar a natureza das tarefas que serão executadas e escolher um processador com a combinação certa de núcleos, frequência, cache e outros recursos que atendam aos requisitos específicos da aplicação.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
O processador com maior quantidade de núcleos atualmente é o AMD EPYC 7763, lançado em 2021, que possui 64 núcleos físicos e 128 threads. Esse processador foi projetado para servidores e aplicações de alto desempenho, onde o paralelismo é crucial.
8 – Em quais situações vale a pena utilizar um “cluster” para o processamento e em quais situações vale a pena optar por um processamento “cloud computing.”
A escolha entre utilizar um “cluster” ou “cloud computing” depende das necessidades e recursos disponíveis.
Cluster: Ideal para processar tarefas paralelas de alta carga computacional, distribuindo o processamento entre vários nós para acelerar o tempo de processamento. É útil em simulações científicas, análise de dados em larga escala e processamento intensivo.
Cloud Computing: Oferece escalabilidade, flexibilidade e recursos sob demanda. Permite provisionar recursos de acordo com a demanda, pagando apenas pelo que é utilizado. É vantajoso para lidar com picos de demanda, armazenamento de dados e desenvolvimento de aplicativos.
A escolha depende das características específicas do projeto, considerando a natureza das tarefas, o volume de processamento necessário e as restrições orçamentárias. Cada abordagem tem benefícios distintos e deve ser avaliada de acordo com as necessidades do cenário em questão.
9 – Em qual(ais) categoria(s) de processamento se encaixam os servidores de pesquisa do “Google” e os servidores de processamento de imagens da “NASA.”, fortemente acoplado, fracamente acoplado? Justifique a sua resposta.
Os servidores de pesquisa do Google e os servidores de processamento de imagens da NASA se enquadram na categoria de processamento fortemente acoplado. Isso se deve ao fato de que esses sistemas dependem de uma coordenação eficiente entre vários servidores, que trabalham juntos para realizar tarefas complexas e intensivas em recursos. No caso do Google, os servidores de pesquisa precisam processar e fornecer resultados de busca em tempo real, enquanto os servidores da NASA processam grandes volumes de dados e imagens para análise científica. Em ambos os casos, o alto grau de acoplamento entre os servidores é necessário para garantir um processamento eficiente e preciso.
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1 – Responda Uma bela manhã, a abelha-rainha de certa colmeia convoca todas as suas abelhas operárias e lhes comunica que a tarefa daquele dia é colher néctar de rosas. Então, as operárias saem voando em busca de rosas. Esse é um sistema SIMD ou um sistema MIMD?
O sistema descrito é do tipo SIMD (Single Instruction, Multiple Data).
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
Multicomputadores são vários computadores interconectados em rede, cada um com sua própria memória local.
Multiprocessadores são vários processadores compartilhando uma única memória principal.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
UMA: Todos os processadores podem acessar a memória física compartilhada com a mesma rapidez.
COMA: Cada processador possui sua própria memória cache e pode acessar a memória de outros processadores através do sistema de interconexão.
NUMA: Cada processador possui sua própria memória local, mas pode acessar a memória de outros processadores através da rede de interconexão.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
MPP: Consiste em vários nós de processamento interligados em uma rede, cada nó de processamento possui seu próprio processador e memória.
COW: Consiste em vários computadores pessoais interconectados em uma rede para trabalhar juntos para realizar uma tarefa específica.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
Se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente ao mesmo tempo em um multiprocessador com barramento compartilhado, ocorrerá um conflito de barramento. Isso pode ser resolvido por meio de mecanismos de arbitragem, espera ocupada ou protocolos de controle de acesso.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
A presença de mais núcleos em um processador não garante um melhor desempenho. Isso depende de fatores como a capacidade do software em aproveitar o paralelismo, a presença de tarefas simultâneas e as restrições de hardware.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
O processador com o maior número de núcleos é o AMD EPYC 7763, lançado em março de 2021.
Ele possui 64 núcleos e 128 threads. No entanto, é importante notar que a tecnologia está em constante evolução e novos processadores podem ser lançados no futuro com um número ainda maior de núcleos. Portanto, recomendo verificar as informações mais atualizadas sobre os processadores disponíveis no mercado.
8 – Em quais situações vale a pena utilizar um “cluster” para o processamento e em quais situações vale a pena optar por um processamento “cloud computing.”
Clusters são mais adequados para processar grandes quantidades de dados em ambientes controlados, enquanto a computação em nuvem é mais indicada quando há necessidade de flexibilidade e escalabilidade em infraestrutura. A escolha depende do problema, recursos, orçamento e requisitos de desempenho.
9 – Em qual(ais) categoria(s) de processamento se encaixam os servidores de pesquisa do “Google” e os servidores de processamento de imagens da “NASA.”, fortemente acoplado, fracamente acoplado? Justifique a sua resposta.
Tanto os servidores de pesquisa do Google quanto os servidores de processamento de imagens da NASA se enquadram na categoria de processamento fortemente acoplado devido à interdependência significativa entre eles para executar tarefas complexas e lidar com cargas de trabalho intensivas.
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1 – Responda Uma bela manhã, a abelha-rainha de certa colmeia convoca todas as suas abelhas operárias e lhes comunica que a tarefa daquele dia é colher néctar de rosas. Então, as operárias saem voando em busca de rosas. Esse é um sistema SIMD ou um sistema MIMD?
R: Sistema SIMD, pois a abelha rainha determina um comando para todas as suas operárias fazerem. Assim temos todo meio disponibilizado para realizar uma única tarefa.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
R: Multicomputadores: Diversos computadores fortemente acoplados (não possuem memória compartilhada), cada nó tem sua própria memória local, que só pode ser acessada por esse nó.
Multiprocessadores: Múltiplas CPUs compartilham memória, o que significa que todos os processadores têm acesso à mesma memória principal.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
R: – Multiprocessadores UMA (Uniform Memory Access – Acesso à Memória Uniforme), Cada CPU tem o mesmo tempo de acesso a todos os módulos de memória.
– Multiprocessadores NUMA (NonUniform Memory Access – Acesso Não-Uniforme à Memória). Cada processador tem sua própria memória local, mas pode acessar a memória de outros processadores através de uma rede de interconexão.
– Multiprocessadores COMA (Cache Only Memory Access – Acesso Somente à Memória Cache). Cada processador tem sua própria memória cache e pode acessar a memória de outros processadores através de um sistema de interconexão
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
R: MPP (Massively Parallel Processors): São multicomputadores compostos por um grande número de processadores, fortemente acoplados através de uma rede de alta velocidade.
COW (Cluster of Workstations): Um cluster é um conjunto de computadores (heterogêneos ou não) conectadas em rede para o desenvolvimento de processamento paralelo. Essas máquinas são construídas apartir de computadores comuns (PCs) ligados por redes de interconexão tradicional.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
R: Ocorre um conflito de barramento, onde os três processadores competem pela leitura ou gravação da memória, levando a um atraso no processamento ou a um deadlock.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
R: Nem sempre uma maior quantidade de núcleos significa um processador melhor, pois sua capacidade também depende de outros fatores, como memória, cache… Tendo um impacto diferente de acordo com cada tarefa que será executada.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
R: AMD EPYC 9004 têm até 96 núcleos e quebra mais de 300 recordes – Canaltech.
8 – Em quais situações vale a pena utilizar um “cluster” para o processamento e em quais situações vale a pena optar por um processamento “cloud computing.”
R: Utiliza-se cluster, para sistemas rápidos e fortemente acoplados, ela torna possível combinar vários computadores para trabalharem de maneira simultânea.
Utiliza-se cloud computing, para serviços com acessos globais, que permite acesso remoto a softwares, armazenamento de arquivos e processamento de dados por meio da internet.
9 – Em qual(ais) categoria(s) de processamento se encaixam os servidores de pesquisa do “Google” e os servidores de processamento de imagens da “NASA.”, fortemente acoplado, fracamente acoplado? Justifique a sua resposta.
R: Se encaixam nas “fortemente acopladas”, porque os processos são feitos de forma compartilhada, através de memória e de barramentos compartilhados, facilitando o seu processamento e os tornando mais rápido. E interativos, já que necessitam de forte comunicação para realizar tarefas em paralelo.
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1 – Responda Uma bela manhã, a abelha-rainha de certa colmeia convoca todas as suas abelhas operárias e lhes comunica que a tarefa daquele dia é colher néctar de rosas. Então, as operárias saem voando em busca de rosas. Esse é um sistema SIMD ou um sistema MIMD?
R: Sistema SIMD
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
R: Multiprocessadores: possuem multiplos processadores que operam juntos em um único sistema e compartilham uma única memória principal.
Multicomputadores: são sistemas com vários computadores independentes, interconectados por uma rede de comunicação, cada um com sua própria memória e processador.
Os aplicativos em multiprocessadores são executados em diferentes processadores que acessam a mesma memória para consultar dados, enquanto que os aplicativos em multicomputadores são executados dividindo atividades em tarefas menores e executadas em diferentes computadores interconectados por uma rede de alta velocidade.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
R: Multiprocessadores UMA (Uniform Memory Access – Acesso à Memória Uniforme): Cada CPU tem o mesmo tempo de acesso a todos os módulos de memória; Multiprocessadores NUMA (NonUniform Memory Access – Acesso Não-Uniforme à Memória): Cada processador tem sua própria memória local, mas pode acessar a memória de outros processadores através de uma rede de interconexão. Multiprocessadores COMA (Cache Only Memory Access – Acesso Somente à Memória Cache): Cada processador tem sua própria memória cache e pode acessar a memória de outros processadores através de um sistema de interconexão.
Referencias: http://www.univasf.edu.br/~romulo.camara/novo/wp-content/uploads/2014/05/multiproc-memo-compartilhada1.pdf
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
R: MPP (Massively Parallel Processors): São multicomputadores compostos por um grande número de processadores, fortemente acoplados através de uma rede de alta velocidade. COW (Cluster of Workstations): Um cluster é um conjunto de computadores (heterogêneos ou não) conectadas em rede para o desenvolvimento de processamento paralelo. Essas máquinas são construídas apartir de computadores comuns (PCs) ligados por redes de interconexão tradicional.
Referencias:https://www.docentes.univasf.edu.br/max.santana/material/aoc-ii/SistemasMulticomputadores.pdf
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
R: Ocorrerá um conflito de barramento. Esse problema é conhecido como condição de corrida ou race condition, ele causa atrasos no processamento e reduz a eficiência do sistema.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
R: Na minha opinião, a qualidade do processamento vai depender da quantidade de tarefas que o usuário precisará executar no computador, já que não será necessário utilizar um processador com muitos núcleos se ele estiver executando poucas coisas ao mesmo tempo.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
R: Atualmente, o processador com maior quantidade de núcleos é o AMD EPYC 7763, com 64 núcleos de processamento e baseado na arquitetura Zen 3 da AMD. Segundo Fabio Jordan, em matéria escrita para o site CanalTech (2022), “Ele é projetado para data centers e servidores de alto desempenho, com um clock base de 2,45 GHz e um TDP (Thermal Design Power) de 280 watts. Além disso, ele oferece suporte a PCIe 4.0, suporte a memória DDR4 de oito canais e possui uma cache de 256 MB L3.
O processador é capaz de executar até 128 threads simultaneamente, graças à tecnologia AMD Simultaneous Multithreading (SMT). O AMD EPYC 7763 é atualmente considerado um dos processadores mais poderosos do mercado em termos de desempenho de processamento multicore”.
Referência: https://canaltech.com.br/hardware/cpus-amd-epyc-com-zen-4-chegam-com-ate-96-nucleos-e-quebram-mais-de-300-recordes-229161/
8 – Em quais situações vale a pena utilizar um “cluster” para o processamento e em quais situações vale a pena optar por um processamento “cloud computing.”
R: Para situações que são executadas ao mesmo tempo, exigem alto desempenho de processamento e uma grande quantidade de recursos, vale a pena usar um cluster. O processamento em cloud computing é mais adequado para situações em que a demanda por recursos é variável e pode mudar rapidamente.
9 – Em qual(ais) categoria(s) de processamento se encaixam os servidores de pesquisa do “Google” e os servidores de processamento de imagens da “NASA.”, fortemente acoplado, fracamente acoplado? Justifique a sua resposta.
R: Os servidores de pesquisa do “Google” e os servidores de processamento de imagens da “NASA” se enquadram na categoria de processamento fortemente acoplado, por que são compostos por muitos nós de processamento interconectados trabalhando em conjunto para realizar tarefas complexas e exigentes.
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1 – Responda Uma bela manhã, a abelha-rainha de certa colmeia convoca todas as suas abelhas operárias e lhes comunica que a tarefa daquele dia é colher néctar de rosas. Então, as operárias saem voando em busca de rosas. Esse é um sistema SIMD ou um sistema MIMD?
Esse é um exemplo de sistema SIMD, onde todas as abelhas operárias estão realizando a mesma tarefa de coleta de néctar de rosas, seguindo a mesma instrução dada pela abelha-rainha. Cada abelha está processando os dados (nesse caso, as flores de rosa) de forma independente, mas seguindo a mesma instrução para realizar a mesma tarefa.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
Os multiprocessadores são sistemas compostas por várias CPUs que compartilham uma mesma memória principal. Já os Multicomputadores são sistemas compostos por vários computadores independentes, ou nós, que trabalham juntos para resolver um problema maior. O sistema de memória no caso dos multiprocessadores a memória é compartilhada entre todos os processadores, já nos multicomputadores cada nó tem sua própria memória local.
Exemplos de multiprocessadores :
– simétricos: computador pessoal
Exemplo de multicomputador:
– cluster de computadores.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
UMA (Uniform Memory Access) é uma arquitetura em que todos os processadores têm acesso uniforme a todas as áreas de memória compartilhada, o que significa que qualquer processador pode acessar qualquer endereço de memória com a mesma latência.
COMA (Cache-Only Memory Architecture) é uma arquitetura que visa resolver o gargalo de desempenho do barramento UMA, implementando uma hierarquia de cache compartilhada entre todos os processadores.
NUMA (Non-Uniform Memory Access) é uma arquitetura que permite que os processadores acessem diferentes áreas de memória com diferentes latências, dependendo de sua proximidade física.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
MPP (Massively Parallel Processing) é uma arquitetura de multicomputador na qual vários processadores são interconectados por uma rede de alta velocidade, permitindo que eles trabalhem juntos em uma única tarefa ou aplicação. Cada processador pode executar seu próprio programa ou conjunto de instruções, e a coordenação é feita por meio de software que gerencia as comunicações entre os processadores.
COW (Cluster of Workstations) é uma arquitetura de multicomputador que usa um conjunto de estações de trabalho de baixo custo, interconectadas por meio de uma rede de alta velocidade, para executar tarefas intensivas em computação distribuída. Cada estação de trabalho age como um nó independente no cluster, executando tarefas em paralelo com outros nós.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
Se os três processadores solicitarem acesso à memória ao mesmo tempo, é possível que ocorra uma situação conhecida como “contention” (conflito) ou “arbitration” (arbitragem), onde o sistema precisa resolver qual dos processadores terá acesso ao barramento primeiro. Para resolver esse conflito, o sistema usa técnicas de arbitragem, como protocolos de controle de acesso ao barramento (por exemplo, o protocolo MSI – Modified-Shared-Invalid), que determinam qual processador tem prioridade no acesso à memória.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
Depende. O número de núcleos não é o único requisito para um bom processamento melhor. Para um bom desempenho é necessário entender o contexto e saber qual o uso que será dado ao processador. Geralmente processadores com mais núcleos tendem a ter um melhor desempenho em tarefas que são capazes de utilizar múltiplos núcleos simultaneamente, como renderização de vídeo ou processamento paralelo de dados. No entanto, em outras situações, pode ser mais importante ter um processador com maior frequência de clock ou melhor eficiência energética, por exemplo.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
Segundo o site do “Canaltech”, o processador com maior número de núcleos é o AMD EPYC 9004 com 96 núcleos.
8 – Em quais situações vale a pena utilizar um “cluster” para o processamento e em quais situações vale a pena optar por um processamento “cloud computing.”
Um cluster é uma opção mais adequada quando há necessidade de alta capacidade de processamento para uma tarefa específica, enquanto o cloud computing é uma opção mais adequada para projetos que precisam de recursos computacionais elásticos, escaláveis e sob demanda, sem a necessidade de investimento em hardware próprio.
9 – Em qual(ais) categoria(s) de processamento se encaixam os servidores de pesquisa do “Google” e os servidores de processamento de imagens da “NASA.”, fortemente acoplado, fracamente acoplado? Justifique a sua resposta.
Os servidores de pesquisa do Google e os servidores de processamento de imagens da NASA são exemplos de processamento em cluster, que é uma categoria de processamento de multicomputadores fracamente acoplados. Tanto o Google quanto a NASA utilizam clusters para lidar com cargas de trabalho intensivas que podem ser facilmente divididas em tarefas menores e distribuídas em vários nós de processamento. Essa abordagem é mais escalável e eficiente do que usar um único servidor de alto desempenho.
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1 – O sistema é SIMD, devido ao fato de que todas as abelhas realizam a mesma tarefa em conjunto, complementando um comando total, diferente do MIMD, que são múltiplas tarefas, mas independentes/diferentes uma das outras.
2 – Como o nome já diz, os sistemas de multiprocessadores é quando temos um sistema com múltiplos CPU’s em conjunto trabalhando paralelamente, um exemplo que podemos citar são servidores com apenas uma placa-mãe que contém diversos processadores e núcleos. Já os multicomputadores são sistemas que vários computadores independentes estão conectados por meio de uma rede de alta velocidade. O melhor exemplo que podemos citar para um sistema de multicomputadores é o cluster, que é uma junção de computadores independentes que realizam tarefas de um computador de alto desempenho
3 – A classificação UMA se refere ao fato de que todos os processadores contêm apenas uma memória, tanto RAM como a memória cache, fazendo com que todos acessem ao mesmo tempo. O COMA, é uma arquitetura que todos os processadores contêm uma memória cache independente e exclusiva, mas a memória RAM é compartilhada. Já o NUMA é quando todos os processadores tem uma memória exclusiva e compartilhada, mas com a possibilidade de haver uma interconexão de memórias.
4 – O MPP é uma arquitetura de multicomputadores em que contém diversos computadores com diversos processadores trabalhando em um só sistema, como diversos servidores interconectados. Já o COW é semelhante a um cluster, em que cada computador opera de forma independente e apenas se conectam por meio da rede.
5 – Como um barramento apenas suporta um processador de cada vez, isso pode causar um atraso ou conflito no acesso, travando o sistema ou atrasando instruções.
6 – Nem sempre, pois dependendo da necessidade ou comando, seria preciso mais clock de velocidade do que núcleos, por exemplo os videogames, que devido a sua renderização e otimização para usar 1 e 2 núcleos, eles exigem mais o clock em si do que os núcleos para um bom desempenho.
7 – CPU comerciável é o EPYC 9004 da AMD, que tem mais de 96 núcleos e é dedicado para servidores. Agora, CPU em geral é o Wafer Scale Engine da Cerebras, que contém mais de 850 mil núcleos.
8 –Se recomenda utilizar um cluster quando é se exigido um alto desempenho computacional, como em pesquisas, análises e cálculos científicos. Já o cloud computing é utilizado em casos mais econômicos e com uma flexibilidade maior.
9 – Ambos utilizam fortemente acoplado devido a exigência de um poder computacional que trabalha simultaneamente em problemas complexos com alto desempenho, velocidade e cálculos complexos.
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1 – Dado o problema o sistema SIMD várias abelhas recebem a mesma instrução e executam a tarefa de maneira paralela não dependendo comunicação entre abelhas.
2 – Multicomputadores: São diversos computadores independentes interligados a uma rede de alta velocidade.
Multiprocessadores: São diversos processadores, que compartilham a mesma memoria e são gerenciados por uma memória central única.
No sistema de multiprocessadores existe uma única memoria a qual todos processadores tem acesso, já no Multicomputadores cada maquina possui uma memorial pessoal sendo interligada a uma rede de alta velocidade.
3 – UMA: Neste sistema todos processadores tem acesso igualmente a memória independentemente de onde se encontre fisicamente.
COMA: Neste sistema os processadores possuem uma memória cache única e também uma compartilhada na qual todos processadores tem acesso onde é armazenado o que está sendo usado frequentemente.
NUMA: Neste sistema cada processador tem sua memoria e pode acessar a memoria de outros processadores.
4 – MPP: Neste sistema usa diversos computadores interligados a uma rede de alta velocidade para realizar tarefas complexas.
COW: Neste sistema se usa diversas maquinas comuns para realizar tarefas em paralelo, porem ainda podem ser utilizadas para fazer tarefas comuns.
5 – Pode ocasionar o race condition, ocasionando erros nos dados até falha no sistema perca dos dados.
6 – Não. O processador tem que ser dimensionado de acordo com a carga de trabalho, devemos considerar também o sistema como um todo.
7 – O Wafer-Scale Engine (WSE), segundo minha pesquisa esse o a maior processador e também o com maior quantidade de núcleos contando com 850.000 núcleos, sua aplicação se destina a I.A. e pesquisa.
Link: https://www.cerebras.net/product-chip/
8 – Clusters são usados para processamento intensivo e em tempo real, como processamento de Big Data, cálculos complexos e alta disponibilidade.
Cloud computing é usado para escalabilidade, flexibilidade e redução de custos, como durante picos de demanda ou quando o investimento em infraestrutura local seria muito alto.
9 – Ambos usam sistema fortemente acoplado, isto é, vários processadores trabalham juntos, compartilhando recursos.
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1 – Responda Uma bela manhã, a abelha-rainha de certa colmeia convoca todas as suas abelhas operárias e lhes comunica que a tarefa daquele dia é colher néctar de rosas. Então, as operárias saem voando em busca de rosas. Esse é um sistema SIMD ou um sistema MIMD?
Esse é um exemplo de sistema SIMD, onde todas as abelhas operárias estão realizando a mesma tarefa de coleta de néctar de rosas, seguindo a mesma instrução dada pela abelha-rainha. Cada abelha está processando os dados (nesse caso, as flores de rosa) de forma independente, mas seguindo a mesma instrução para realizar a mesma tarefa.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
Os multiprocessadores são sistemas compostas por várias CPUs que compartilham uma mesma memória principal. Já os Multicomputadores são sistemas compostos por vários computadores independentes, ou nós, que trabalham juntos para resolver um problema maior. O sistema de memória no caso dos multiprocessadores a memória é compartilhada entre todos os processadores, já nos multicomputadores cada nó tem sua própria memória local.
Exemplos de multiprocessadores :
– simétricos: computador pessoal
Exemplo de multicomputador:
– cluster de computadores.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
UMA (Uniform Memory Access) é uma arquitetura em que todos os processadores têm acesso uniforme a todas as áreas de memória compartilhada, o que significa que qualquer processador pode acessar qualquer endereço de memória com a mesma latência.
COMA (Cache-Only Memory Architecture) é uma arquitetura que visa resolver o gargalo de desempenho do barramento UMA, implementando uma hierarquia de cache compartilhada entre todos os processadores.
NUMA (Non-Uniform Memory Access) é uma arquitetura que permite que os processadores acessem diferentes áreas de memória com diferentes latências, dependendo de sua proximidade física.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
MPP (Massively Parallel Processing) é uma arquitetura de multicomputador na qual vários processadores são interconectados por uma rede de alta velocidade, permitindo que eles trabalhem juntos em uma única tarefa ou aplicação. Cada processador pode executar seu próprio programa ou conjunto de instruções, e a coordenação é feita por meio de software que gerencia as comunicações entre os processadores.
COW (Cluster of Workstations) é uma arquitetura de multicomputador que usa um conjunto de estações de trabalho de baixo custo, interconectadas por meio de uma rede de alta velocidade, para executar tarefas intensivas em computação distribuída. Cada estação de trabalho age como um nó independente no cluster, executando tarefas em paralelo com outros nós.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
Se os três processadores solicitarem acesso à memória ao mesmo tempo, é possível que ocorra uma situação conhecida como “contention” (conflito) ou “arbitration” (arbitragem), onde o sistema precisa resolver qual dos processadores terá acesso ao barramento primeiro. Para resolver esse conflito, o sistema usa técnicas de arbitragem, como protocolos de controle de acesso ao barramento (por exemplo, o protocolo MSI – Modified-Shared-Invalid), que determinam qual processador tem prioridade no acesso à memória.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
Depende. O número de núcleos não é o único requisito para um bom processamento melhor. Para um bom desempenho é necessário entender o contexto e saber qual o uso que será dado ao processador. Geralmente processadores com mais núcleos tendem a ter um melhor desempenho em tarefas que são capazes de utilizar múltiplos núcleos simultaneamente, como renderização de vídeo ou processamento paralelo de dados. No entanto, em outras situações, pode ser mais importante ter um processador com maior frequência de clock ou melhor eficiência energética, por exemplo.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
Segundo o site do “Canaltech”, o processador com maior número de núcleos é o AMD EPYC 9004 com 96 núcleos.
8 – Em quais situações vale a pena utilizar um “cluster” para o processamento e em quais situações vale a pena optar por um processamento “cloud computing.”
Um cluster é uma opção mais adequada quando há necessidade de alta capacidade de processamento para uma tarefa específica, enquanto o cloud computing é uma opção mais adequada para projetos que precisam de recursos computacionais elásticos, escaláveis e sob demanda, sem a necessidade de investimento em hardware próprio.
9 – Em qual(ais) categoria(s) de processamento se encaixam os servidores de pesquisa do “Google” e os servidores de processamento de imagens da “NASA.”, fortemente acoplado, fracamente acoplado? Justifique a sua resposta.
Os servidores de pesquisa do Google e os servidores de processamento de imagens da NASA são exemplos de processamento em cluster, que é uma categoria de processamento de multicomputadores fracamente acoplados. Tanto o Google quanto a NASA utilizam clusters para lidar com cargas de trabalho intensivas que podem ser facilmente divididas em tarefas menores e distribuídas em vários nós de processamento. Essa abordagem é mais escalável e eficiente do que usar um único servidor de alto desempenho.
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1 – Esse é um exemplo de sistema SIMD, onde todas as abelhas operárias estão realizando a mesma tarefa de coleta de néctar de rosas, seguindo a mesma instrução dada pela abelha-rainha. Cada abelha está processando os dados (nesse caso, as flores de rosa) de forma independente, mas seguindo a mesma instrução para realizar a mesma tarefa.
2 – Multicomputadores: São diversos computadores independentes interligados a uma rede de alta velocidade.
Multiprocessadores: São diversos processadores, que compartilham a mesma memoria e são gerenciados por uma memória central única.
No sistema de multiprocessadores existe uma única memoria a qual todos processadores tem acesso, já no Multicomputadores cada maquina possui uma memorial pessoal sendo interligada a uma rede de alta velocidade.
3 – A classificação UMA se refere ao fato de que todos os processadores contêm apenas uma memória, tanto RAM como a memória cache, fazendo com que todos acessem ao mesmo tempo. O COMA, é uma arquitetura que todos os processadores contêm uma memória cache independente e exclusiva, mas a memória RAM é compartilhada. Já o NUMA é quando todos os processadores tem uma memória exclusiva e compartilhada, mas com a possibilidade de haver uma interconexão de memórias.
4 – MPP (Massively Parallel Processing) é uma arquitetura de multicomputador na qual vários processadores são interconectados por uma rede de alta velocidade, permitindo que eles trabalhem juntos em uma única tarefa ou aplicação. Cada processador pode executar seu próprio programa ou conjunto de instruções, e a coordenação é feita por meio de software que gerencia as comunicações entre os processadores.
COW (Cluster of Workstations) é uma arquitetura de multicomputador que usa um conjunto de estações de trabalho de baixo custo, interconectadas por meio de uma rede de alta velocidade, para executar tarefas intensivas em computação distribuída. Cada estação de trabalho age como um nó independente no cluster, executando tarefas em paralelo com outros nós.
5 – Ocorrerá um conflito de barramento. Esse problema é conhecido como condição de corrida ou race condition, ele causa atrasos no processamento e reduz a eficiência do sistema.
6 – Na minha opinião quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor o seu desempenho, mesmo no caso de aplicações que não exigem muita comparação paralelas, como processamento de texto ou navegação web, pois ter muitos núcleos te permite executar desde aplicações mais simples até aplicações mais complexas.
7 – A Cerebras apresentou o maior chip do mundo, a Wafer Scale Engine (WSE), que possui 850.000 núcleos e 2,6 trilhões de transistores. Essa é a segunda geração de processadores de inteligência artificial da empresa e é produzida no processo de 7 nm daTaiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC).
8 – Um cluster é mais adequado para tarefas que exigem um alto desempenho e uma grande capacidade de processamento, enquanto a cloud computing é mais adequada para aplicações em que a escalabilidade e a flexibilidade são mais importantes do que o desempenho máximo. A escolha entre as duas abordagens depende das necessidades específicas de cada projeto ou aplicação.
9 – Os servidores de pesquisa do “Google” e os servidores de processamento de imagens da “NASA” se enquadram na categoria de processamento fortemente acoplado, por que são compostos por muitos nós de processamento interconectados trabalhando em conjunto para realizar tarefas complexas e exigentes.
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1-O sistema descrito no caso é um sistema MIMD (Multiple Instruction Multiple Data), pois cada abelha opera de forma independente e pode realizar uma tarefa diferente, ou seja, há várias instruções (colher néctar de rosas) e várias abelhas operárias (dados) trabalhando simultaneamente.
2-Os Multicomputadores e Multiprocessadores são sistemas de computação paralela que possuem diferenças em sua arquitetura e organização.
Os Multicomputadores são compostos por vários computadores independentes, conectados através de uma rede, cada um com sua própria memória e sistema operacional. Cada computador pode executar diferentes tarefas de forma simultânea e independente, sem compartilhar recursos. Exemplo de multicomputador é o cluster de computadores, que podem ser utilizados para processamento distribuído e alta disponibilidade de serviços.
Por outro lado, os Multiprocessadores são compostos por vários processadores (CPUs) conectados a uma única memória compartilhada, podendo ser divididos em duas categorias: SMP (Symmetric Multiprocessing) e NUMA (Non-Uniform Memory Access).
SMP é uma arquitetura em que cada processador tem acesso igual e direto a todos os recursos do sistema, incluindo memória e dispositivos de entrada/saída. Isso significa que qualquer processador pode executar qualquer tarefa, compartilhando a mesma memória.
Já NUMA é uma arquitetura em que os processadores estão divididos em grupos, cada um com seu próprio conjunto de memória, e acessando a memória dos outros grupos por meio de uma rede de interconexão. Isso pode gerar uma latência maior de acesso à memória, mas permite escalar o sistema com mais processadores e memória.
Exemplo de multiprocessador SMP é o servidor de bancos de dados que utiliza vários processadores para executar consultas simultaneamente em uma mesma base de dados. Exemplo de multiprocessador NUMA é o supercomputador que utiliza vários processadores para executar simulações científicas que exigem grande quantidade de memória.
3-As classificações de multiprocessadores UMA, COMA e NUMA referem-se a diferentes arquiteturas de sistemas de processamento paralelo, que são compostos por múltiplos processadores trabalhando juntos para realizar tarefas computacionais.
UMA (Uniform Memory Access):
Nessa arquitetura, todos os processadores compartilham a mesma memória física, que é acessível de forma uniforme por todos os processadores. Os processadores são conectados por barramentos de alta velocidade, que permitem que eles troquem informações e acessem a memória. Essa arquitetura é mais adequada para sistemas com um pequeno número de processadores, geralmente até quatro, pois o tráfego intenso na barramento de memória pode levar a gargalos e diminuir o desempenho.
COMA (Cache-Only Memory Access):
Nessa arquitetura, cada processador tem sua própria memória cache local e uma cópia limitada da memória compartilhada. Quando um processador precisa acessar um dado que não está em sua memória cache, ele busca a cópia desse dado em outros processadores por meio de uma rede de comunicação de alta velocidade. O COMA é uma arquitetura escalável e é mais adequada para sistemas com um grande número de processadores.
NUMA (Non-Uniform Memory Access):
Nessa arquitetura, o sistema possui várias memórias físicas separadas, cada uma delas sendo acessível apenas pelos processadores que estão fisicamente próximos a elas. Cada processador tem sua própria memória cache local, mas pode acessar dados em outras memórias remotas por meio de um sistema de interconexão de alta velocidade. O NUMA é uma arquitetura escalável e é mais adequada para sistemas com um grande número de processadores, geralmente mais de quatro.
Exemplo de um sistema UMA: o processador AMD Athlon MP, que possui dois processadores trabalhando em um único chip, compartilhando uma única memória física.
Exemplo de um sistema COMA: o supercomputador Cray X1E, que possui até 2048 processadores trabalhando juntos e compartilhando uma memória física limitada.
Exemplo de um sistema NUMA: o servidor HP ProLiant DL580 G7, que possui quatro processadores e várias memórias físicas separadas, cada uma acessível apenas pelos processadores próximos a elas.
4-Os Multicomputadores são sistemas que possuem múltiplos computadores interconectados, trabalhando juntos para realizar uma tarefa computacional. Eles são classificados em duas categorias principais: MPP (Processamento Paralelo em Massa) e COW (Cluster de Objetos de Trabalho).
O MPP é um tipo de Multicomputador no qual cada processador tem sua própria memória local, mas todos os processadores compartilham a mesma rede de interconexão de alta velocidade e o mesmo sistema de armazenamento em massa. Cada processador trabalha em uma parte da tarefa, e os resultados parciais são combinados para produzir o resultado final. O MPP é geralmente usado em aplicações de alta performance, como simulações, modelagem de clima, previsão de terremotos, análise de grandes volumes de dados, e outras tarefas que exigem grande poder computacional.
Já o COW é um tipo de Multicomputador no qual os processadores compartilham um sistema de armazenamento em massa, mas cada processador tem sua própria memória local. Cada processador trabalha em um objeto de trabalho, que é uma parte da tarefa, e os objetos de trabalho são distribuídos entre os processadores. O COW é usado em aplicações de processamento de transações, como sistemas de gerenciamento de banco de dados, gerenciamento de estoque, e outras aplicações que envolvem muitas transações.
Em resumo, o MPP é um sistema em que cada processador tem sua própria memória local, mas compartilha um sistema de armazenamento em massa e uma rede de interconexão de alta velocidade, enquanto o COW é um sistema em que cada processador tem sua própria memória local, mas compartilha um sistema de armazenamento em massa. Ambos os tipos de Multicomputadores são usados para realizar tarefas que exigem grande poder computacional e desempenho.
5-Se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante em um multiprocessador que usa um barramento compartilhado, ocorrerá uma condição de disputa, também conhecida como conflito de barramento. Isso pode resultar em atrasos e espera para que cada processador possa acessar a memória, o que reduz o desempenho do sistema.
6-Em geral, quanto maior o número de núcleos em um processador, melhor será o seu desempenho para cargas de trabalho paralelas. No entanto, existem outros fatores a serem considerados, como a eficiência do hardware subjacente, a qualidade do software utilizado e a natureza do problema a ser resolvido. Além disso, a adição de mais núcleos pode não ser a melhor solução se o software não for otimizado para processamento paralelo ou se o problema for intrinsecamente sequencial.
7-O processador com o maior número de núcleos atualmente é o AMD Epyc Rome, com 64 núcleos.
8-Um cluster é uma boa opção quando há necessidade de processamento de alta performance em um ambiente dedicado e customizável, geralmente em uma empresa ou universidade. Já o processamento em nuvem é uma opção mais flexível, escalável e econômica para empresas que precisam de recursos computacionais sob demanda, sem a necessidade de investimento em infraestrutura própria. Portanto, a escolha entre cluster e cloud computing depende das necessidades e recursos disponíveis da organização.
9-Os servidores de pesquisa do Google e os servidores de processamento de imagens da NASA se enquadram na categoria de processamento fortemente acoplado, onde vários processadores são interconectados em uma rede de alta velocidade para trabalhar juntos em um problema específico. No caso do Google, há uma infraestrutura distribuída que permite que vários servidores trabalhem juntos para processar consultas de pesquisa de maneira eficiente. Já a NASA usa clusters de servidores para processar grandes volumes de dados de imagem e simulação em seus projetos de pesquisa espacial.
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1 – Responda Uma bela manhã, a abelha-rainha de certa colmeia convoca todas as suas abelhas operárias e lhes comunica que a tarefa daquele dia é colher néctar de rosas. Então, as operárias saem voando em busca de rosas. Esse é um sistema SIMD ou um sistema MIMD?
O sistema descrito é exemplo de um sistema SIMD (Single Instruction Multiple Data) em que todas as abelhas operárias estão executando a mesma instrução (coletando néctar de rosas) simultaneamente. Cada abelha segue a mesma tarefa, coletando néctar de rosas, mas trabalhando em flores diferentes, o que caracteriza a execução em paralelo.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
Multicomputadores e multiprocessadores são dois tipos de arquiteturas de computadores paralelos. Eles diferem principalmente na organização e na forma como compartilham a memória.
Multicomputadores:
• Organização: Os multicomputadores são compostos por vários nós de processamento independentes, que são chamados de computadores ou nós. Cada nó possui seu próprio processador, memória e dispositivos de entrada/saída.
• Memória: Cada nó de processamento tem sua própria memória local, que é acessada apenas pelo processador associado a esse nó. Os nós não compartilham memória diretamente entre si.
• Exemplo: Um cluster de computadores interconectados, em que cada computador age de forma independente e possui seu próprio sistema operacional e memória.
Multiprocessadores:
• Organização: Os multiprocessadores são compostos por vários processadores interconectados, também conhecidos como CPUs. Todos os processadores compartilham um único espaço de endereçamento global.
• Memória: Todos os processadores têm acesso direto e compartilham uma única memória principal, ou seja, cada processador pode acessar qualquer endereço de memória.
• Exemplo: Um sistema com uma placa-mãe que possui vários processadores conectados a ela, compartilhando a mesma memória RAM. Esses processadores podem ser cores físicos em um único chip ou chips separados interconectados.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
UMA (Uniform Memory Access):
• Características: Em um sistema UMA, todos os processadores têm acesso uniforme à memória compartilhada. Isso significa que todos os processadores têm a mesma latência ao acessar qualquer local na memória.
• Memória: Existe um único espaço de endereçamento global, ou seja, todos os processadores compartilham uma única memória principal. Essa memória é acessada de forma uniforme por todos os processadores.
• Interconexão: A interconexão entre os processadores e a memória é geralmente realizada por meio de um barramento compartilhado.
• Vantagens: Simplicidade de programação, uma vez que todos os processadores têm acesso uniforme à memória.
• Desvantagens: O tráfego intenso no barramento compartilhado pode se tornar um gargalo em sistemas com muitos processadores, resultando em degradação do desempenho.
COMA (Cache-Only Memory Access):
• Características: Em um sistema COMA, cada processador tem uma memória cache local, e a memória principal é dividida em blocos chamados de “quadros de memória”. Os quadros de memória são distribuídos entre os processadores e podem ser movidos entre as caches.
• Memória: A memória é dividida em quadros, e cada processador tem uma parte desses quadros em sua cache local. Quando um processador precisa acessar um quadro que não está em sua cache, ele busca esse quadro em outro processador.
• Interconexão: A interconexão geralmente é realizada por meio de uma rede de interconexão.
• Vantagens: Permite uma maior escalabilidade em comparação com sistemas UMA, pois reduz a sobrecarga do barramento compartilhado.
• Desvantagens: Introduz a complexidade de gerenciar a movimentação de quadros de memória entre as caches, além de possíveis atrasos de acesso à memória principal.
NUMA (Non-Uniform Memory Access):
• Características: Em um sistema NUMA, a memória é dividida em módulos e cada processador é associado a um ou mais desses módulos de memória. Cada processador tem acesso rápido e direto à memória local, mas pode acessar memória remota através de conexões interconectadas.
• Memória: Existem várias memórias locais distribuídas pelos processadores, e cada processador tem acesso mais rápido à sua memória local do que à memória remota.
• Interconexão: A interconexão permite o acesso à memória remota por meio de conexões interconectadas, como barramentos ou redes.
• Vantagens: Permite escalabilidade ao lidar com grandes quantidades de memória, pois cada processador tem acesso rápido à memória local.
• Desvantagens: O acesso à memória remota pode ter latência mais alta do que o acesso à memória local, o que pode afetar
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
MPP (Massively Parallel Processing):
• Características: Em um sistema MPP, um grande número de nós de processamento independentes é interconectado para realizar tarefas em paralelo. Cada nó de processamento geralmente possui seu próprio processador, memória e dispositivos de entrada/saída.
• Escalabilidade: Os sistemas MPP são altamente escaláveis, o que significa que é possível adicionar mais nós de processamento para aumentar a capacidade de processamento do sistema.
• Interconexão: A interconexão entre os nós pode ser realizada por meio de uma rede de alta velocidade, como uma rede de comunicação de dados.
• Programação: A programação em um sistema MPP pode exigir a divisão e a distribuição de tarefas entre os nós de processamento, bem como a sincronização e a comunicação entre eles.
• Exemplo: Um supercomputador composto por centenas ou milhares de nós de processamento interconectados, trabalhando juntos para resolver problemas complexos em áreas como simulações científicas, modelagem climática ou análise de dados em larga escala.
COW (Cluster of Workstations):
• Características: Um cluster de workstations é uma coleção de estações de trabalho independentes interconectadas por uma rede. Cada estação de trabalho é um nó de processamento individual, com seu próprio sistema operacional, processador, memória e dispositivos de entrada/saída.
• Configuração: Diferentemente de um supercomputador MPP, um COW é composto por estações de trabalho convencionais, que podem ser PCs de alto desempenho ou servidores. Cada estação de trabalho pode ser usada de forma independente ou cooperativa.
• Compartilhamento: Os nós de processamento em um COW podem compartilhar recursos, como armazenamento em rede, para facilitar a colaboração e o compartilhamento de dados entre as estações de trabalho.
• Aplicações: Os clusters de workstations são comumente usados em ambientes de pesquisa, engenharia e computação distribuída, onde é necessário um poder computacional significativo, mas não se justifica um supercomputador dedicado.
• Exemplo: Um cluster de workstations interconectadas em uma universidade ou laboratório de pesquisa, onde cada estação de trabalho contribui com seu poder de processamento individual para executar tarefas de cálculo intensivo.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
Em um multiprocessador que utiliza um barramento compartilhado para acesso à memória global, quando três processadores tentam acessar a memória exatamente no mesmo instante, pode ocorrer uma situação conhecida como conflito de barramento ou colisão.
Nesse caso, o barramento compartilhado possui uma largura de banda limitada, o que significa que apenas um processo pode utilizar o barramento em um determinado momento. Quando múltiplos processadores tentam acessar a memória global simultaneamente, eles enviam suas solicitações de acesso ao barramento.
A situação de conflito ocorre quando todas as solicitações chegam ao barramento ao mesmo tempo, resultando em uma colisão. Isso pode causar atrasos e bloqueios nas operações de leitura ou gravação dos processadores.
Para lidar com conflitos de barramento, o sistema multiprocessador pode utilizar técnicas como arbitragem, em que um mecanismo de controle determina qual processador tem prioridade para acessar o barramento em caso de conflito. Além disso, pode ser implementada alguma forma de protocolo de controle de acesso ao barramento, como o protocolo de coleta de dados (snooping protocol), que permite aos processadores monitorar o barramento para detectar conflitos e coordenar o acesso à memória compartilhada.
No geral, conflitos de barramento podem resultar em atrasos e redução do desempenho do sistema, especialmente em situações de alta carga de trabalho. Portanto, é importante projetar e configurar adequadamente o sistema multiprocessador para minimizar a ocorrência de conflitos de barramento e garantir um acesso eficiente e justo à memória global.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
Nem sempre, embora um aumento no número de núcleos possa oferecer a capacidade de executar tarefas em paralelo e potencialmente melhorar o desempenho em cenários paralelizáveis, o processamento eficiente depende de vários fatores, incluindo a natureza das tarefas, a arquitetura do processador, a frequência de clock e a gestão da comunicação entre os núcleos. Portanto, afirmar que mais núcleos sempre significam um processamento melhor não é uma generalização precisa.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
AMD EPYC 9004 que têm até 96 núcleos.
8 – Em quais situações vale a pena utilizar um “cluster” para o processamento e em quais situações vale a pena optar por um processamento “cloud computing.”
Utilização de um “cluster”:
Alto desempenho computacional: Quando é necessário um processamento intensivo, como em simulações científicas, análise de big data, renderização de gráficos complexos, ou qualquer aplicação que exija um poder de processamento substancial, um “cluster” pode ser a escolha ideal. Ele permite combinar o poder de processamento de vários nós para aumentar o desempenho geral.
Baixa latência e alta largura de banda: Aplicações que exigem comunicação de baixa latência e alta largura de banda entre os nós, como sistemas de simulação em tempo real, jogos multiplayer online ou processamento de sinais em tempo real, podem se beneficiar de um “cluster” em que os nós estão interconectados por uma rede de alta velocidade.
Custos previsíveis: Em algumas situações, ter um “cluster” dedicado pode oferecer uma previsibilidade melhor dos custos, uma vez que a infraestrutura está sob controle direto e pode ser dimensionada conforme necessário. Isso é especialmente relevante se a aplicação exigir um processamento contínuo e constante ao longo do tempo.
Utilização de “cloud computing”:
1. Elasticidade e escalabilidade: Em casos em que os requisitos de processamento podem variar ao longo do tempo, a capacidade de escalabilidade elástica da computação em nuvem pode ser altamente benéfica. A capacidade de adicionar ou remover recursos de processamento conforme necessário permite lidar com picos de demanda ou flutuações no tráfego, garantindo uma resposta rápida e eficiente.
2. Baixo custo inicial: A computação em nuvem pode ser atraente em termos de custo inicial, especialmente para projetos ou aplicações com recursos limitados. Em vez de investir em infraestrutura física própria, é possível pagar apenas pelos recursos computacionais utilizados, tornando-a uma opção mais econômica em muitos casos.
3. Gerenciamento simplificado: A computação em nuvem geralmente oferece facilidades de gerenciamento simplificadas, como provisionamento automático de recursos, gerenciamento centralizado e atualizações de software. Isso pode reduzir a carga de trabalho operacional e permitir que as equipes se concentrem mais no desenvolvimento e nas tarefas essenciais do projeto.
9 – Em qual(ais) categoria(s) de processamento se encaixam os servidores de pesquisa do “Google” e os servidores de processamento de imagens da “NASA.”, fortemente acoplado, fracamente acoplado? Justifique a sua resposta.
Os servidores de pesquisa do Google e os servidores de processamento de imagens da NASA podem ser classificados como sistemas fortemente acoplados.
Em ambos os casos, os sistemas estão interconectados e dependem da cooperação e coordenação entre os servidores para realizar tarefas complexas de processamento. O acoplamento entre os servidores permite compartilhar recursos, distribuir tarefas e coordenar a execução em paralelo, visando um melhor desempenho e eficiência.
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1 – Responda Uma bela manhã, a abelha-rainha de certa colmeia convoca todas as suas abelhas operárias e lhes comunica que a tarefa daquele dia é colher néctar de rosas. Então, as operárias saem voando em busca de rosas. Esse é um sistema SIMD ou um sistema MIMD?
R:- No caso apresentado, seria um sistema SIMD, onde teria apenas uma instrução para vários processadores (abelhas operárias). Esse sistema, é adequado para quando se tem uma única instrução para um conjunto de elementos.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
R:- Multicomputador: é um sistema que possui vários processadores conectados entre si, com o objetivo de resolver um problema. Neste sistema há uma rede de interconexão, onde os processadores se comunicam entre si, passando assim informações. Além disso, em um multicomputador é possível dividir tarefas para cada um dos processadores, ou seja, a tarefa será realizada mais rapidamente. Pode-se ressaltar também que o multicomputador tem suporte à computação distribuída e que cada processador presente no sistema possui sua própria memória, logo, ela é acessada apenas pelo processador específico dela.
Multiprocessadores: é um sistema que possui dois ou mais processadores e tem como objetivo principal processar e executar fluxos de instruções que estão alocados em um espaço único de endereço na memória. Neles há o conceito de memória compartilhada, onde os processadores são ligados a um ou mais bancos de memória, logo, isso ocorre graças a ajuda de um barramento.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
R:- No momento, há 3 modelos de multiprocessadores, sendo:
• UMA(Acesso uniforme à memória): compartilha memória de forma uniforme entre os processadores, sendo que todos tem um tempo de acesso uniforme.
• NUMA(Acesso não uniforme à memória): tem o tempo de acesso variado em relação a localização de palavras na memória.
• COMA (Arquitetura de memória somente cache): possui uma combinação de memória cache com multiprocessador. Logo, ele tem como objetivo transformar a memória distribuída em memória caches. Neste caso, não há a presença de acesso uniforme/hierárquico na memória, além de que o espaço de endereço é composto pela combinação de todos os caches presentes.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
R:- Existem duas classificações de Multicomputadores, sendo:
• MPP (Massively Parallel Processors): são Multicomputadores massivamente paralelos, onde possuem múltiplas memórias locais e são interconectados por redes de alta velocidades. Eles apresentam uma boa escalabilidade, porém possuem uma programação mais complexa e são máquinas mais caras, podendo ultrapassar $1.000.000 .
• COW (Cluster of Workstations): são redes de estações que são dedicadas ao processamento paralelo. Também são interconectadas entre si, porém diferente da MPP, por uma rede de baixa velocidade/ rede padrão. Tais máquinas são otimizadas para realizarem operações paralelas.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
R:- No caso de haver um barramento compartilhado, elas não conseguirão o barramento, ou seja, não conseguirão acessar a memória. Para isso, há uma solução de acrescentar uma cache a cada CPU.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
R:- Na minha opinião, nem sempre é verdade que um maior número de núcleos em um processador resulta em um melhor processamento. A eficiência e o desempenho de um processador dependem de vários fatores, incluindo o tipo de tarefas que ele precisa executar, a arquitetura do processador, a otimização do software e a capacidade de paralelismo das tarefas em questão.
Em certos casos, ter mais núcleos pode ser benéfico. Por exemplo, em tarefas altamente paralelizáveis, como renderização de vídeos, simulações complexas ou processamento de grandes conjuntos de dados, um processador com vários núcleos pode dividir a carga de trabalho entre os núcleos, permitindo um processamento mais rápido. Isso ocorre porque diferentes núcleos podem executar tarefas separadas simultaneamente, aproveitando o paralelismo. No entanto, muitos aplicativos e tarefas não são facilmente paralelizáveis e não podem aproveitar totalmente um grande número de núcleos. Além disso, a frequência de clock de cada núcleo também desempenha um papel importante no desempenho geral do processador. Em alguns casos, ter menos núcleos com frequências de clock mais altas pode resultar em um desempenho melhor para determinadas tarefas.
Além disso, a eficiência energética também deve ser considerada. Processadores com mais núcleos tendem a consumir mais energia, o que pode resultar em maior dissipação de calor e exigir soluções de resfriamento mais robustas. Portanto, é importante considerar o equilíbrio entre o número de núcleos, a frequência de clock, a eficiência energética e a capacidade de paralelismo das tarefas específicas que serão executadas. Um maior número de núcleos não é necessariamente melhor em todos os casos, e é essencial considerar as necessidades e características específicas da carga de trabalho ao avaliar o desempenho de um processador.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
R:- AMD EPYC 9004: Desenvolvidos com a arquitetura de núcleo Zen 4 (mesma da série AMD Ryzen 7000), a nova geração AMD EPYC 9004 apresenta modelos com até 96 núcleos em um único processador, o que dá mais flexibilidade nos data centers focando nos objetivos de sustentabilidade
8 – Em quais situações vale a pena utilizar um “cluster” para o processamento e em quais situações vale a pena optar por um processamento “cloud computing.”
R:- Um “cluster” é um conjunto de computadores interconectados que trabalham juntos para executar tarefas complexas. O processamento em cluster é frequentemente usado em situações em que há necessidade de alta capacidade de processamento, escalabilidade e paralelismo. Aqui estão algumas situações em que vale a pena utilizar um cluster:
• Tarefas computacionalmente intensivas: Se você tiver tarefas que exigem uma quantidade significativa de poder de processamento, como simulações científicas, renderização de imagens ou modelagem complexa, um cluster pode ajudar a distribuir a carga de trabalho entre vários nós para acelerar o tempo de processamento.
• Grandes conjuntos de dados: Ao lidar com grandes volumes de dados que precisam ser processados, um cluster pode permitir a divisão desses dados em partes menores para serem processadas simultaneamente em diferentes nós do cluster. Isso ajuda a acelerar o processamento e a lidar com a escala dos dados.
• Alta disponibilidade: Clusters podem fornecer alta disponibilidade e tolerância a falhas. Se um nó falhar, os outros nós podem continuar o processamento sem interrupções, garantindo que a tarefa seja concluída de forma confiável.
Por outro lado, o “cloud computing” envolve o uso de recursos computacionais fornecidos por provedores de serviços em nuvem. Aqui estão algumas situações em que vale a pena optar pelo processamento em nuvem:
• Elasticidade e escalabilidade: Se você tiver requisitos de processamento que variam ao longo do tempo, a computação em nuvem permite escalar verticalmente (aumentar os recursos de um único servidor) ou horizontalmente (aumentar o número de servidores) de forma flexível para lidar com picos de demanda ou reduzir custos em períodos de baixa demanda.
• Baixo investimento inicial: A computação em nuvem permite que você evite altos investimentos iniciais em infraestrutura de hardware. Em vez disso, você pode pagar apenas pelos recursos que usa, seguindo um modelo de pagamento conforme o uso.
• Acesso global: Com a computação em nuvem, você pode acessar seus recursos e executar tarefas de qualquer lugar, desde que tenha uma conexão com a Internet. Isso é especialmente útil quando você tem equipes distribuídas geograficamente ou quando precisa acessar recursos de processamento remotamente.
• Serviços gerenciados: Os provedores de serviços em nuvem oferecem uma variedade de serviços gerenciados, como bancos de dados, armazenamento, análise de dados e aprendizado de máquina, que podem simplificar o desenvolvimento e a implantação de aplicativos, eliminando a necessidade de configurar e gerenciar a infraestrutura subjacente.
Em resumo, um cluster é adequado para tarefas computacionalmente intensivas, grandes volumes de dados e alta disponibilidade, enquanto a computação em nuvem é ideal para elasticidade, escalabilidade, baixo investimento inicial, acesso global e serviços gerenciados. A escolha entre um cluster e a computação em nuvem dependerá das necessidades específicas do seu projeto, recursos disponíveis e preferências de implantação.
9 – Em qual(ais) categoria(s) de processamento se encaixam os servidores de pesquisa do “Google” e os servidores de processamento de imagens da “NASA.”, fortemente acoplado, fracamente acoplado? Justifique a sua resposta.
R:- Os servidores de pesquisa do Google e os servidores de processamento de imagens da NASA se enquadram em diferentes categorias de processamento de acordo com seu acoplamento.
Os servidores de pesquisa do Google são um exemplo de processamento fracamente acoplado. O Google processa uma enorme quantidade de dados de pesquisa distribuídos em vários servidores, e esses servidores trabalham de forma independente para lidar com as consultas dos usuários. Cada servidor pode responder a uma consulta separada sem depender diretamente do resultado de outros servidores. Embora exista alguma coordenação entre os servidores para distribuir a carga de trabalho e garantir a escalabilidade, eles geralmente operam de forma independente, tornando o processamento fracamente acoplado.
Por outro lado, os servidores de processamento de imagens da NASA, que lidam com tarefas complexas de processamento de imagens, como análise de dados de telescópios espaciais, processamento de imagens de satélites, etc., se enquadram em um exemplo de processamento fortemente acoplado. Esses servidores precisam trabalhar em conjunto e compartilhar informações constantemente para realizar o processamento eficiente de grandes conjuntos de dados de imagens. Os resultados de um servidor podem depender dos resultados gerados por outros servidores. O processamento fortemente acoplado requer alta coordenação entre os servidores para garantir a consistência e a precisão dos resultados.
Em resumo, os servidores de pesquisa do Google são exemplos de processamento fracamente acoplado, pois cada servidor pode funcionar de forma independente para lidar com consultas separadas, enquanto os servidores de processamento de imagens da NASA são exemplos de processamento fortemente acoplado, pois exigem coordenação e compartilhamento de informações entre os servidores para processar eficientemente grandes conjuntos de dados de imagens.
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1 – Responda Uma bela manhã, a abelha-rainha de certa colmeia convoca todas as suas abelhas operárias e lhes comunica que a tarefa daquele dia é colher néctar de rosas. Então, as operárias saem voando em busca de rosas. Esse é um sistema SIMD ou um sistema MIMD?
SIMD.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
Multicomputadores e multiprocessadores são sistemas paralelos com múltiplos processadores. A diferença está na forma como a memória é compartilhada: multiprocessadores compartilham a mesma memória e multicomputadores têm memórias separadas.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
Na arquitetura UMA (Uniform Memory Access), todos os processadores têm acesso igualmente rápido a uma memória física compartilhada.
Na arquitetura COMA (Cache Only Memory Architecture), cada processador tem sua própria memória cache e pode acessar a memória de outros processadores através de um sistema de interconexão.
Na arquitetura NUMA (Non-Uniform Memory Access), cada processador tem sua própria memória local, mas pode acessar a memória de outros processadores através de uma rede de interconexão.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
A arquitetura MPP (Massively Parallel Processing) consiste em vários nós de processamento interconectados em uma rede, cada um com seu próprio processador e memória.
A arquitetura Cluster, ou agrupamento de computadores, consiste em vários computadores pessoais interconectados em uma rede para trabalhar juntos em uma tarefa específica.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
Se três processadores em um multiprocessador com barramento compartilhado tentarem acessar a memória global exatamente ao mesmo tempo, ocorrerá um conflito no barramento e a operação poderá falhar.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
Não, pois depende de muitos fatores.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
AMD Epyc 7763, que possui 64 núcleos físicos e 128 threads.
8 – Em quais situações vale a pena utilizar um “cluster” para o processamento e em quais situações vale a pena optar por um processamento “cloud computing.”
Cluster é uma boa opção para processamento de aplicações que exigem alta performance e escalabilidade horizontal, enquanto Cloud Computing é recomendado para aplicações que exigem mais flexibilidade e facilidade de gerenciamento.
9 – Em qual(ais) categoria(s) de processamento se encaixam os servidores de pesquisa do “Google” e os servidores de processamento de imagens da “NASA.”, fortemente acoplado, fracamente acoplado? Justifique a sua resposta.
Os servidores de pesquisa do Google e os servidores de processamento de i magens da NASA se encaixam na categoria de processamento de alto desempenho (HPC) fortemente acoplado.
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1 – Responda Uma bela manhã, a abelha-rainha de certa colmeia convoca todas as suas abelhas operárias e lhes comunica que a tarefa daquele dia é colher néctar de rosas. Então, as operárias saem voando em busca de rosas. Esse é um sistema SIMD ou um sistema MIMD?
R: No caso apresentado, a abelha-rainha está dando uma única instrução para todas as abelhas operárias: colher néctar de rosas. Cada abelha opera de forma independente, porém todas estão executando a mesma tarefa. Portanto, as abelhas operárias estão seguindo uma única instrução (colher néctar de rosas) e trabalhando em diferentes conjuntos de dados (cada uma busca uma rosa diferente). Esse cenário se enquadra na definição de processamento SIMD.
Por outro lado, se cada abelha operária recebesse instruções diferentes ou trabalhasse em tarefas independentes umas das outras, estaríamos diante de um sistema MIMD (Multiple Instruction, Multiple Data), em que cada unidade de processamento pode executar instruções diferentes simultaneamente.
Portanto, considerando o exemplo, o sistema descrito parece ser um sistema SIMD.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
R: Multicomputadores:
Os multicomputadores são sistemas em que várias unidades de processamento independentes estão conectadas em uma rede e podem trabalhar de forma coordenada ou independente.
Cada unidade de processamento possui sua própria memória local e sistema de E/S (entrada/saída).
A comunicação entre as unidades de processamento ocorre por meio de troca de mensagens através da rede.
Um exemplo de multicomputador é um cluster de computadores, em que cada nó do cluster é um computador autônomo com sua própria memória e processador. Eles se comunicam através da rede para realizar tarefas de computação distribuída.
Multiprocessadores:
Os multiprocessadores são sistemas em que várias unidades de processamento compartilham uma única memória global e sistema de E/S.
As unidades de processamento (também conhecidas como núcleos) estão interconectadas através de barramentos ou redes de interconexão de alta velocidade.
A memória global é acessível por todos os núcleos, permitindo que eles compartilhem dados e comuniquem-se mais eficientemente.
Existem diferentes arquiteturas de multiprocessadores, como SMP (Symmetric Multiprocessor) e NUMA (Non-Uniform Memory Access).
Um exemplo de multiprocessador é um servidor com vários núcleos de processamento, em que todos os núcleos têm acesso à mesma memória e trabalham em conjunto para executar tarefas de processamento.
Em resumo, a principal diferença entre multicomputadores e multiprocessadores está na estrutura do sistema de memória. Nos multicomputadores, cada unidade de processamento possui sua própria memória local, enquanto nos multiprocessadores, as unidades de processamento compartilham uma única memória global.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
R: As classificações UMA, COMA e NUMA referem-se a diferentes arquiteturas de sistemas multiprocessadores, cada uma com características distintas em termos de organização e acesso à memória.
UMA (Uniform Memory Access):
Em uma arquitetura UMA, todos os processadores têm acesso uniforme à memória compartilhada.
Cada processador tem a mesma latência (tempo de acesso) para acessar qualquer local na memória.
A memória é organizada em um barramento compartilhado, que permite acesso direto a qualquer endereço de memória para todos os processadores.
Essa arquitetura é relativamente simples de implementar, mas pode sofrer de gargalos de desempenho quando muitos processadores tentam acessar a memória simultaneamente.
Um exemplo de arquitetura UMA é um sistema multiprocessador simétrico (SMP), em que vários processadores estão conectados a um barramento compartilhado e têm acesso igualitário à memória.
COMA (Cache-Only Memory Architecture):
A arquitetura COMA também possui memória compartilhada, mas cada processador tem sua própria memória cache local.
Os dados são transferidos entre as caches dos processadores por meio de uma rede de interconexão.
Os dados frequentemente acessados são copiados para a cache local de um processador para reduzir a latência de acesso à memória compartilhada.
A ideia por trás da arquitetura COMA é minimizar o tráfego na rede de interconexão, aproveitando a localidade dos dados na cache.
Embora a arquitetura COMA possa melhorar o desempenho em alguns cenários, a complexidade da rede de interconexão e a gestão da coerência da cache podem ser desafiadoras.
NUMA (Non-Uniform Memory Access):
Na arquitetura NUMA, o sistema consiste em vários nós (ou nós de processamento), e cada nó possui sua própria memória local.
Cada nó é composto por um ou mais processadores e sua memória associada.
Os nós são interconectados por meio de uma rede de interconexão de alta velocidade.
Os processadores podem acessar tanto sua memória local quanto a memória remota dos outros nós.
No entanto, o acesso à memória remota geralmente tem maior latência do que o acesso à memória local.
A arquitetura NUMA é projetada para aproveitar a localidade dos dados e minimizar o tráfego na rede interconectando processadores com memória mais próxima.
Um exemplo de arquitetura NUMA é um sistema com vários servidores interconectados, onde cada servidor tem seus próprios processadores e memória local, mas pode acessar a memória de outros servidores através da rede interconexão.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
R: MPP (Massively Parallel Processing):
MPP se refere a uma arquitetura de multicomputador em que um grande número de nós de processamento trabalha em conjunto para realizar tarefas paralelas.
Cada nó de processamento é um computador autônomo com seu próprio processador, memória e sistema de E/S.
Os nós de processamento são interconectados por uma rede de alta velocidade que permite a comunicação entre eles.
Essa arquitetura é projetada para executar cálculos de alta intensidade, dividindo a carga de trabalho entre vários nós e aproveitando o poder de processamento paralelo.
Os nós de processamento podem ser dedicados exclusivamente a uma tarefa específica ou podem compartilhar recursos entre várias tarefas.
Um exemplo de MPP é um supercomputador composto por milhares de nós de processamento interconectados, trabalhando juntos para resolver problemas complexos em áreas como simulações científicas, análises de big data e modelagem climática.
COW (Cluster of Workstations):
COW refere-se a uma arquitetura de multicomputador em que um grupo de estações de trabalho independentes é interconectado para formar um cluster.
Cada estação de trabalho é um computador completo com seu próprio processador, memória e sistema de E/S.
Os computadores no cluster são conectados por meio de uma rede de comunicação de dados, como Ethernet.
O cluster de workstations é usado principalmente para compartilhar recursos e realizar tarefas de computação distribuída.
Os nós do cluster podem executar tarefas independentes ou cooperar em tarefas que possam ser divididas em partes menores.
O objetivo principal do COW é aproveitar o poder de processamento coletivo das estações de trabalho para realizar tarefas que exigem recursos computacionais substanciais.
Um exemplo de COW é um cluster de servidores de banco de dados, em que várias máquinas independentes são usadas para processar e armazenar grandes quantidades de dados, fornecendo alta disponibilidade e desempenho escalável.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
R: Se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante em um multiprocessador com barramento compartilhado, pode ocorrer uma situação conhecida como “conflito de barramento” ou “congestionamento”.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
R: Avaliar se um processador com um maior número de núcleos é necessariamente melhor em termos de desempenho não é uma análise tão simples. A eficácia do processamento depende de vários fatores, e o número de núcleos é apenas um deles.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
R: AMD EPYC 9004 com até 96 núcleos.
8 – Em quais situações vale a pena utilizar um “cluster” para o processamento e em quais situações vale a pena optar por um processamento “cloud computing.”
R: Cluster:
Cargas de trabalho intensivas em computação: Aplicações que exigem alto poder de processamento, como simulações científicas, análises de big data ou renderização de imagens, podem se beneficiar de um cluster. Um cluster permite distribuir a carga de trabalho entre vários nós de processamento, aproveitando o poder de processamento paralelo para reduzir o tempo necessário para concluir as tarefas.
Baixa latência de comunicação: Aplicações que requerem comunicação de baixa latência entre os nós de processamento se beneficiam de um cluster local. Um cluster permite que os nós estejam fisicamente próximos uns dos outros, minimizando a latência de rede e facilitando a comunicação rápida entre os nós.
Controle total sobre a infraestrutura: Com um cluster, você tem controle total sobre o hardware e a configuração do sistema. Isso é vantajoso quando você precisa de um ambiente altamente personalizado para suas necessidades específicas ou quando lida com requisitos de segurança ou conformidade que exigem controle total sobre a infraestrutura.
Cloud computing:
Escalabilidade sob demanda: Se você precisa lidar com cargas de trabalho variáveis ou imprevisíveis, a computação em nuvem oferece uma escalabilidade flexível. Você pode aumentar ou diminuir rapidamente a capacidade de processamento conforme necessário, pagando apenas pelos recursos utilizados. Isso é útil em casos como picos de tráfego em um site ou demanda sazonal.
Custos operacionais reduzidos: A computação em nuvem permite evitar os altos custos iniciais de aquisição de hardware e configuração de infraestrutura. Em vez disso, você paga pelo uso dos recursos conforme necessário, o que pode ser mais econômico, especialmente para pequenas empresas ou projetos com orçamento limitado.
Flexibilidade geográfica: Se você precisa distribuir suas aplicações ou dados em várias regiões geográficas, a computação em nuvem oferece uma vantagem. Os provedores de serviços em nuvem geralmente têm data centers em várias localidades, permitindo que você implante e dimensione seus recursos em diferentes regiões conforme necessário.
Serviços gerenciados: A computação em nuvem muitas vezes oferece uma variedade de serviços gerenciados, como bancos de dados, armazenamento, segurança e análise de dados. Esses serviços podem simplificar o desenvolvimento, a implantação e a operação de suas aplicações, permitindo que você se concentre mais no desenvolvimento do software em vez de gerenciar a infraestrutura subjacente.
9 – Em qual(ais) categoria(s) de processamento se encaixam os servidores de pesquisa do “Google” e os servidores de processamento de imagens da “NASA.”, fortemente acoplado, fracamente acoplado? Justifique a sua resposta.
R: Os servidores de pesquisa do Google e os servidores de processamento de imagens da NASA podem ser categorizados de forma diferente com base em suas características de acoplamento.
Servidores de pesquisa do Google:
Os servidores de pesquisa do Google são um exemplo de um sistema distribuído fortemente acoplado. Pela intensidade de comunicação, coerência de dados, e tolerâncias a falhas, já os servidores de processamento de imagens da NASA podem ser categorizados como um sistema distribuído fracamente acoplado. Justamente pelas Independência de tarefas, escalabilidade e paralelismo e baixa interdependência de dados.
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1 – Responda Uma bela manhã, a abelha-rainha de certa colmeia convoca todas as suas abelhas operárias e lhes comunica que a tarefa daquele dia é colher néctar de rosas. Então, as operárias saem voando em busca de rosas. Esse é um sistema SIMD ou um sistema MIMD?
O sistema descrito no caso é um sistema MIMD (Multiple Instruction, Multiple Data), pois cada abelha operária está realizando uma tarefa independente de coletar néctar de rosas. Cada abelha segue instruções diferentes (encontrar uma rosa, extrair néctar) e coleta dados (néctar) separadamente.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
Multicomputadores e multiprocessadores são sistemas com múltiplos processadores, mas diferem em sua arquitetura e sistema de memória.
– Multicomputadores: São sistemas em que cada processador tem sua própria memória local e não compartilha diretamente a memória com outros processadores. Cada processador é independente e pode executar tarefas separadamente. Exemplos incluem clusters de computadores, onde cada nó de computação tem seu próprio processador e memória.
– Multiprocessadores: São sistemas em que vários processadores compartilham uma única memória global. Os processadores podem se comunicar e compartilhar dados diretamente através dessa memória compartilhada. Exemplos incluem sistemas com vários núcleos em um único chip ou servidores com vários processadores.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
Classificação 1: Multiprocessadores de Memória Compartilhada (UMA e NUMA);
Classificação 2: Multiprocessadores de Memória Distribuída.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
Classificação 1: Multicomputadores com Múltiplos Barramentos;
Classificação 2: Multicomputadores com Rede Interconectada.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
Se três processadores em um multiprocessador com barramento compartilhado tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante, ocorrerá uma condição de concorrência chamada “colisão” ou “conflito de barramento”. Isso pode resultar em atrasos, perda de dados ou bloqueio temporário dos processadores até que o acesso à memória seja resolvido.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
A quantidade de núcleos em um processador não é o único fator que determina o desempenho e processamento. O número ideal de núcleos depende das necessidades da carga de trabalho e da capacidade do software em aproveitar o paralelismo. Além disso, nem todas as tarefas podem ser divididas eficientemente entre muitos núcleos. Portanto, um maior número de núcleos pode ser benéfico em determinados cenários, mas não necessariamente leva a um melhor processamento em todos os casos.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
O processador com o maior número de núcleos atualmente é o “AMD EPYC 7763”, que possui 64 núcleos.
8 – Em quais situações vale a pena utilizar um “cluster” para o processamento e em quais situações vale a pena optar por um processamento “cloud computing.”
Vale a pena utilizar um “cluster” para o processamento quando há a necessidade de alta capacidade de processamento e paralelismo, onde várias tarefas podem ser divididas e executadas de forma independente em diferentes nós de computação. Já o processamento “cloud computing” é vantajoso quando é necessário escalabilidade e flexibilidade, com a possibilidade de aumentar ou diminuir os recursos de acordo com a demanda, sem a necessidade de manter uma infraestrutura física dedicada.
9 – Em qual(ais) categoria(s) de processamento se encaixam os servidores de pesquisa do “Google” e os servidores de processamento de imagens da “NASA.”, fortemente acoplado, fracamente acoplado? Justifique a sua resposta.
É mais adequado classificá-los como sistemas de processamento fracamente acoplado.
– Servidores de pesquisa do “Google”: Os servidores de pesquisa do “Google” operam em um ambiente distribuído, onde várias máquinas trabalham juntas para processar consultas e fornecer resultados de pesquisa. Embora haja comunicação e coordenação entre os servidores para garantir a consistência dos resultados, cada servidor é relativamente independente e pode funcionar de forma autônoma. Eles geralmente são projetados para lidar com consultas de pesquisa em paralelo, processando consultas individuais separadamente. Esses servidores estão mais alinhados com uma classificação de processamento fracamente acoplado, pois não há uma dependência intensa entre os servidores.
– Servidores de processamento de imagens da “NASA”: Os servidores de processamento de imagens da “NASA” também operam em um ambiente distribuído para realizar tarefas de processamento de imagens complexas. Esses servidores podem ser configurados para realizar cálculos em paralelo e processar grandes volumes de dados de forma colaborativa. No entanto, como as tarefas de processamento de imagens podem ser divididas em partes independentes, cada servidor pode lidar com uma parte do processamento de forma isolada, sem a necessidade de uma comunicação intensa e sincronização constante entre os servidores. Portanto, eles também se enquadram em uma classificação de processamento fracamente acoplado.
Em ambos os casos, embora exista um certo grau de cooperação e compartilhamento de recursos entre os servidores, eles são capazes de operar de forma independente na execução de suas tarefas. A classificação de processamento fracamente acoplado é mais adequada para descrever esses cenários.
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1 –
R: Neste caso, pode se dizer, que o sistema é um SIMD ou “Instrução Única, Dados Múltiplos”. Onde as abelhas operárias recebem a mesma instrução da abelha-rainha para colher néctar de rosas, embora possam estar coletando néctar de rosas diferentes.
2 –
R: Multicomputadores são vários computadores independentes conectados em rede, cada um com seu próprio processador, memória e sistema operacional, os quais se comunicam trocando mensagens e são usados em clusters de computadores interconectados.
Multiprocessadores, têm vários processadores interconectados em um único sistema, compartilhando uma memória principal, os quais compartilham instruções e dados diretamente na memória, e são comumente encontrados em servidores de alto desempenho
.
Em suma, multicomputadores usam nós independentes conectados em rede, enquanto multiprocessadores possuem vários processadores compartilhando uma memória principal. Já a comunicação nos multicomputadores é baseada em troca de mensagens, enquanto nos multiprocessadores, os processadores compartilham instruções e dados diretamente na memória.
3 –
R: Basicamente as classificações de multiprocessadores UMA, NUMA e COMA se referem a diferentes arquiteturas de sistemas multiprocessadores que envolvem o compartilhamento de recursos, especialmente a memória utilizada, ou seja, UMA fornece acesso uniforme à memória, NUMA permite acesso não uniforme e COMA combina aspectos de UMA e NUMA para otimizar o desempenho do sistema.
4 –
R: O MPP (Massively Parallel Processing) é uma arquitetura de computação que consiste em um grande número de processadores independentes, também conhecidos como nós, que trabalham juntos para resolver problemas computacionais complexos.
O COW (Cluster of Workstations) é uma arquitetura de computação que consiste em um conjunto de computadores individuais, conhecidos como estações de trabalho ou workstations, conectados em rede.
Em resumo, MPP e COW são diferentes arquiteturas de sistemas de computadores. MPP envolve um grande número de processadores independentes trabalhando juntos para resolver problemas complexos, enquanto COW consiste em uma coleção de computadores individuais conectados em rede, compartilhando recursos e executando tarefas independentes.
5 –
R: Em um multiprocessador com barramento compartilhado, se três processadores tentarem acessar a memória global simultaneamente, pode ocorrer um conflito de acesso devido à limitação da largura de banda do barramento. Isso pode resultar em atrasos e degradação do desempenho do sistema. Dependendo da política de acesso adotada, um mecanismo de arbitragem pode determinar qual processador tem prioridade de acesso ou pode ocorrer atraso para a execução dos acessos à memória. Estratégias como priorização de acesso e sincronização podem ser empregadas para melhorar o desempenho.
6 –
R: Tendo em vista que a quantidade de núcleos em um processador não é o único fator determinante para o desempenho do processamento. Embora um maior número de núcleos possa permitir um maior paralelismo e a execução simultânea de tarefas, o benefício real depende da natureza das tarefas e do suporte de software. Além disso, a eficiência do processamento é influenciada por outros fatores, como a arquitetura do processador, a velocidade de clock e a otimização do código. Logo, o desempenho do processamento não pode ser avaliado somente com base na quantidade de núcleos em um processador.
7 –
R: Aparentemente desde 2022, vem sendo o modelo AMD EPYC 9004, que têm até 96 núcleos e quebra mais de 300 recordes.
8 –
R: A escolha entre um cluster e a computação em nuvem depende da carga de trabalho, escalabilidade, recursos disponíveis e demandas do projeto. Clusters são adequados para cargas de trabalho de alto desempenho e aplicações que exigem baixa latência de comunicação. A computação em nuvem é preferível quando é necessária escalabilidade flexível, custos variáveis e colaboração remota. Outros fatores, como segurança, privacidade e complexidade de gerenciamento, também devem ser considerados. A escolha depende das necessidades específicas do projeto e dos recursos disponíveis.
9 –
R: Os servidores de pesquisa do Google são classificados como processamento fracamente acoplado, enquanto os servidores de processamento de imagens da NASA são considerados processamento fortemente acoplado. Os servidores de pesquisa do Google operam de forma independente para lidar com as solicitações de pesquisa, enquanto os servidores de processamento de imagens da NASA trabalham em conjunto, trocando dados intensivamente e realizando cálculos em paralelo para processar imagens complexas.
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1– Nesse exemplo das abelhas, é um sistema em que todas elas estão fazendo a mesma coisa ao mesmo tempo, que é coletar néctar de rosas, e receberem a mesma ordem da abelha-rainha. Então, é um sistema SIMD, que é quando temos uma instrução única que no caso do exemplo seria coletar néctar de rosas sendo executada por múltiplos dados que seria as abelhas operárias.
2 – Multicomputadores possuem memórias independentes, já multiprocessadores, trabalham com memórias compartilhadas.
Os Multiprocessadores são sistemas que possuem várias CPUs trabalhando em conjunto, compartilhando a mesma memória.
Já os Multicomputadores são sistemas compostos por vários computadores independentes, cada um com sua própria memória e processador, interligados por uma rede de alta velocidade.
3 – UMA (Uniform Memory Access): O tempo de acesso à memória é o mesmo, independente de onde a word esteja localizada. Isso é normal com uma memória comum.
NUMA (Nonuniform Memory Access): O tempo de acesso à memória varia conforme seu endereço. Isso é normal com uma memória fisicamente distribuída.
COMA (Cache-coherent nonuniform memory access): Um NUMA com um mecanismo que garante a coerência de cache.
4 – MPP (Massively Parallel Processors): são Multicomputadores massivamente paralelos, onde possuem múltiplas memórias locais e são interconectados por redes de alta velocidades. Eles apresentam uma boa escalabilidade, porém possuem uma programação mais complexa e são máquinas mais caras, podendo ultrapassar $1.000.000 .
COW (Cluster of Workstations): são redes de estações que são dedicadas ao processamento paralelo. Também são interconectadas entre si, porém diferente da MPP, por uma rede de baixa velocidade/ rede padrão. Tais máquinas são otimizadas para realizarem operações paralelas.
5 – Os processadores podem acabar tentando acessar a mesma área de memória ao mesmo tempo, o que pode levar a inconsistências ou erros de acesso à memória.
6 – Nem sempre é verdade que quanto maior o número de núcleos em um processador, melhor o desempenho do processamento. A eficiência e o desempenho de um processador dependem de muitos fatores, incluindo o tipo de tarefas que ele precisa executar, a arquitetura do processador, as otimizações de software e sua capacidade de processar tarefas relacionadas em paralelo.
7 – Atualmente, o processador com a maior quantidade de núcleos é o AMD EPYC 7763, com 64 núcleos físicos e 128 threads.
8 – O “cluster” é bom para tarefas que exigem muito processamento e comunicação rápida entre os computadores, como análise de dados e simulações físicas. O “cloud computing” é mais flexível e escalável, sendo mais útil para aplicações que precisam lidar com uma grande quantidade de usuários ou precisam ser executadas em diferentes dispositivos,
9 – Os servidores do Google e da NASA são exemplos de processamento fortemente acoplado porque trabalham juntos para executar tarefas de processamento complexas e exigentes, com comunicação frequente e contínua entre os nós do sistema. Isso é necessário para garantir um desempenho eficiente e preciso.
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1 – O sistema descrito é um sistema SIMD (Single Instruction Multiple Data), pois todas as abelhas operárias estão realizando a mesma tarefa: coletando néctar de rosas.
2 – Multicomputadores e multiprocessadores são sistemas paralelos utilizados para aumentar o desempenho de computação. Nos multicomputadores, várias unidades independentes de processamento com sua própria memória são interconectadas por uma rede de comunicação, enquanto nos multiprocessadores várias CPUs são conectadas a uma única memória compartilhada. O sistema de memória em um multicomputador é distribuído, enquanto em um multiprocessador é compartilhado. A principal diferença entre eles está na forma como a memória é organizada e acessada.
3 – A arquitetura UMA (Acesso Uniforme à Memória) compartilha a memória de forma uniforme entre os processadores, de modo que todos têm o mesmo tempo de acesso à memória.
Já a arquitetura NUMA (Acesso Não Uniforme à Memória) tem um tempo de acesso variável em relação à localização das palavras na memória. Nesse caso, cada processador tem acesso mais rápido às palavras que estão próximas a ele e acesso mais lento às palavras localizadas em outros processadores.
A arquitetura COMA (Arquitetura de Memória Somente Cache) combina memória cache com um multiprocessador. Seu objetivo é transformar a memória distribuída em memória cache. Nesse caso, não há uma hierarquia uniforme de acesso à memória e o espaço de endereço é composto pela combinação de todos os caches presentes.
4 – MPP (Processamento Massivamente Paralelo) é uma arquitetura de multicomputador em que vários processadores são conectados por uma rede de alta velocidade, permitindo que trabalhem juntos em uma única tarefa ou aplicação. Cada processador pode executar seu próprio programa ou conjunto de instruções, e a coordenação é feita por meio de software que gerencia as comunicações entre os processadores.
COW (Cluster de Workstations) é uma arquitetura de multicomputador que usa um conjunto de estações de trabalho de baixo custo, interconectadas por meio de uma rede de alta velocidade, para executar tarefas intensivas em computação distribuída. Cada estação de trabalho age como um nó independente no cluster, executando tarefas em paralelo com outros nós.
5 – Ocorre uma condição de corrida (race condition) quando vários processadores tentam acessar a memória global ao mesmo tempo em um multiprocessador com barramento compartilhado. Quando isso acontece, há um conflito de acesso à memória e os processadores podem ficar presos esperando a liberação do barramento. Isso pode levar a uma degradação do desempenho do sistema ou até mesmo travamentos. Para evitar essa situação, são utilizados protocolos de controle de concorrência, como o protocolo de controle de acesso ao barramento (bus arbitration protocol), que define como o barramento é compartilhado entre os processadores e como os acessos à memória são coordenados.
6 – O número de núcleos em um processador é um fator importante para o desempenho, mas não é o único e não necessariamente significa que mais núcleos sempre levarão a um melhor desempenho em todas as tarefas.
7 – O AMD EPYC 776, possuindo 64 núcleos físicos e 128 threads.
8 – O uso de clusters é vantajoso para aplicações que demandam alto desempenho de processamento em um curto período de tempo, como análise de grandes volumes de dados em pesquisa científica e cálculos de simulações complexas. Já o processamento em nuvem é uma opção viável para empresas que precisam escalar rapidamente suas operações e recursos computacionais, sem precisar investir em infraestrutura própria, além de ser útil para processamento de dados em aplicações web e móveis. Ambos os métodos possuem vantagens e desvantagens e devem ser escolhidos de acordo com as necessidades e objetivos da empresa ou projeto em questão.
9 – Os servidores de pesquisa do Google e os servidores de processamento de imagens da NASA são exemplos de sistemas de processamento fortemente acoplados, em que os componentes são interconectados por uma rede de alta velocidade e trabalham em conjunto para processar tarefas complexas que exigem alto desempenho. Esses sistemas são adequados para tarefas que exigem alta capacidade de processamento e comunicação intensa entre os componentes, permitindo que as tarefas sejam realizadas de maneira eficiente e em tempo hábil.
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Atv. 14
1. Esse é um sistema SIMD, pois o SIMD significa single instruction (única instrução) e multiple data (várias informações), pois a abelha rainha passou uma única instrução para a colmeia, e as abelhas fizeram várias tarefas (todas do mesmo tipo, mas não foi a mesma ação.
2. Multicomputadores são computadores paralelos construídos por vários computadores ligados por uma rede, já multiprocessadores são computadores que contém múltiplos processadores trabalhando paralelamente.
Os multicomputadores têm sua memória física para cada computador na rede, e eles transmitem informações por meio de mensagens de um para outro pela rede. EX: cluster de computadores usado pelo Google para indexar a web, que consiste em milhares de servidores individuais.
Os multiprocessadores têm uma única memória física que é compartilhada entre todos os processadores. EX: servidor IBM System z, que usa uma arquitetura de memória compartilhada.
3. Multiprocessadores UMA: Todos os processadores têm acesso igualmente rápido a toda a memória compartilhada.
Multiprocessadores COMA: Cada processador tem sua própria cache local, que é sincronizada com as caches dos outros processadores usando uma rede de interconexão.
Multiprocessadores NUMA: Cada processador tem acesso mais rápido à sua própria memória local do que à memória compartilhada de outros processadores.
4. Multicomputadores MPP: São sistemas de processamento paralelo que possuem um grande número de nós independentes interconectados por uma rede de alta velocidade.
Multicomputadores COW: São sistemas compostos por um grupo de computadores independentes, geralmente conectados por meio de uma rede de alta velocidade, que são gerenciados como um único sistema.
5. Caso esse cenário ocorra, apenas um dos processadores acessará a memória nesse momento, e os outros dois terão de esperar o primeiro acabar para acessarem de um em um a memória pelo barramento.
6. Depende, pois um processador se diferencia dos outros não só pela quantidade de núcleos, mas também da quantidade de threads, da frequência e da arquitetura, então não se pode com apenas esse aspecto julgar qual possui maior poder de processamento.
7. É o AMD EPYC 9004, tendo até 96 núcleos, quebrando diversos recordes inclusive.
8. Cluster → indicado para processamento de grande escala, baixa latência e aplicações que exigem recursos personalizados.
Cloud computing → indicado para processamento escalável, análise de dados em nuvem, aprendizado de máquina e processamento de big data, entre outros.
9. Os servidores de pesquisa do Google e os servidores de processamento de imagens da NASA são sistemas de processamento fortemente acoplados devido ao alto grau de interdependência entre seus servidores e ao compartilhamento de recursos de processamento, memória e armazenamento.
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1 – O sistema descrito no estudo de caso é um sistema MIMD (Multiple Instruction, Multiple Data). Cada uma segue sua própria trajetória em busca das rosas, realizando a mesma tarefa, mas em locais diferentes.
2 – Multicomputadores e multiprocessadores são sistemas de processamento paralelo, mas possuem diferenças em relação à arquitetura e ao sistema de memória.
Multicomputadores: São sistemas em que cada processador possui sua própria memória local e os processadores se comunicam através de uma rede. Cada processador age de forma independente, executando suas próprias tarefas. Um exemplo de multicomputador é um cluster de computadores, em que vários computadores individuais estão interconectados.
Multiprocessadores: São sistemas em que vários processadores compartilham uma única memória global. Os processadores podem acessar e compartilhar dados diretamente. Esses sistemas podem ser classificados em duas categorias: com memória compartilhada uniforme (SMP) e com memória compartilhada não uniforme (NUMA).
3 – As classificações de multiprocessadores podem variar, mas uma possível classificação é a seguinte:
Multiprocessador Simétrico (SMP): Todos os processadores possuem acesso igualitário à memória compartilhada e aos dispositivos de entrada/saída. Cada processador pode executar qualquer tarefa do sistema operacional.
Multiprocessador Assimétrico (AMP): Um ou mais processadores são designados para executar tarefas específicas do sistema operacional, enquanto outros processadores executam aplicativos do usuário. Os processadores dedicados ao sistema operacional podem ter mais privilégios e recursos.
Multiprocessador com Memória Compartilhada Não Uniforme (NUMA): Os processadores são organizados em grupos, e cada grupo tem sua própria memória local. Os processadores podem acessar a memória local mais rapidamente do que a memória de outros grupos. Isso cria uma hierarquia de memória, em que o acesso à memória local é mais rápido do que o acesso à memória compartilhada.
4 – As classificações de multicomputadores podem variar, mas uma possível classificação é a seguinte:
Fortemente Acoplado: Os nós de processamento estão interconectados por uma rede de alta velocidade e compartilham a memória de forma transparente. Os nós podem trabalhar em conjunto, compartilhando tarefas e dados.
Fracamente Acoplado: Os nós de processamento são independentes e têm sua própria memória local. Eles se comunicam através de uma rede de baixa velocidade, enviando mensagens para trocar informações. Os nós podem executar tarefas independentes e não compartilham a memória diretamente.
5 – Em um multiprocessador que usa um barramento compartilhado, se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante, ocorrerá uma situação conhecida como “conflito de acesso”. O barramento compartilhado permite que apenas um processador acesse a memória por vez. Portanto, os três processadores terão que esperar em uma fila para acessar o barramento e, em seguida, acessar a memória. Isso pode resultar em atrasos e diminuição do desempenho do sistema.
6 – A quantidade de núcleos em um processador não é o único fator determinante para um melhor processamento. Embora um maior número de núcleos possa aumentar a capacidade de processamento paralelo, existem outros fatores que podem influenciar o desempenho, como a arquitetura do processador, a eficiência do pipeline, a frequência de clock, a capacidade da memória cache, entre outros. Além disso, o software também deve ser otimizado para aproveitar adequadamente os múltiplos núcleos. Portanto, é importante considerar a combinação de todos esses fatores para determinar o desempenho geral de um processador.
7 – Atualmente, o processador com a maior quantidade de núcleos é o “AMD EPYC 7763”. Este processador de servidor possui 64 núcleos físicos e 128 threads.
8 – A escolha entre utilizar um “cluster” ou “cloud computing” depende das necessidades e requisitos específicos do sistema e do aplicativo em questão:
Cluster: É vantajoso utilizar um cluster quando há a necessidade de alto desempenho computacional para executar tarefas intensivas em processamento. Os clusters são compostos por um conjunto de computadores interconectados que trabalham em paralelo para resolver problemas complexos. Essa abordagem é especialmente útil quando se lida com grandes volumes de dados ou necessidade de execução rápida de cálculos intensivos.
Cloud Computing: O “cloud computing” é benéfico quando há demanda por recursos flexíveis e escaláveis. Em vez de ter uma infraestrutura local, o processamento é feito em servidores remotos, acessados pela internet. Essa abordagem permite escalar recursos de acordo com as necessidades, pagar apenas pelo que é utilizado e aproveitar a infraestrutura e serviços disponibilizados pelos provedores de nuvem.
9 – Os servidores de pesquisa do “Google” e os servidores de processamento de imagens da “NASA” se enquadram na categoria de processamento fortemente acoplado. Tanto o “Google” quanto a “NASA” lidam com enormes volumes de dados e executam tarefas complexas que requerem uma interação intensa entre os processadores e o acesso à memória compartilhada. Portanto, é necessário um alto nível de acoplamento entre os componentes para obter o desempenho necessário.
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Diante do estudo de caso apresentado, responda:
1 – Responda Uma bela manhã, a abelha-rainha de certa colmeia convoca todas as suas abelhas operárias e lhes comunica que a tarefa daquele dia é colher néctar de rosas. Então, as operárias saem voando em busca de rosas. Esse é um sistema SIMD ou um sistema MIMD?
No caso apresentado, em que todas as abelhas operárias estão realizando a mesma tarefa de colher néctar de rosas, trata-se de um sistema SIMD (Single Instruction, Multiple Data). Nesse tipo de sistema, várias unidades de processamento executam a mesma instrução simultaneamente em diferentes conjuntos de dados.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
Multicomputadores e multiprocessadores são duas arquiteturas de sistemas paralelos. A diferença entre eles está na forma como a memória é compartilhada:
• Multicomputadores: Nesse tipo de sistema, cada processador possui sua própria memória local e não compartilha diretamente com outros processadores. Eles se comunicam por meio de mensagens, enviando dados entre si quando necessário. Cada processador é independente e pode executar tarefas diferentes. Exemplo: Um cluster de computadores interconectados.
• Multiprocessadores: Nesse tipo de sistema, vários processadores compartilham uma única memória global. Todos os processadores têm acesso direto à mesma memória e podem compartilhar dados entre si sem a necessidade de comunicação explícita. Eles podem executar tarefas independentes ou cooperar em uma tarefa maior. Exemplo: Um computador com vários núcleos em um único chip.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
As classificações de multiprocessadores podem variar, mas uma possível classificação é a seguinte:
Multiprocessador Simétrico (SMP): Todos os processadores possuem acesso igualitário à memória compartilhada e aos dispositivos de entrada/saída. Cada processador pode executar qualquer tarefa do sistema operacional.
Multiprocessador Assimétrico (AMP): Um ou mais processadores são designados para executar tarefas específicas do sistema operacional, enquanto outros processadores executam aplicativos do usuário. Os processadores dedicados ao sistema operacional podem ter mais privilégios e recursos.
Multiprocessador com Memória Compartilhada Não Uniforme (NUMA): Os processadores são organizados em grupos, e cada grupo tem sua própria memória local. Os processadores podem acessar a memória local mais rapidamente do que a memória de outros grupos. Isso cria uma hierarquia de memória, em que o acesso à memória local é mais rápido do que o acesso à memória compartilhada.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
MPP (Processamento Massivamente Paralelo) é uma arquitetura de multicomputador em que vários processadores são conectados por uma rede de alta velocidade, permitindo que trabalhem juntos em uma única tarefa ou aplicação. Cada processador pode executar seu próprio programa ou conjunto de instruções, e a coordenação é feita por meio de software que gerencia as comunicações entre os processadores.
COW (Cluster de Workstations) é uma arquitetura de multicomputador que usa um conjunto de estações de trabalho de baixo custo, interconectadas por meio de uma rede de alta velocidade, para executar tarefas intensivas em computação distribuída. Cada estação de trabalho age como um nó independente no cluster, executando tarefas em paralelo com outros nós.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
Se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante em um sistema com barramento compartilhado, ocorrerá uma condição de conflito conhecida como “congestão do barramento”. Isso pode resultar em atrasos ou até mesmo na perda de dados. Geralmente, mecanismos de controle são implementados para arbitrar o acesso ao barramento e evitar esse tipo de conflito.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
A quantidade de núcleos em um processador não é o único fator determinante para o desempenho de processamento. Embora mais núcleos possam oferecer maior capacidade de processamento paralelo, a eficiência e o desempenho real dependem de vários fatores, como a natureza das tarefas a serem executadas, a otimização do software e a escalabilidade do hardware. Portanto, não necessariamente um processador com mais núcleos será sempre melhor em todas as situações.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
O processador com a maior quantidade de núcleos atualmente disponível é o “Graviton2” da Amazon, que possui até 64 núcleos em um único chip.
8 – Em quais situações vale a pena utilizar um “cluster” para o processamento e em quais situações vale a pena optar por um processamento “cloud computing.”
A utilização de um “cluster” para o processamento é recomendada em situações em que há a necessidade de processar grandes volumes de dados de forma simultânea, executar tarefas altamente paralelizáveis e alcançar um alto desempenho computacional. Um “cluster” permite distribuir o processamento entre diversos nós, compartilhando a carga de trabalho e acelerando o tempo de processamento.
Por outro lado, o processamento em “cloud computing” é vantajoso em situações em que se busca flexibilidade, escalabilidade e facilidade de gerenciamento dos recursos computacionais. O “cloud computing” permite o acesso sob demanda a recursos de computação, armazenamento e serviços de rede, sem a necessidade de investimentos em infraestrutura própria. É especialmente útil quando há flutuações na demanda por recursos, permitindo dimensionar a capacidade de acordo com as necessidades específicas do momento.
9 – Em qual(ais) categoria(s) de processamento se encaixam os servidores de pesquisa do “Google” e os servidores de processamento de imagens da “NASA.”, fortemente acoplado, fracamente acoplado? Justifique a sua resposta.
Os servidores de pesquisa do Google e os servidores de processamento de imagens da NASA se encaixam na categoria de processamento fortemente acoplado. Isso ocorre porque esses servidores exigem uma alta interconexão e comunicação entre os processadores para compartilhar dados e coordenar tarefas de forma intensiva.
Os servidores de pesquisa do Google precisam lidar com a indexação e a pesquisa em tempo real de uma enorme quantidade de dados da web. Isso requer um processamento altamente paralelo e um sistema fortemente acoplado para atender às demandas de escalabilidade e desempenho.
Da mesma forma, os servidores de processamento de imagens da NASA trabalham com o processamento e a análise de dados provenientes de fontes espaciais. Esses dados são frequentemente grandes e complexos, exigindo um processamento intensivo e coordenado entre os processadores para extrair informações e insights significativos.
Em ambas as situações, a natureza intensiva das tarefas e a necessidade de compartilhamento e coordenação de dados entre os processadores justificam o uso de sistemas fortemente acoplados para otimizar o desempenho e a eficiência do processamento.
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1 – Responda Uma bela manhã, a abelha-rainha de certa colmeia convoca todas as suas
abelhas operárias e lhes comunica que a tarefa daquele dia é colher néctar de rosas.
Então, as operárias saem voando em busca de rosas. Esse é um sistema SIMD ou um
sistema MIMD?
Sistema Single Instruction, Multiple Data, as abelhas recebem apenas uma única
instrução.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de
memória de cada um e exemplifique-os.
Multicomputadores são vários computadores com processador e memória próprios,
conectados a uma rede para fazer a comunicação entre si O multiprocessador é um
computador capaz de suportar mais de um processador, estes podem fazer uso da
mesma memória de armazenamento.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
Arquitetura de Memória Compartilhada Uniforme(UMA): Vários processadores
compartilham uma mesma memória física, ou seja, cada processador pode acessar
diretamente a memória, o desempenho deste tipo de arquitetura pode ser afetado pelo
aumento no tráfego entre a memória e os processadores.
Arquitetura de Memória Compartilhada com Latência Uniforme(COMA): Esta arquitetura
resolve o problema de desempenho da arquitetura UMA, onde cada processador possui
sua própria memória cache, e a memória principal é dividida em módulos que são
conectados por meio de uma rede. Diferente da arquitetura UMA é possível usar uma
grande quantidade de processadores.
Arquitetura de Memória Não Uniforme(NUMA): uma memória é distribuída entre os
processadores, para que cada um tenha um acesso rápido a sua memória atribuída, esse
tipo de arquitetura também suporta um grande número de processadores.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
Processamento Massivamente Paralelo(MPP): Processadores são organizados para
realizar uma tarefa ou conjunto de tarefas, sendo que cada processador é responsável
por realizar uma parte da tarefa, já que esta é dividida entre os processadores.
Cluster of Workstations(COW): Estações de trabalho, ou clusters, são agrupadas para
realizar tarefas paralelamente, ou seja cada cluster realiza uma parte da tarefa, sendo a
comunicação entre os cluster feita mediante rede de interconexão, ja que cada cluster
conta sua própria memória e processador.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que
acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no
mesmo instante?
O acesso à memória global pelos três processadores gera um conflito de acesso,
diminuindo o desempenho.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é
o seu processamento? Justifique a sua resposta.
Vários núcleos podem realizar tarefas de forma mais rápida.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
Atualmente o processador com maior quantidade de núcleos e o AMD Threadripper
3990X tem 64 núcleos;
8 – Em quais situações vale a pena utilizar um “cluster” para o processamento e em
quais situações vale a pena optar por um processamento “cloud computing.”
O cluster deve ser usado quando a capacidade de processamento de um único
computador não for o suficiente, a cloud computing se usa quando não se dispõe de
recursos para a montagem de um cluster, por ser um serviço este pode ser usado quando
apenas há necessidade de mais poder de processamento.
9 – Em qual(ais) categoria(s) de processamento se encaixam os servidores de pesquisa
do “Google” e os servidores de processamento de imagens da “NASA.”, fortemente
acoplados, fracamente acoplados? Justifique a sua resposta.
O supercomputador da Google e NASA é um clusters,logo o sistema é facilmente
acoplado pois existe a necessidade de comunicação entre os computadores que
compõem o cluster.
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1 – Responda Uma bela manhã, a abelha-rainha de certa colmeia convoca todas as suas abelhas operárias e lhes comunica que a tarefa daquele dia é colher néctar de rosas. Então, as operárias saem voando em busca de rosas. Esse é um sistema SIMD ou um sistema MIMD?
Nesse caso, as abelhas operárias estão executando a mesma tarefa, colher néctar de rosas, o que indica um sistema SIMD (Single Instruction, Multiple Data). No sistema SIMD, múltiplos processadores ou unidades de processamento executam a mesma instrução em diferentes conjuntos de dados simultaneamente.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
Multicomputadores e multiprocessadores são sistemas de computação paralela, mas diferem em termos de arquitetura e organização.
Multicomputadores: São sistemas compostos por múltiplos computadores independentes (ou nós), que se comunicam por meio de redes de comunicação. Cada computador possui sua própria memória local e pode executar tarefas independentes. Exemplos de multicomputadores incluem clusters de computadores ou sistemas distribuídos.
Multiprocessadores: São sistemas compostos por múltiplos processadores ou núcleos em um único computador, compartilhando uma única memória global. Os processadores podem executar tarefas independentes ou cooperar em tarefas paralelas. Exemplos de multiprocessadores incluem sistemas com vários núcleos em um único chip ou sistemas com vários processadores em uma placa mãe.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
SMP (Symmetric Multiprocessing): Todos os processadores têm acesso igualitário à memória e aos periféricos. Não há distinção hierárquica entre os processadores, todos têm o mesmo status.
ASMP (Asymmetric Multiprocessing): Um processador é designado como o “mestre” e controla as atividades do sistema, enquanto os outros processadores são designados como “escravos” e executam tarefas específicas atribuídas pelo mestre.
AMP (Asymetric MultiProcessing): Cada processador executa um conjunto diferente de tarefas. Não há compartilhamento de memória entre os processadores, e cada um tem seu próprio sistema operacional.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
MPP (Massively Parallel Processing): Composto por muitos processadores interconectados e dedicados a executar tarefas independentes em paralelo. Cada processador tem sua própria memória local e os processadores podem se comunicar por meio de troca de mensagens.
COW (Cluster of Workstations): Consiste em uma coleção de computadores de propósito geral, como estações de trabalho, conectados em rede e usados como um único sistema por meio de software distribuído.
GRID: Semelhante ao cluster de trabalho, mas com foco em recursos compartilhados distribuídos geograficamente, geralmente conectados por meio de redes de alta velocidade. O objetivo é fornecer acesso a recursos distribuídos.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
Se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante em um sistema de multiprocessador com barramento compartilhado, ocorrerá uma condição de disputa (contention) pelo acesso ao barramento. Isso pode levar a atrasos e ineficiência na execução das operações. O barramento compartilhado pode ser um gargalo quando há muitos processadores tentando acessá-lo simultaneamente.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
A quantidade de núcleos em um processador não determina necessariamente a melhoria no processamento de todas as tarefas. Ter mais núcleos pode ser benéfico para certos tipos de trabalho paralelizável, onde várias tarefas independentes podem ser executadas simultaneamente. No entanto, para tarefas sequenciais ou que não podem ser divididas em subtasks independentes, ter mais núcleos não resultará em ganhos significativos de desempenho. Além disso, o software também precisa ser otimizado para aproveitar completamente os recursos dos núcleos. Portanto, é importante considerar a natureza das tarefas a serem executadas e a capacidade de paralelização do software ao avaliar o benefício de ter um maior número de núcleos em um processador.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
O processador com maior quantidade de núcleos atualmente é o AMD EPYC 7763, lançado em 2021, com 64 núcleos e 128 threads.
8 – Em quais situações vale a pena utilizar um “cluster” para o processamento e em quais situações vale a pena optar por um processamento “cloud computing.”
Utilizar um “cluster” para processamento é vantajoso quando há a necessidade de executar tarefas de alto desempenho que requerem poder computacional massivo e paralelismo. Os clusters permitem distribuir as tarefas entre vários nós de processamento, aproveitando o poder de processamento combinado de múltiplas máquinas. É adequado para aplicações científicas, análise de big data, simulações complexas, renderização de vídeo, entre outros.
O “cloud computing” é uma opção viável em muitas situações, especialmente quando a demanda computacional varia ao longo do tempo. Ele oferece recursos de computação sob demanda, escalabilidade automática e flexibilidade. Ao utilizar serviços de nuvem, é possível provisionar recursos de acordo com as necessidades específicas, evitando gastos excessivos com infraestrutura ociosa. O “cloud computing” é adequado para aplicativos web, serviços online, armazenamento de dados, análise de dados distribuída, entre outros cenários.
9 – Em qual(ais) categoria(s) de processamento se encaixam os servidores de pesquisa do “Google” e os servidores de processamento de imagens da “NASA.”, fortemente acoplado, fracamente acoplado? Justifique a sua resposta.
Os servidores de pesquisa do Google e os servidores de processamento de imagens da NASA se enquadram na categoria de servidores fortemente acoplados. Esses servidores estão interligados em um sistema onde há uma alta interdependência entre os nós de processamento. No caso do Google, os servidores são usados para realizar indexação e busca de informações em grande escala, envolvendo processamento intensivo e compartilhamento de dados entre os nós. Já os servidores da NASA lidam com o processamento de imagens e dados científicos complexos, onde os nós de processamento trabalham em conjunto para realizar simulações, análises e visualizações.
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1 – Responda Uma bela manhã, a abelha-rainha de certa colmeia convoca todas as suas abelhas operárias e lhes comunica que a tarefa daquele dia é colher néctar de rosas. Então, as operárias saem voando em busca de rosas. Esse é um sistema SIMD ou um sistema MIMD?
R: Isso é um exemplo de sistema SIMD (Single Instruction Multiple Data), sendo que as abelhas operárias (unidades de processamento) vão colher néctar (única instrução), isto é, todas elas vão executar uma instrução em paralelo.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
R: “Multiprocessadores” como o próprio nome sugere, são sistemas que possuem processadores em um único computador, trabalhando em conjunto e compartilhando a mesma memória. Eles podem ser classificados como UMA, COMA ou NUMA, dependendo da forma como a memória é acessada. Já “multicomputadores” são sistemas compostos por vários computadores independentes interconectados, que trabalham juntos para executar tarefas paralelas. Cada computador tem sua própria memória local e pode acessar recursos remotos por meio da rede de interconexão. Eles podem ser classificados como MPP ou Clusters, dependendo da forma como são organizados.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
R: Essas classificações referem-se à forma como a memória é acessada em sistemas com multiprocessadores.
• UMA (Uniform Memory Access): Todos os processadores têm o mesmo acesso à memória compartilhada e os mesmos tempos de acesso, independentemente da sua localização física.
• COMA (Cache-Only Memory Architecture): A memória é dividida em blocos, e cada bloco é alocado para um processador. Os processadores podem acessar a memória local com baixa latência, mas o acesso à memória de outros processadores tem um tempo de latência mais elevado.
• NUMA (Non-Uniform Memory Access): Cada processador tem acesso rápido e local à sua própria memória, mas o acesso a outras memórias remotas é mais lento e tem uma latência mais elevada. A memória é distribuída em bancos físicos, e cada processador é alocado a um ou mais bancos de memória.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
R: Essas classificações representam como os sistemas multicomputadores são organizados.
• MPP (Massively Parallel Processing): São compostos por muitos nós de processamento, cada um com sua própria memória e processador, conectados por meio de uma rede de alta velocidade.
• COW (Cluster of Workstations): São compostos por vários computadores independentes interconectados por meio de uma rede de baixa latência, que compartilham recursos e trabalham juntos para executar tarefas paralelas.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
R: Se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante em um multiprocessador com barramento compartilhado, pode ocorrer uma condição de corrida (race condition), onde dois ou mais processadores tentam escrever ou ler os mesmos dados ao mesmo tempo, resultando em dados corrompidos ou incoerentes.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
R: Não necessariamente. O desempenho de um processador vai além da quantidade de núcleos, temos que considerar outras variáveis como arquitetura, velocidade de clock, tamanho do cache e a capacidade de processamento por ciclo de clock. Além disso, nem todo software pode ter a capacidade de aproveitar o paralelismo dos núcleos, dessa forma pode não ter um aumento significativo de desempenho pela quantidade de núcleos.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
R: Em 2022 a AMD anunciou seu novo processador da série EPYC, o AMD EPYC 9004, que possui até 96 núcleos em um único processador.
8 – Em quais situações vale a pena utilizar um “cluster” para o processamento e em quais situações vale a pena optar por um processamento “cloud computing.”
R: A escolha entre um “cluster” e o “cloud computing” depende das necessidades específicas de cada tarefa. Um “cluster” é mais adequado para tarefas que exigem grande capacidade de processamento e armazenamento de dados, mas pode ser mais complexo de gerenciar e requer investimentos significativos em infraestrutura. Já o “cloud computing” é mais adequado para tarefas que requerem escalabilidade e flexibilidade, mas pode ser menos adequado para tarefas que exigem baixa latência e alta largura de banda de rede.
9 – Em qual(ais) categoria(s) de processamento se encaixam os servidores de pesquisa do “Google” e os servidores de processamento de imagens da “NASA.”, fortemente acoplado, fracamente acoplado? Justifique a sua resposta.
R: Elas utilizam sistemas fortemente acoplados, isso devido a necessidade de usar processamento de alto desempenho para lidar com grandes quantidades de dados e processamento paralelo em larga escala.
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1 – Responda Uma bela manhã, a abelha-rainha de certa colmeia convoca todas as suas abelhas operárias e lhes comunica que a tarefa daquele dia é colher néctar de rosas. Então, as operárias saem voando em busca de rosas. Esse é um sistema SIMD ou um sistema MIMD?
Sistema MIMD, pois cada abelha esta realizando a tarefa individualmente.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
Multicomputadores são vários computadores interconectados em rede, cada um com sua própria memória local.
Multiprocessadores são vários processadores compartilhando uma única memória principal.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
• NUMA – Non-Uniform Memory Access: a memória é distribuída entre os processadores de forma desigual, ou seja, cada processador tem acesso mais rápido a uma parte específica da memória. Quando um processador precisa acessar dados que não estão em sua memória cache, ele deve buscar esses dados em outro processador, o que pode levar mais tempo. A coordenação entre os processadores é feita através de um protocolo de troca de mensagens. O objetivo do NUMA é reduzir a sobrecarga do barramento de sistema em sistemas SMP (Symmetric Multiprocessors), tornando o acesso à memória mais eficiente.
• UMA – Uniform Memory Access: Em um sistema UMA, todos os processadores têm acesso igual à memória, ou seja, todos os processadores compartilham a mesma memória principalA coordenação entre os processadores é feita através de um barramento de sistema compartilhado. O UMA é mais simples de implementar do que o NUMA, mas pode levar a problemas de desempenho em sistemas de grande escala, porque o barramento de sistema pode se tornar um gargalo de desempenho.
• COMA – Cache-Only Memory Architecture: Em um sistema COMA, cada processador tem sua própria memória cache, mas a memória principal é organizada em módulos chamados “bancos de memória”. Cada banco de memória é atribuído a um grupo de processadores, e os dados são automaticamente movidos entre os bancos de memória e as memórias caches dos processadores à medida que são acessados. A coordenação entre os processadores é feita através de um protocolo de troca de mensagens. O COMA é uma abordagem mais sofisticada do que o NUMA e o UMA, mas pode ser mais complexo de implementar e gerenciar.
4- Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
• MPP – Massive Parallel Processing: Um sistema MPP é um tipo de multicomputador projetado para executar tarefas em paralelo, dividindo-as em pequenas tarefas que podem ser executadas simultaneamente em vários processadores. Em um sistema MPP, vários processadores independentes são conectados por uma rede de alta velocidade e compartilham uma grande quantidade de memória distribuída. Cada processador é responsável por uma parte da tarefa global, e a coordenação é feita através de um sistema operacional especializado e de uma biblioteca de software paralelo. Os sistemas MPP são usados em aplicações que exigem grande poder de processamento, como simulações, análise de dados e modelagem climática.
• COW – Clusters of Workstations: Um sistema COW é um tipo de multicomputador que consiste em um grupo de estações de trabalho independentes conectadas por uma rede de alta velocidade. Cada estação de trabalho é um computador completo, com seu próprio processador, memória e sistema operacional. Os sistemas COW são mais baratos e fáceis de configurar do que os sistemas MPP, mas têm menor desempenho e escalabilidade. Eles são usados em aplicações que exigem menor poder de processamento, como renderização de imagens, processamento de vídeo e edição de documentos.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
Ocorre um conflito de barramento, onde os três processadores competem pela leitura ou gravação da memória, levando a um atraso no processamento ou a um deadlock.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
Não necessariamente, pois o número de nucleos não é o único requisito para um bom preocessamento
7- AMD EPYC 9004 têm até 96 núcleos e quebra mais de 300 recordes
8 – Em quais situações vale a pena utilizar um “cluster” para o processamento e em quais situações vale a pena optar por um processamento “cloud computing.”
Cluster: quando é exigido um alto desempenho computacional, como em pesquisas, análises e cálculos científicos.
Cloud computing: é utilizado em casos mais econômicos e com uma flexibilidade maior.
9 – Em qual(ais) categoria(s) de processamento se encaixam os servidores de pesquisa do “Google” e os servidores de processamento de imagens da “NASA.”, fortemente acoplado, fracamente acoplado? Justifique a sua resposta.
Processamento em cluster, que é uma categoria de processamento de multicomputadores fracamente acoplado, essa abordagem é mais escalável e eficiente do que usar um único servidor de alto desempenho
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1 – Responda Uma bela manhã, a abelha-rainha de certa colmeia convoca todas as suas abelhas operárias e lhes comunica que a tarefa daquele dia é colher néctar de rosas. Então, as operárias saem voando em busca de rosas. Esse é um sistema SIMD ou um sistema MIMD?
R: O cenário descrito é um exemplo de um sistema que se enquadra no conceito de SIMD (Single Instruction, Multiple Data). Nele, um conjunto de abelhas operárias (processadores) executa a mesma instrução (colher néctar de rosas) em vários conjuntos de dados (flores) simultaneamente. Essa abordagem é comum em arquiteturas computacionais onde múltiplos processadores executam a mesma instrução em paralelo, sendo útil em aplicações que envolvem processamento de dados altamente paralelos, como em aplicações gráficas, de imagem e de áudio.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
R: Os multicomputadores são sistemas compostos por vários computadores independentes, cada um com sua própria memória, que se comunicam por meio de uma rede de interconexão. Cada processador é responsável por executar seus próprios processos e gerenciar sua própria memória. Um exemplo é um cluster de servidores de banco de dados.
Já os multiprocessadores são sistemas compostos por vários processadores que compartilham uma única memória física. Existem dois tipos principais: SMP, em que todos os processadores têm acesso uniforme a toda a memória, e NUMA, em que a memória é dividida em módulos e cada processador tem acesso mais rápido à memória próxima a ele. Um exemplo de SMP é um servidor com múltiplos processadores Intel Xeon, enquanto um exemplo de NUMA é o IBM Power System AC922.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
R: As classificações de multiprocessadores NUMA, UMA e COMA referem-se a diferentes formas de gerenciar o acesso à memória compartilhada em sistemas multiprocessados.
NUMA (Non-Uniform Memory Access): Nesse tipo de sistema, a memória é distribuída de forma desigual entre os processadores, resultando em diferentes tempos de acesso à memória. Cada processador possui sua própria memória cache e precisa buscar dados em outros processadores quando necessário.
UMA (Uniform Memory Access): Nesse tipo de sistema, todos os processadores têm acesso igual à memória compartilhada. Não há diferenças de latência no acesso à memória, pois todos os processadores acessam a mesma memória principal por meio de um barramento de sistema compartilhado.
COMA (Cache-Only Memory Architecture): Nesse tipo de sistema, cada processador possui sua própria memória cache e a memória principal é organizada em módulos chamados de “bancos de memória”. Os dados são automaticamente movidos entre os bancos de memória e as memórias caches dos processadores, garantindo que os dados frequentemente acessados estejam próximos dos processadores correspondentes.
Em resumo, o NUMA busca otimizar o acesso à memória distribuindo-a de forma desigual entre os processadores, o UMA proporciona acesso igualitário à memória compartilhada e o COMA utiliza uma arquitetura mais sofisticada, movendo dados entre as memórias caches e os bancos de memória para melhorar o desempenho. Cada abordagem tem suas vantagens e desvantagens em termos de desempenho, complexidade de implementação e escalabilidade.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
R: As classificações de multicomputadores MPP (Massive Parallel Processing) e COW (Clusters of Workstations) são abordagens diferentes para projetar sistemas de computação paralela.
MPP: É um multicomputador onde vários processadores independentes são conectados por uma rede de alta velocidade e compartilham uma grande quantidade de memória distribuída. Cada processador é responsável por uma parte da tarefa global, e a coordenação é feita por meio de um sistema operacional especializado e bibliotecas de software paralelo. Os sistemas MPP são usados em aplicações que exigem alto poder de processamento, como simulações e análise de dados.
COW: É um multicomputador que consiste em um grupo de estações de trabalho independentes conectadas por uma rede de alta velocidade. Cada estação de trabalho é um computador completo, com seu próprio processador, memória e sistema operacional. Os sistemas COW são mais baratos e fáceis de configurar, mas têm menor desempenho e escalabilidade em comparação com os sistemas MPP. Eles são usados em aplicações que exigem menos poder de processamento, como renderização de imagens e edição de documentos.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
R: Em sistemas multiprocessados com barramento compartilhado, pode ocorrer um conflito de acesso chamado “contention” quando vários processadores tentam acessar a memória global simultaneamente. Isso resulta em um gargalo, pois o barramento compartilhado só pode lidar com um único acesso por vez. Os processadores têm que esperar sua vez, levando a atrasos e queda de desempenho. Para evitar a contention, são utilizadas técnicas de controle de acesso, como protocolos de coleta de dados ou arbitragem, que ajudam a gerenciar o acesso simultâneo à memória global. Essas técnicas minimizam os conflitos de acesso e aumentam a eficiência do sistema.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
R: O número de núcleos em um processador pode influenciar o desempenho, especialmente em aplicações altamente paralelas. Mais núcleos permitem executar mais tarefas em paralelo, melhorando o desempenho em cenários específicos. No entanto, em aplicações menos paralelas, o aumento no número de núcleos pode não resultar em um aumento proporcional no desempenho. Outros fatores, como velocidade do clock, quantidade de cache e eficiência da arquitetura, também são importantes para o desempenho do processador. Portanto, o desempenho geral de um processador é determinado por uma combinação de fatores, não apenas pelo número de núcleos.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
R: O processador AMD EPYC 7763 é atualmente o processador com o maior número de núcleos, contando com 64 núcleos e 128 threads. Ele foi projetado para oferecer alto desempenho em servidores e estações de trabalho de alta performance. Faz parte da série de processadores AMD EPYC de terceira geração, lançada em 2021.
8 – Em quais situações vale a pena utilizar um “cluster” para o processamento e em quais situações vale a pena optar por um processamento “cloud computing.”
R: A escolha entre o uso de um cluster ou processamento em cloud computing depende das necessidades específicas de cada aplicação e considerações de custo e escalabilidade. O uso de um cluster pode ser vantajoso para aplicações com cargas de trabalho intensivas, disponibilidade de recursos locais ociosos e requisitos de segurança e privacidade. Por outro lado, o processamento em cloud computing pode ser vantajoso para cargas de trabalho variáveis, necessidade de escalabilidade rápida e acesso remoto. A decisão final dependerá das características da aplicação e das preferências da organização em relação a custo, controle e flexibilidade.
9 – Em qual(ais) categoria(s) de processamento se encaixam os servidores de pesquisa do “Google” e os servidores de processamento de imagens da “NASA.”, fortemente acoplado, fracamente acoplado? Justifique a sua resposta.
R: Os servidores de pesquisa do Google e os servidores de processamento de imagens da NASA pertencem à categoria de processamento de alto desempenho (HPC). Esses sistemas possuem um alto grau de acoplamento entre os processadores, compartilhando memória e recursos de E/S. Os servidores do Google são compostos por muitos servidores interconectados, realizando tarefas de busca e indexação em paralelo. Os servidores de processamento de imagens da NASA são usados para analisar grandes volumes de dados coletados por observatórios e satélites. Ambos os tipos de processamento são altamente acoplados, pois exigem o compartilhamento de dados e recursos entre os processadores para concluir as tarefas de forma eficiente.
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Com base na descrição fornecida, o sistema descrito é um sistema SIMD (Single Instruction, Multiple Data) ou “Instrução Única, Múltiplos Dados”. Nesse sistema, todas as abelhas operárias recebem a mesma instrução da abelha-rainha para colher néctar de rosas. Cada abelha executa a mesma tarefa (colher néctar) em diferentes locais (rosas), processando os dados de forma paralela. Nesse caso, a tarefa é distribuída para várias unidades de processamento (abelhas) que realizam a mesma ação simultaneamente.
Multicomputadores: Nesse sistema, cada processador é considerado um computador independente com sua própria memória local. Cada processador tem seu próprio sistema operacional, memória e recursos individuais. Os processadores em um multicomputador se comunicam por meio de troca de mensagens, geralmente utilizando uma rede de interconexão. Cada processador pode executar tarefas diferentes e independentes dos outros processadores, trabalhando de forma assíncrona. Exemplo: Um conjunto de computadores interconectados em uma rede local, em que cada computador executa tarefas independentes.
Multiprocessadores: Nesse sistema, vários processadores compartilham uma única memória global. Todos os processadores têm acesso direto a essa memória compartilhada e podem executar instruções e acessar dados nela. Os processadores em um multiprocessador podem ser organizados de diferentes maneiras, como topologia de barramento, topologia de grade, topologia de anel, entre outras. Os processadores podem ser usados para executar tarefas independentes ou podem trabalhar juntos para executar uma tarefa maior e dividida em subtasks. Exemplo: Um único computador com vários processadores, como um servidor com vários núcleos de processamento compartilhando a mesma memória RAM.
Existem diferentes tipos de arquiteturas em multiprocessadores. Na arquitetura UMA (Uniform Memory Access), todos os processadores têm acesso igualmente rápido a toda a memória compartilhada. Isso significa que cada processador pode acessar qualquer local na memória com a mesma velocidade, sem restrições de localização. Na arquitetura COMA (Cache-Only Memory Access), cada processador possui sua própria cache local. Essas caches são sincronizadas com as caches dos outros processadores por meio de uma rede de interconexão. Isso permite que os processadores compartilhem informações entre si, garantindo consistência dos dados, mesmo que estejam trabalhando em caches diferentes. Já na arquitetura NUMA (Non-Uniform Memory Access), cada processador tem acesso mais rápido à sua própria memória local do que à memória compartilhada de outros processadores. Isso significa que, ao acessar sua própria memória, o processador experimenta latências menores em comparação com o acesso à memória compartilhada. No entanto, o acesso à memória de outros processadores pode levar mais tempo devido à latência da comunicação entre os nós.
Os multicomputadores MPP (Massively Parallel Processors) são sistemas de processamento paralelo que consistem em um grande número de nós independentes interconectados por uma rede de alta velocidade. Cada nó é um computador completo em si mesmo, com seu próprio processador, memória e sistema operacional. Esses nós trabalham em conjunto para realizar tarefas paralelas, dividindo a carga de processamento entre si e trocando informações por meio da rede de interconexão. Já os multicomputadores COW (Cluster of Workstations) são compostos por um grupo de computadores independentes, geralmente conectados por uma rede de alta velocidade. Embora cada computador seja independente, eles são gerenciados como um único sistema, o que significa que podem compartilhar recursos e trabalhar em conjunto para executar tarefas distribuídas. Cada computador no cluster pode executar tarefas separadas e colaborar com outros nós por meio da rede de interconexão.
Em um multiprocessador que usa um barramento compartilhado, se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante, ocorrerá uma condição de conflito conhecida como “conflito de acesso à memória” ou “conflito de barramento”. Nessa situação, os três processadores competirão pelo acesso ao barramento para escrever ou ler dados da memória.
Normalmente, o barramento compartilhado permite que apenas um processador acesse a memória de cada vez. Portanto, quando ocorre um conflito de acesso, os processadores precisam aguardar sua vez para acessar o barramento e a memória. Isso resulta em atrasos e diminuição do desempenho do sistema.
Para resolver esse problema, os sistemas multiprocessadores geralmente implementam técnicas de arbitragem para gerenciar o acesso ao barramento, como protocolos de controle de coerência de cache. Esses protocolos estabelecem regras e políticas para garantir a consistência dos dados compartilhados entre os processadores e minimizar os conflitos de acesso à memória.
A quantidade de núcleos em um processador não é o único fator que determina o desempenho do processamento. Embora seja verdade que um maior número de núcleos possa fornecer maior capacidade de processamento paralelo e potencialmente acelerar certas tarefas que podem ser divididas em múltiplos threads, existem outros fatores a serem considerados.
Um exemplo de processador com uma grande quantidade de núcleos é o AMD EPYC 7763. Esse processador possui 64 núcleos e 128 threads.
Cloud computing → indicado para processamento escalável, análise de dados em nuvem, aprendizado de máquina e processamento de big data, entre outros.
Cluster → indicado para processamento de grande escala, baixa latência e aplicações que exigem recursos personalizados.
Os servidores de pesquisa do Google e os servidores de processamento de imagens da NASA podem ser classificados como servidores de processamento fortemente acoplado, pois dependem de um alto poder de processamento e do compartilhamento eficiente de recursos para realizar suas tarefas complexas.
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1 – Responda Uma bela manhã, a abelha-rainha de certa colmeia convoca todas as suas abelhas operárias e lhes comunica que a tarefa daquele dia é colher néctar de rosas. Então, as operárias saem voando em busca de rosas. Esse é um sistema SIMD ou um sistema MIMD?
O sistema descrito, em que todas as abelhas operárias estão executando a mesma tarefa de colher néctar de rosas, é um exemplo de sistema SIMD (Single Instruction, Multiple Data). Nesse tipo de sistema, várias unidades de processamento executam a mesma instrução simultaneamente, mas em conjuntos diferentes de dados. No caso das abelhas, todas estão executando a mesma tarefa (colher néctar), seguindo a mesma instrução dada pela abelha-rainha.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
Multicomputadores e multiprocessadores são duas categorias diferentes de sistemas paralelos:
Exemplo de multicomputador: Um cluster de computadores interconectados em uma rede, onde cada computador possui seu próprio sistema operacional e memória local.
Exemplo de multiprocessador: Um sistema com vários núcleos de processamento em um único chip, onde todos os núcleos compartilham a mesma memória física.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
As classificações de multiprocessadores apresentadas são as seguintes:
UMA (Uniform Memory Access): Em um sistema UMA, todos os processadores têm acesso igualmente rápido à memória compartilhada. Não há diferença de latência entre acessar qualquer local da memória. No entanto, à medida que o número de processadores aumenta, a largura de banda do barramento compartilhado pode se tornar um gargalo.
COMA (Cache-Only Memory Architecture): Nesse tipo de sistema, cada processador possui sua própria memória cache privada e também pode acessar uma memória global compartilhada. A memória global é distribuída em diferentes módulos físicos e é acessada por meio de um mecanismo de troca de mensagens entre os processadores.
NUMA (Non-Uniform Memory Access): Em um sistema NUMA, a memória é distribuída em diferentes nós interconectados, sendo que cada nó possui seu próprio conjunto de processadores e memória local. O acesso à memória local é mais rápido do que o acesso à memória remota. O tempo de acesso à memória pode variar dependendo da localização do dado na arquitetura NUMA.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
As classificações de multicomputadores apresentadas são as seguintes:
MPP (Massively Parallel Processing): Nesse tipo de sistema, vários processadores independentes são interconectados por uma rede de alta velocidade. Cada processador tem sua própria memória local e executa tarefas independentes. Os processadores podem trabalhar em conjunto para resolver problemas complexos dividindo a carga de trabalho.
COW (Cluster of Workstations): É um sistema em que várias estações de trabalho individuais são interconectadas em rede para formar um cluster. Cada estação de trabalho possui seu próprio sistema operacional e pode executar tarefas independentes. O cluster é usado para compartilhar recursos e aumentar o poder de processamento disponível.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
Se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante em um sistema com barramento compartilhado, ocorrerá uma condição de disputa chamada “conflito de acesso” (bus contention). O barramento terá que arbitrar o acesso dos processadores à memória e apenas um processador será capaz de acessá-la por vez. Os outros dois processadores terão que esperar até que o barramento esteja disponível para acesso.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
A quantidade de núcleos em um processador não é o único fator que determina o desempenho e o processamento geral. O desempenho depende de vários outros fatores, como a arquitetura do processador, a frequência de clock, o tamanho da memória cache, a eficiência do software e a natureza das tarefas que estão sendo executadas.
Embora um processador com mais núcleos possa lidar com uma carga de trabalho paralela de forma mais eficiente, não significa necessariamente que será sempre melhor em todas as situações. A otimização do software e a paralelização adequada das tarefas são essenciais para aproveitar ao máximo os recursos de processamento disponíveis.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
O processador com o maior número de núcleos disponível no mercado é o AMD Epyc 9004, com 96 núcleos.
8 – Em quais situações vale a pena utilizar um “cluster” para o processamento e em quais situações vale a pena optar por um processamento “cloud computing.”
A escolha entre utilizar um “cluster” para processamento ou optar por “cloud computing” depende das necessidades e dos requisitos específicos de cada situação:
Cluster: Um “cluster” é adequado quando há uma demanda por alto desempenho e paralelismo para processamento de cargas de trabalho intensivas. É especialmente útil quando a tarefa pode ser dividida em várias partes independentes que podem ser executadas em paralelo. Os “clusters” são geralmente construídos com hardware dedicado e interconectado para obter alto desempenho.
Cloud computing: O “cloud computing” é adequado quando a flexibilidade, a escalabilidade e a acessibilidade são prioritárias. Em vez de construir e gerenciar um “cluster” próprio, o “cloud computing” permite usar recursos de computação fornecidos por provedores de serviços em nuvem. Isso permite dimensionar os recursos conforme necessário, pagar apenas pelo uso e ter acesso a uma ampla variedade de serviços adicionais oferecidos pela nuvem.
9 – Em qual(ais) categoria(s) de processamento se encaixam os servidores de pesquisa do “Google” e os servidores de processamento de imagens da “NASA.”, fortemente acoplado, fracamente acoplado? Justifique a sua resposta.
Os servidores de pesquisa do Google e os servidores de processamento de imagens da NASA podem ser categorizados como servidores fortemente acoplados.
Servidores de pesquisa do Google: O Google utiliza um enorme conjunto de servidores interconectados para processar consultas de pesquisa e fornecer resultados relevantes em tempo real. Esses servidores estão fortemente acoplados, o que significa que estão intimamente conectados e trabalham juntos para lidar com a carga de trabalho distribuída. O Google usa técnicas avançadas de balanceamento de carga e distribuição de tarefas entre os servidores para obter alta disponibilidade e escalabilidade.
Servidores de processamento de imagens da NASA: Os servidores de processamento de imagens da NASA também podem ser considerados como servidores fortemente acoplados. Eles processam grandes volumes de dados de imagens capturadas por telescópios e sondas espaciais. Esses servidores estão interconectados e trabalham em conjunto para processar e analisar as imagens, aplicando algoritmos complexos e realizando cálculos intensivos para extrair informações científicas.
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1 – Na arquitetura MIMD (Multiple Instruction Multiple Data), cada processador executa instruções independentes em diferentes conjuntos de dados simultaneamente. Essa arquitetura é semelhante à situação das abelhas operárias, onde cada uma está realizando uma tarefa independente das outras. No exemplo mencionado, cada abelha está coletando néctar de rosas em uma localização diferente, representando tarefas individuais executadas de forma paralela e independente. A arquitetura MIMD é adequada para cenários em que múltiplas tarefas são executadas simultaneamente por processadores independentes.
2 – Multiprocessadores compartilham uma memória única e executam tarefas em conjunto, enquanto multicomputadores são compostos por computadores independentes que se comunicam para realizar tarefas distribuídas. Clusters são um exemplo de multicomputadores.
3 – Existem diferentes tipos de arquiteturas em multiprocessadores, incluindo UMA (Uniform Memory Access), COMA (Cache Only Memory Architecture) e NUMA (Non-Uniform Memory Access).
Na arquitetura UMA, cada CPU tem o mesmo tempo de acesso a todos os módulos de memória, ou seja, o acesso à memória é uniforme para todos os processadores.
No caso da arquitetura COMA, não há uniformidade, pois existem módulos de memória próximos a cada CPU. Isso significa que cada CPU tem acesso mais rápido e direto aos módulos de memória localizados em sua proximidade.
A arquitetura NUMA também leva em consideração a localidade de código e dados. Nesse caso, o acesso à memória não é uniforme, pois cada CPU tem acesso mais rápido à memória local e um acesso mais lento a memórias remotas.
Em resumo, a arquitetura UMA oferece um acesso uniforme à memória para todas as CPUs, enquanto COMA e NUMA levam em consideração a proximidade dos módulos de memória com cada CPU, resultando em tempos de acesso diferentes.
4 – • MPP (Massively Parallel Processors): São sistemas multicomputadores compostos por um grande número de processadores, que estão fortemente acoplados através de uma rede de alta velocidade. Esses sistemas são projetados para fornecer alto desempenho e são frequentemente utilizados em aplicações que exigem processamento em paralelo massivo. Os MPPs geralmente têm um custo elevado, pois utilizam processadores especializados e redes de interconexão proprietárias.
• COW (Cluster of Workstations): Também conhecidos como NOW (Network of Workstations), esses sistemas multicomputadores são construídos a partir de computadores comuns, como PCs, conectados por redes de interconexão convencionais, como Ethernet. Os nós do cluster podem ser máquinas independentes que executam tarefas distribuídas, e a comunicação entre os nós é realizada através da rede. Os COWs são geralmente mais acessíveis em termos de custo, pois aproveitam a disponibilidade de hardware comum e infraestrutura de rede.
5 – Na arquitetura UMA (Uniform Memory Access), o acesso à memória não ocorre simultaneamente para todas as CPUs. Em vez disso, o acesso é realizado de forma sequencial, onde cada CPU tem sua vez de acessar a memória central. Embora o tempo de acesso possa ser igual para todas as CPUs, elas não acessam a memória ao mesmo tempo.
6 – Além disso, a quantidade de threads associadas aos núcleos de processamento desempenha um papel crucial no desempenho final. Como ilustrado anteriormente, ao dividir uma tarefa em um grande número de threads, o processamento se torna mais rápido. A capacidade de executar vários threads simultaneamente em núcleos de processamento é essencial para aproveitar o paralelismo e acelerar o cálculo.
7 – Atualmente, o processador com a maior quantidade de núcleos é o AMD EPYC 9654, que oferece 96 núcleos físicos.
8 – Clusters são recomendados para empresas que possuem escritórios físicos e exigem um sistema multicomputador eficiente. Essas empresas podem se beneficiar do poder de processamento e da capacidade de distribuir tarefas entre várias máquinas para melhorar o desempenho e a disponibilidade do sistema.
Por outro lado, se a maior parte das operações da empresa ocorrer virtualmente, o processamento em cloud computing é mais indicado. Nesse caso, a empresa pode aproveitar os recursos de computação em nuvem, que oferecem elasticidade, escalabilidade e facilidade de gerenciamento. A infraestrutura em nuvem permite ajustar os recursos de acordo com a demanda e oferece uma abordagem mais flexível e econômica, eliminando a necessidade de investir em hardware próprio.
9 – Os sistemas de servidores de pesquisa do Google e os servidores de processamento de imagens da NASA são exemplos de sistemas fortemente acoplados. Isso se deve ao fato de que a conexão entre os diversos elementos de processamento nesses sistemas é estabelecida principalmente por meio de memória compartilhada e barramentos compartilhados. Essa arquitetura permite uma comunicação direta e rápida entre os componentes, possibilitando um alto desempenho e uma maior integração no processamento de dados e imagens.
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1 – Responda Uma bela manhã, a abelha-rainha de certa colmeia convoca todas as suas abelhas operárias e lhes comunica que a tarefa daquele dia é colher néctar de rosas. Então, as operárias saem voando em busca de rosas. Esse é um sistema SIMD ou um sistema MIMD?
O sistema descrito no caso da colmeia de abelhas é um exemplo de sistema SIMD (Single Instruction, Multiple Data) ou “Instrução Única, Múltiplos Dados”. No SIMD, um único comando é executado em paralelo por várias unidades de processamento, utilizando os mesmos dados. No caso das abelhas, a abelha-rainha emite uma instrução comum para todas as abelhas operárias (colher néctar de rosas), e cada abelha executa essa instrução de forma independente, coletando néctar de diferentes flores (dados) simultaneamente.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
Multicomputadores e multiprocessadores são dois tipos de arquiteturas de sistemas computacionais que diferem em sua organização e forma de processamento. Vou explicar cada um deles e fornecer exemplos para melhor compreensão:
1. Multicomputadores: Os multicomputadores são sistemas compostos por várias unidades de processamento independentes, também conhecidas como nós de processamento, que se comunicam através de uma rede de interconexão. Cada nó de processamento possui sua própria memória local e é capaz de executar tarefas de forma autônoma. Os nós podem ser computadores completos ou processadores individuais com sua própria memória, sistema operacional e dispositivos de entrada/saída.
Exemplo: Um exemplo de multicomputador é um cluster de computadores, em que vários computadores individuais são interconectados para formar um único sistema de processamento distribuído. Cada nó no cluster possui seu próprio processador, memória e sistema operacional, e eles podem trabalhar em conjunto para executar tarefas de computação intensiva, como simulações científicas ou renderização de imagens.
2. Multiprocessadores: Os multiprocessadores são sistemas compostos por vários processadores (também chamados de núcleos) que compartilham uma única memória física. Esses processadores estão interconectados através de um barramento ou outra topologia de interconexão, permitindo a comunicação e coordenação entre eles. Diferentes processadores podem executar tarefas simultaneamente e compartilhar recursos, como memória e dispositivos de entrada/saída.
Existem duas categorias principais de multiprocessadores:
• SMP (Symmetric Multiprocessor): Nessa arquitetura, todos os processadores têm acesso igual à memória compartilhada. Isso significa que qualquer processador pode acessar qualquer posição de memória diretamente. É comum ter um sistema operacional que distribui as tarefas entre os processadores.
Exemplo: Um exemplo de multiprocessador SMP é um servidor de banco de dados de alta performance. Ele pode ter vários processadores (núcleos) compartilhando uma memória centralizada para processar várias transações de banco de dados simultaneamente.
• NUMA (Non-Uniform Memory Access): Nessa arquitetura, o sistema é composto por várias CPUs (processadores) e várias memórias locais, e cada processador tem acesso mais rápido à sua própria memória local do que às memórias locais dos outros processadores. No entanto, todos os processadores podem acessar a memória de qualquer nó. Essa arquitetura é especialmente útil quando a carga de trabalho é dividida em várias tarefas independentes que requerem acesso principalmente à memória local.
Exemplo: Um exemplo de multiprocessador NUMA é um servidor de virtualização, onde várias máquinas virtuais são executadas simultaneamente. Cada processador (núcleo) tem acesso rápido à sua própria memória local para lidar com as operações de cada máquina virtual, mas também pode acessar a memória das outras máquinas virtuais quando necessário.
Em resumo, multicomputadores são sistemas compostos por nós de processamento independentes interconectados, enquanto multiprocessadores são sistemas com vários processadores compartilhando uma única memória física.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
Em um multiprocessador que utiliza um barramento compartilhado, se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante, pode ocorrer uma situação conhecida como conflito de acesso ou contentor.
Quando vários processadores tentam acessar a memória global ao mesmo tempo, há uma competição pelo acesso ao barramento. O barramento compartilhado tem uma capacidade limitada e pode transmitir apenas um dado por vez. Portanto, se três processadores tentarem enviar suas solicitações de acesso simultaneamente, apenas um deles poderá ser atendido de cada vez.
Normalmente, um protocolo de controle de acesso ao barramento, como o protocolo de arbitragem, é usado para resolver esses conflitos. Esse protocolo define regras para determinar qual processador tem prioridade para acessar o barramento em caso de conflito.
Existem diferentes métodos de arbitragem, como o uso de sinais de prioridade, algoritmos de rodízio ou algoritmos baseados em filas de espera. Esses métodos garantem que apenas um processador por vez possa acessar o barramento, enquanto os outros processadores esperam sua vez.
Portanto, no cenário em que três processadores tentam acessar a memória global exatamente no mesmo instante em um multiprocessador com barramento compartilhado, apenas um dos processadores será capaz de acessar a memória em um determinado momento, enquanto os outros dois processadores terão que aguardar até que o barramento esteja livre para uso. A ordem de acesso pode ser determinada pelo protocolo de arbitragem utilizado no sistema.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
Em geral, sim, uma maior quantidade de núcleos em um processador tende a resultar em um melhor desempenho de processamento. A razão para isso é que os núcleos de um processador são responsáveis por executar as tarefas e instruções necessárias para realizar as operações do computador. Com mais núcleos, o processador pode executar várias tarefas simultaneamente, dividindo o trabalho entre os núcleos disponíveis.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
AMD EPYC 9004 têm até 96 núcleos e quebra mais de 300 recordes
8 – Em quais situações vale a pena utilizar um “cluster” para o processamento e em quais situações vale a pena optar por um processamento “cloud computing.”
A utilização de um “cluster” ou de computação em nuvem (“cloud computing”) depende das necessidades e requisitos específicos de processamento de cada situação. Aqui estão algumas situações em que cada opção pode ser mais adequada:
Cluster:
1. Processamento intensivo: Se você possui uma tarefa que requer um processamento intensivo e pode ser dividida em várias partes independentes, um cluster pode ser uma escolha eficiente. Cada nó do cluster pode lidar com uma parte da tarefa, permitindo uma execução mais rápida do que um único processador.
2. Cargas de trabalho de alto desempenho: Aplicações científicas, simulações complexas, renderização de vídeo, análise de big data e outras tarefas que exigem alto desempenho podem se beneficiar de clusters. Eles permitem a distribuição de carga entre vários nós de processamento, acelerando a conclusão das tarefas.
Cloud Computing:
1. Escalabilidade e elasticidade: Se você precisa de flexibilidade para aumentar ou diminuir recursos de processamento de acordo com a demanda, o cloud computing é uma boa escolha. Você pode provisionar rapidamente mais recursos sob demanda, o que é especialmente útil para lidar com picos de carga temporários.
2. Redução de custos: A computação em nuvem pode ser vantajosa quando você não quer investir em infraestrutura física. Em vez disso, você paga apenas pelos recursos que usa, evitando gastos com manutenção, atualização e expansão de hardware.
3. Acesso remoto e colaboração: Se você precisa acessar recursos de processamento em diferentes locais geográficos ou se deseja permitir a colaboração entre equipes distribuídas, a computação em nuvem oferece a vantagem de acesso remoto fácil e compartilhamento de recursos.
É importante considerar a natureza da carga de trabalho, a escalabilidade necessária, o orçamento disponível e outros requisitos específicos ao decidir entre um cluster e o cloud computing. Em alguns casos, pode até ser vantajoso combinar essas abordagens, usando um cluster local combinado com recursos em nuvem para obter o melhor dos dois mundos.
9 – Em qual(ais) categoria(s) de processamento se encaixam os servidores de pesquisa do “Google” e os servidores de processamento de imagens da “NASA.”, fortemente acoplado, fracamente acoplado? Justifique a sua resposta.
Os servidores de pesquisa do Google e os servidores de processamento de imagens da NASA podem ser classificados em diferentes categorias de processamento, dependendo de sua arquitetura e do grau de acoplamento entre os nós. Vamos analisar cada um deles:
Servidores de pesquisa do Google: Os servidores de pesquisa do Google se enquadram na categoria de processamento fracamente acoplado, conhecida como “computação distribuída”. Nesse tipo de arquitetura, vários nós de processamento trabalham de forma independente para processar solicitações de pesquisa. Cada nó pode ser responsável por uma parte do índice do mecanismo de busca ou por diferentes tarefas de processamento. Os resultados são agregados e apresentados aos usuários. Essa abordagem permite uma escalabilidade horizontal, com adição ou remoção fácil de nós conforme a demanda.
Servidores de processamento de imagens da NASA: Os servidores de processamento de imagens da NASA podem se enquadrar tanto na categoria de processamento fracamente acoplado quanto na categoria de processamento fortemente acoplado, dependendo da forma como são configurados e utilizados.
Se os servidores de processamento de imagens da NASA operam independentemente, cada um processando imagens separadamente, então eles se enquadram na categoria de processamento fracamente acoplado, assim como os servidores de pesquisa do Google. Cada nó pode lidar com uma imagem específica ou uma parte do conjunto de imagens, sem depender dos outros nós.
Por outro lado, se os servidores de processamento de imagens da NASA são projetados para trabalhar em conjunto e cooperar para processar uma única imagem ou um conjunto limitado de imagens, eles podem ser considerados como uma configuração de processamento fortemente acoplado. Nesse caso, a carga de trabalho é compartilhada entre os nós, e a comunicação entre eles é intensa para coordenar o processamento da imagem em nível de tarefa, como dividir a imagem em partes menores para processamento paralelo.
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1 – Responda Uma bela manhã, a abelha-rainha de certa colmeia convoca todas as suas abelhas operárias e lhes comunica que a tarefa daquele dia é colher néctar de rosas. Então, as operárias saem voando em busca de rosas. Esse é um sistema SIMD ou um sistema MIMD?
R:MIMD, pois cada abelha operária está realizando uma tarefa independente das outras,fazendo a coleta em locais diferentes.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
R:Multicomputadores é um conjunto de computadores em uma rede tendo memória distribuída(cada com com acesso a sua própria memoria),já os multiprocessadores são um conjunto de processadores em uma mesma maquina usando memória compartilhada.
Multicomputadores são vários computadores em uma rede tendo memória distribuída
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
R:A parte em destaque se refere as possibilidades da implementação de memória compartilhada nos multiprocessadores,sendo elas.
NUMA (Non-uniform Memory Access),Onde todos os processadores têm acesso a toda memória.
CC-NUMA (Cache Coherent Non-Uniform Memory Access), Solução de compromisso entre as arquiteturas NUMA e COMA. Cada nó processador possui uma cache local para reduzir o tráfego na rede de interconexão.
COMA (Cache-Only Memory Access), Assemelham-se a uma arquitetura NUMA, onde cada nó de processamento possui uma parte da memória global.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
R: Os MPPs são compostos por um grande número de processadores independentes, geralmente centenas ou milhares, que trabalham em conjunto para processar grandes quantidades de dados. Os processadores em um MPP são tipicamente organizados em nós de processamento, que são conectados por meio de uma rede de interconexão de alta velocidade.
Os COWs são compostos por um conjunto de estações de trabalho independentes, que são conectadas por meio de uma rede de interconexão de alta velocidade. Cada estação de trabalho é geralmente um computador pessoal ou estação de trabalho de alta performance.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
R:ao tentar acessar a memória simultaneamente ,os processadores entrarão em conflito ,podendo gerar atrasos e ate erros .
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
R:nem sempre uma quantidade maior de núcleos resultará em um melhor processamento,havendo a necessidade de avaliar algumas variáveis como o tipo de aplicação ,a quantidade de tarefas a serem simultaneamente realizadas ,etc.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
Desenvolvido com a arquitetura de núcleo Zen 4 (mesma da série AMD Ryzen 7000), a nova geração AMD EPYC 9004 apresenta modelos com até 96 núcleos em um único processador.
8 – Em quais situações vale a pena utilizar um “cluster” para o processamento e em quais situações vale a pena optar por um processamento “cloud computing.”
R:Cluster:em situações na qual uma alta capacidade de armazenamento é necessária .
Cloud computing:quando é necessário um processamento menos pesado,escalável e sobre demanda.
9 – Em qual(ais) categoria(s) de processamento se encaixam os servidores de pesquisa do “Google” e os servidores de processamento de imagens da “NASA.”, fortemente acoplado, fracamente acoplado? Justifique a sua resposta.
R: Os dois tipos de servidores são de processamento fortemente acoplado devido à interdependência significativa entre eles para executar tarefas complexas e lidar com cargas de trabalho intensivas.
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1 – Responda Uma bela manhã, a abelha-rainha de certa colmeia convoca todas as suas abelhas operárias e lhes comunica que a tarefa daquele dia é colher néctar de rosas. Então, as operárias saem voando em busca de rosas. Esse é um sistema SIMD ou um sistema MIMD?
R: É um sistema SIMD, pois a instrução dada pelo processador central é executada paralelamente entre todo o sistema. Ou seja, a execução simultânea de uma única instrução entre todos os processadores.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
R: Os multicomputadores são compostos por vários computadores independentes que trabalham juntos em uma tarefa, enquanto os multiprocessadores são compostos por vários processadores dentro de uma única máquina que trabalham juntos em uma tarefa.
em multicomputadores, cada nó tem sua própria memória, enquanto em multiprocessadores, todos os processadores compartilham a mesma memória física. Isso pode afetar o desempenho e a eficiência do sistema dependendo do tipo de tarefa que está sendo executada.
Em multicomputadores, temos como exemplo os clusters e os grids de computadores, os quais permitem processar grandes quantidades de dados e executar tarefas complexas que exigem muitos recursos computacionais, como simulações climáticas, análises de genomas, simulações físicas, entre outros…
Em multiprocessadores temos os processadores multi-core e os supercomputadores. Os processadores multi-core são muito utilizados em computadores pessoais para executar tarefas que exigem muito cálculo, como renderização de imagens e jogos. Por outro lado, os supercomputadores são utilizados para lidar com cálculos complexos de larga escala, como análise de dados, pesquisa científica, entre outros…
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
R: UMA: nesta arquitetura, todos os processadores têm acesso igualitário à memória compartilhada, mas pode haver gargalos de desempenho quando muitos processadores tentam acessar a memória simultaneamente.
COMA: nesta arquitetura, a memória é dividida em módulos, cada um com seu próprio controlador de memória, e cada processador pode acessar a memória diretamente, sem precisar passar pelo barramento de memória compartilhada.
NUMA: nesta arquitetura, a memória é dividida em vários módulos, e cada módulo está conectado a um subconjunto específico de processadores, o que permite um acesso mais rápido à memória local.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
R: Os multicomputadores MPP são formados por muitos processadores trabalhando juntos para executar uma única tarefa. Eles são usados para tarefas que exigem muito processamento, como análises de dados e simulações.
Os clusters de workstations COW são formados por um grupo de computadores convencionais conectados em rede. Cada computador funciona como um nó do cluster e eles são usados para tarefas que exigem muita capacidade de armazenamento ou que podem ser divididas em tarefas menores que são executadas paralelamente, como renderização de imagens e análises de dados.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
R: O barramento compartilhado permite que vários processadores acessem a memória global, mas cada acesso precisa ser coordenado para evitar conflitos e garantir a consistência dos dados. Se três processadores tentarem acessar a memória global ao mesmo tempo, pode ocorrer uma situação de contention, onde todos os processadores estão esperando pelo acesso à memória, e nenhum deles é capaz de progredir.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
R: Não. o número de núcleos pode ser importante em tarefas que envolvem processamento intensivo, como edição de vídeo, renderização 3D ou jogos, onde a capacidade de processamento paralelo é necessária. No entanto, em outras tarefas, como navegação na web, processamento de texto ou planilhas, a velocidade do clock do processador e a quantidade de memória podem ser mais importantes.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
R: AMD EPYC 9004, contendo até 96 núcleos
8 – Em quais situações vale a pena utilizar um “cluster” para o processamento e em quais situações vale a pena optar por um processamento “cloud computing.”
R: Um cluster é indicado para tarefas que exigem alto desempenho e processamento em tempo real, enquanto o Cloud Computing é mais adequado para situações que exigem flexibilidade e escalabilidade, além de recursos sob demanda.
Um exemplo de uso do cluster seriam grandes projetos de pesquisa científica que requerem muita computação, como modelagem climática, simulações físicas e químicas ou cálculos matemáticos complexos.
Por outro lado, alguns exemplos de uso para o Cloud Computing seriam aplicações web e mobile, que precisam se adaptar rapidamente a variações no número de usuários e tráfego de dados. Ou então, testes de softwares e aplicações que requerem recursos específicos por períodos limitados de tempo.
9 – Em qual(ais) categoria(s) de processamento se encaixam os servidores de pesquisa do “Google” e os servidores de processamento de imagens da “NASA.”, fortemente acoplado, fracamente acoplado? Justifique a sua resposta.
R: Os servidores de pesquisa do Google são um exemplo de um sistema de processamento fortemente acoplado, pois a infraestrutura necessária para executar a pesquisa do Google requer uma interdependência significativa entre os componentes. Por exemplo, para realizar a indexação e a busca de bilhões de páginas da web, os servidores do Google precisam compartilhar grandes quantidades de memória, armazenamento e recursos de rede para processar e armazenar dados em tempo hábil.
Os servidores de processamento de imagens da NASA podem ser considerados um exemplo de sistema de processamento fracamente acoplado. Isso porque o processamento de imagens pode ser executado de forma independente em diferentes componentes do sistema, sem a necessidade de comunicação intensiva ou compartilhamento de recursos.
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1-SIMD, é um sistema onde todas executam a mesma tarefa que é dada pela abelha rainha.
2-Multicomputadores: Nesse tipo de sistema, cada processador possui sua própria memória local e opera de forma independente. Os processadores se comunicam por meio de mensagens, geralmente através de uma rede. Cada processador tem sua própria visão da memória e pode acessar apenas sua própria memória local.
Multiprocessadores: Em um multiprocessador, vários processadores compartilham uma única memória global. Todos os processadores têm acesso direto à mesma memória física e podem compartilhar dados e trocar informações de forma mais eficiente do que em um multicomputador.
3-Existem diferentes tipos de arquiteturas em multiprocessadores, incluindo UMA ,COMA e NUMA.
4-MPP (Massively Parallel Processors): São sistemas multicomputadores compostos por um grande número de processadores, que estão fortemente acoplados através de uma rede de alta velocidade. Esses sistemas são projetados para fornecer alto desempenho e são frequentemente utilizados em aplicações que exigem processamento em paralelo massivo. Os MPPs geralmente têm um custo elevado, pois utilizam processadores especializados e redes de interconexão proprietárias.
COW (Cluster of Workstations): Também conhecidos como NOW (Network of Workstations), esses sistemas multicomputadores são construídos a partir de computadores comuns, como PCs, conectados por redes de interconexão convencionais, como Ethernet. Os nós do cluster podem ser máquinas independentes que executam tarefas distribuídas, e a comunicação entre os nós é realizada através da rede. Os COWs são geralmente mais acessíveis em termos de custo, pois aproveitam a disponibilidade de hardware comum e infraestrutura de rede.
5-Se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante em um sistema com barramento compartilhado, ocorrerá uma condição de disputa chamada “conflito de acesso” (bus contention). O barramento terá que arbitrar o acesso dos processadores à memória e apenas um processador será capaz de acessá-la por vez. Os outros dois processadores terão que esperar até que o barramento esteja disponível para acesso.
6-Depende, se a diferença é de 1 pra 2 você provavelmente percebera uma diferença, porém de 4 pra 8 a não ser que esteja sendo executado algo muito pesado não tem quase nenhuma diferença.
7-AMD EPYC 9004.
8-Cluster caso você esteja buscando alto desempenho e Cloud computing se você querer flexibilidade porque pode usar recursos da nuvem.
9-Os servidores de pesquisa do Google e os servidores de processamento de imagens da NASA podem ser categorizados como servidores fortemente acoplados. Servidores de pesquisa do Google: O Google utiliza um enorme conjunto de servidores interconectados para processar consultas de pesquisa e fornecer resultados relevantes em tempo real. Esses servidores estão fortemente acoplados, o que significa que estão intimamente conectados e trabalham juntos para lidar com a carga de trabalho distribuída. O Google usa técnicas avançadas de balanceamento de carga e distribuição de tarefas entre os servidores para obter alta disponibilidade e escalabilidade. Servidores de processamento de imagens da NASA: Os servidores de processamento de imagens da NASA também podem ser considerados como servidores fortemente acoplados. Eles processam grandes volumes de dados de imagens capturadas por telescópios e sondas espaciais. Esses servidores estão interconectados e trabalham em conjunto para processar e analisar as imagens, aplicando algoritmos complexos e realizando cálculos intensivos para extrair informações científicas.
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1 – R: O sistema descrito é um exemplo de sistema MIMD, pois cada abelha operária realiza a tarefa de colher néctar de rosas de forma independente, executando instruções diferentes (voar, buscar néctar, retornar à colmeia) em seus próprios processos individuais.
2 – R: Multicomputadores e multiprocessadores são duas abordagens diferentes para a construção de sistemas de processamento paralelo:
Multicomputadores: São sistemas compostos por vários computadores independentes, conectados entre si por uma rede de comunicação. Cada computador tem sua própria memória e processador, e eles se comunicam trocando mensagens através da rede. Cada computador pode executar tarefas diferentes simultaneamente. Um exemplo de multicomputador é um cluster de servidores em uma rede, em que cada servidor possui seu próprio processador e memória.
Multiprocessadores: São sistemas que possuem vários processadores em uma única máquina, compartilhando uma memória comum. Esses processadores podem ser organizados em diferentes arquiteturas, como SMP (Symmetric Multiprocessing) ou NUMA (Non-Uniform Memory Access). No SMP, todos os processadores têm acesso igual à memória, enquanto no NUMA a memória é dividida em bancos e cada processador tem acesso mais rápido a um determinado banco. Um exemplo de multiprocessador é um servidor com vários processadores em um único gabinete, todos compartilhando a mesma memória RAM.
3 – R: Primeiramente os Multiprocessadores UMA, nesse, basicamente, cada CPU tem o mesmo tempo de acesso a todos os módulos de memória. Já no COMA não há uniformidade, existem alguns módulos de memória perto de cada CPU, funcionando também assim no NUMA, onde o local do código e os dados são importantes.
4 – R: MPP são multicomputadores compostos por um grande número de processadores, fortemente acoplados através de uma rede de alta velocidade. Geralmente são arquiteturas de custo elevado pois utilizam processadores específicos e redes de interconexão proprietárias.
Já a COW são os clusters(conjunto de computadores, para desenvolvimento de processamento paralelo), essas máquinas são construídas a partir de computadores comuns (PCs) ligados por redes de interconexão tradicionais.
5 – R: Caso os 3 processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante, causará erro.
6 – R: Não, apesar de quanto mais núcleos em um processador melhor, não necessariamente o seu processamento vai ser melhor, se compararmos um processador com apenas um núcleo rápido com outro com vários núcleos lerdos, é possível que o com apenas um núcleo ainda seja mais rápido para executar um processo.
7 – R: É o CPU Kilo-Core que possui um total de 1000 núcleos(core).
8 – R: Vale a pena utilizar um “Cluster” quando os conteúdos são críticos ou os serviços precisam de disponibilidade e processamento imediatos, como, por exemplo, provedores de internet ou sites e-commerce, que demandam alta disponibilidade e balanceamento de carga de forma escalável. Já o “cloud computing” é mais indicado quando as empresas precisam de maior flexibilidade em relação a dados e informações, que podem ser acessados a qualquer hora em qualquer lugar( até de forma online).
9 – R: Os servidores de pequisa do “Google” e dos servidores de processamento de imagens da “NASA”, são fortemente acoplados, pois eles precisam do menor tempo de comunicação possível, por isso os processos são feitos através de memórias e barramentos compartilhados.
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1- SIMD, pois todos fazem a mesma tarefa juntos, trabalhando juntos.
2- Multiprocessadores tem um sistema de memória compartilhada, multicomputadores possuem memória independentes.
3- Existem dois tipos de sistemas multiprocessados:
Multiprocessamento simétrico (SMP): Nesse tipo de sistema, os processadores compartilham a mesma memória, embora possam ter caches separadas. O sistema operacional precisa lidar com a coerência de caches e evitar condições de corrida na memória principal.
Acesso não uniforme à memória (NUMA): Cada processador é associado a um banco de memória. Nesse caso, o sistema operacional trata cada banco de forma separada, pois cada um possui um custo de acesso diferente, dependendo do processador ao qual está associado e do local onde o processo que tenta acessar a memória está sendo executado.
4- Existem dois tipos de sistemas multicomputadores:
MPP (Massively Parallel Processors): São sistemas multicomputadores compostos por muitos processadores que estão fortemente acoplados através de uma rede de alta velocidade. Essas arquiteturas geralmente têm um custo elevado, pois utilizam processadores específicos e redes de interconexão proprietárias.
COW (Cluster of Workstations): Também conhecidos como NOW (Network of Workstations), esses sistemas são construídos a partir de computadores comuns (PCs) conectados por redes de interconexão tradicionais.
5- O acesso deve ser de maneira sequencial.
6- Não necessariamente, depende da quantidade de threads associadas aos núcleos.
7- Xeon Gold 5220.
8- O cloud computing deve ser usado para serviços que exigem uma conexão a longa distância, já a cluster é utilizada para um sistema local.
9- Fortemente acoplado pois são varias maquinas interligadas fisicamente.
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1 – Responda Uma bela manhã, a abelha-rainha de certa colmeia convoca todas as suas abelhas operárias e lhes comunica que a tarefa daquele dia é colher néctar de rosas. Então, as operárias saem voando em busca de rosas. Esse é um sistema SIMD ou um sistema MIMD?
R:MIMD, pois cada abelha operária está realizando uma tarefa independente das outras,fazendo a coleta em locais diferentes.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
R:Multicomputadores é um conjunto de computadores em uma rede tendo memória distribuída(cada com com acesso a sua própria memoria),já os multiprocessadores são um conjunto de processadores em uma mesma maquina usando memória compartilhada.
Multicomputadores são vários computadores em uma rede tendo memória distribuída
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
R:A parte em destaque se refere as possibilidades da implementação de memória compartilhada nos multiprocessadores,sendo elas.
NUMA (Non-uniform Memory Access),Onde todos os processadores têm acesso a toda memória.
CC-NUMA (Cache Coherent Non-Uniform Memory Access), Solução de compromisso entre as arquiteturas NUMA e COMA. Cada nó processador possui uma cache local para reduzir o tráfego na rede de interconexão.
COMA (Cache-Only Memory Access), Assemelham-se a uma arquitetura NUMA, onde cada nó de processamento possui uma parte da memória global.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
R: Os MPPs são compostos por um grande número de processadores independentes, geralmente centenas ou milhares, que trabalham em conjunto para processar grandes quantidades de dados. Os processadores em um MPP são tipicamente organizados em nós de processamento, que são conectados por meio de uma rede de interconexão de alta velocidade.
Os COWs são compostos por um conjunto de estações de trabalho independentes, que são conectadas por meio de uma rede de interconexão de alta velocidade. Cada estação de trabalho é geralmente um computador pessoal ou estação de trabalho de alta performance.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
R:ao tentar acessar a memória simultaneamente ,os processadores entrarão em conflito ,podendo gerar atrasos e ate erros .
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
R:nem sempre uma quantidade maior de núcleos resultará em um melhor processamento,havendo a necessidade de avaliar algumas variáveis como o tipo de aplicação ,a quantidade de tarefas a serem simultaneamente realizadas ,etc.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
Desenvolvido com a arquitetura de núcleo Zen 4 (mesma da série AMD Ryzen 7000), a nova geração AMD EPYC 9004 apresenta modelos com até 96 núcleos em um único processador.
8 – Em quais situações vale a pena utilizar um “cluster” para o processamento e em quais situações vale a pena optar por um processamento “cloud computing.”
R:Cluster:em situações na qual uma alta capacidade de armazenamento é necessária .
Cloud computing:quando é necessário um processamento menos pesado,escalável e sobre demanda.
9 – Em qual(ais) categoria(s) de processamento se encaixam os servidores de pesquisa do “Google” e os servidores de processamento de imagens da “NASA.”, fortemente acoplado, fracamente acoplado? Justifique a sua resposta.
R: Os dois tipos de servidores são de processamento fortemente acoplado devido à interdependência significativa entre eles para executar tarefas complexas e lidar com cargas de trabalho intensivas.
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1 – Responda Uma bela manhã, a abelha-rainha de certa colmeia convoca todas as suas abelhas operárias e lhes comunica que a tarefa daquele dia é colher néctar de rosas. Então, as operárias saem voando em busca de rosas. Esse é um sistema SIMD ou um sistema MIMD?
MIMD, pois cada abelha operária está realizando uma tarefa independente das outras, ou seja, cada uma está coletando néctar de rosas em uma localização diferente.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
Multicomputadores possuem memórias independentes, já um sistema com multiprocessadores, trabalha com memórias compartilhadas.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
UMA: todos os processadores têm acesso igualmente rápido a uma memória física compartilhada.
COMA: cada processador tem sua própria memória cache e pode acessar a memória de outros processadores através de um sistema de interconexão.
NUMA: cada processador tem sua própria memória local, mas pode acessar a memória de outros processadores através de uma rede de interconexão.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
MPP são multicomputadores compostos por um grande número de processadores, fortemente acoplados através de uma rede de alta velocidade. Geralmente são arquiteturas de custo elevado pois utilizam processadores específicos e redes de interconexão proprietárias.
Já a COW são os clusters(conjunto de computadores, para desenvolvimento de processamento paralelo), essas máquinas são construídas a partir de computadores comuns (PCs) ligados por redes de interconexão tradicionais.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
Caso três processadores tentarem acessar a memória global no mesmo instante, ocorrerá um conflito, aumentando o tempo de processamento de um respectivo serviço, e até mesmo causar falhar no processamento.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
Não, apesar de quanto mais núcleos em um processador melhor, não necessariamente o seu processamento vai ser melhor, se compararmos um processador com apenas um núcleo rápido com outro com vários núcleos lerdos, é possível que o com apenas um núcleo ainda seja mais rápido para executar um processo.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
Atualmente, o processador com a maior quantidade de núcleos é o AMD EPYC 7763, que possui 64 núcleos.
8 – Em quais situações vale a pena utilizar um “cluster” para o processamento e em quais situações vale a pena optar por um processamento “cloud computing.”
Clusters são recomendados para empresas que possuem escritórios físicos e exigem um sistema multicomputador eficiente. Essas empresas podem se beneficiar do poder de processamento e da capacidade de distribuir tarefas entre várias máquinas para melhorar o desempenho e a disponibilidade do sistema.
Por outro lado, se a maior parte das operações da empresa ocorrer virtualmente, o processamento em cloud computing é mais indicado. Nesse caso, a empresa pode aproveitar os recursos de computação em nuvem, que oferecem elasticidade, escalabilidade e facilidade de gerenciamento. A infraestrutura em nuvem permite ajustar os recursos de acordo com a demanda e oferece uma abordagem mais flexível e econômica, eliminando a necessidade de investir em hardware próprio.
9 – Em qual(ais) categoria(s) de processamento se encaixam os servidores de pesquisa do “Google” e os servidores de processamento de imagens da “NASA.”, fortemente acoplado, fracamente acoplado? Justifique a sua resposta.
O supercomputador da Google e NASA é um clusters,logo o sistema é facilmente
acoplado pois existe a necessidade de comunicação entre os computadores que
compõem o cluster.
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1) É um sistema SIMD pois as abelhas possuem apenas uma instrução: “Coletar néctar de rosas”, e cada abelha retornará com um néctar de rosa, equivalente a um dado por abelha.
2) Multicomputadores e Multiprocessadores são sistemas de computação paralela. A principal diferença é que os Multiprocessadores são compostos por múltiplos processadores dentro de um único computador, enquanto os Multicomputadores são compostos por múltiplos computadores interconectados. O sistema de memória de um Multiprocessador é compartilhado, o que significa que todos os processadores têm acesso à mesma memória principal. Já em um Multicomputador, cada nó tem sua própria memória local, que só pode ser acessada por esse nó.
3) UMA (Uniform Memory Access) é uma arquitetura em que todos os processadores têm acesso uniforme à memória física compartilhada.
Já a arquitetura COMA (Cache-Only Memory Access) é baseada no conceito de que cada processador possui uma memória cache local que armazena um subconjunto dos dados na memória física.
Por fim, a arquitetura NUMA (Non-Uniform Memory Access) é uma evolução do UMA, em que cada processador tem acesso a uma parte da memória física localmente .
4) MPP são multicomputadores compostos por um grande número de processadores, fortemente acoplados através de uma rede de alta velocidade. Geralmente são arquiteturas de custo elevado pois utilizam processadores específicos e redes de interconexão proprietárias.
Já a COW são os clusters(conjunto de computadores, para desenvolvimento de processamento paralelo), essas máquinas são construídas a partir de computadores comuns (PCs) ligados por redes de interconexão tradicionais.
5) Acesso não pode ser ao mesmo instante, ele deve vir de maneira sequêncial.
6) Depende do uso do processador e se o resto do sistema é capaz de suportar o processamento realizado, idealmente mais núcleos são bem úteis, mas desnecessários e ineficientes para funções que não requerem tanto poder de processamento
7) O processador com maior quantidade de núcleos atualmente é o AMD EPYC 9004, que conta com até 96 núcleos.
8) Um cluster é mais adequado para tarefas que exigem um alto desempenho e uma grande capacidade de processamento, enquanto a cloud computing é mais adequada para aplicações em que a escalabilidade e a flexibilidade são mais importantes do que o desempenho máximo. A escolha entre as duas abordagens depende das necessidades específicas de cada projeto ou aplicação.
9) Os servidores de pesquisa do Google e os servidores de processamento de imagens da NASA se enquadram na categoria de processamento fortemente acoplado. Isso se deve ao fato de que esses sistemas dependem de uma coordenação eficiente entre vários servidores, que trabalham juntos para realizar tarefas complexas e intensivas em recursos. No caso do Google, os servidores de pesquisa precisam processar e fornecer resultados de busca em tempo real, enquanto os servidores da NASA processam grandes volumes de dados e imagens para análise científica. Em ambos os casos, o alto grau de acoplamento entre os servidores é necessário para garantir um processamento eficiente e preciso.
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1 – No cenário descrito, em que várias abelhas operárias estão trabalhando em prol da mesma tarefa de colher néctar de rosas, podemos considerar que se trata de um sistema SIMD (Single Instruction, Multiple Data). Nesse tipo de sistema, múltiplas unidades de processamento executam a mesma instrução simultaneamente, mas operam em diferentes conjuntos de dados. Cada abelha está realizando a mesma tarefa (colher néctar), mas em diferentes rosas.
2 – Os multicomputadores são sistemas compostos por várias unidades de processamento independentes, cada uma com sua própria memória. Cada processador em um multicomputador é responsável por sua própria memória e não compartilha recursos de memória com outros processadores. Por outro lado, os multiprocessadores são sistemas com vários processadores que compartilham uma única memória principal. Esses processadores podem acessar e compartilhar dados na memória global de forma mais direta.
Exemplo de multicomputador: Um cluster de computadores interconectados, onde cada computador possui sua própria memória e pode executar tarefas independentes.
Exemplo de multiprocessador: Um sistema com vários processadores em um único chip, compartilhando uma memória principal.
3 – As classificações de multiprocessadores apresentadas na imagem são:
Multiprocessamento simétrico (SMP): Nesse tipo de multiprocessamento, os processadores compartilham a mesma memória principal. Cada processador possui acesso igual à memória, e o sistema operacional precisa lidar com a coerência de caches e a sincronização adequada para evitar condições de corrida.
Acesso não uniforme à memória (NUMA): Nesse tipo de multiprocessamento, cada processador possui seu próprio banco de memória associado. O sistema operacional trata cada banco de memória separadamente, pois o acesso à memória pode ter diferentes custos, dependendo do processador e da localização do dado na memória.
4 – As classificações de multicomputadores apresentadas na imagem são:
MPP (Massively Parallel Processors): Esses multicomputadores consistem em um grande número de processadores, geralmente de centenas a milhares, que estão fortemente acoplados por uma rede de alta velocidade. Os processadores são projetados especificamente para fins de paralelismo e geralmente usam uma arquitetura proprietária e redes de interconexão dedicadas.
COW (Cluster of Workstations): Também conhecidos como NOW (Network of Workstations), esses multicomputadores são formados por computadores comuns (como PCs) interconectados por meio de redes de comunicação tradicionais, como Ethernet. Cada estação de trabalho no cluster mantém sua própria memória e sistema operacional, e os recursos são compartilhados por meio de comunicação de rede.
5 – Em um multiprocessador com barramento compartilhado, se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante, ocorrerá uma condição de contenção no barramento. O barramento terá que arbitrar entre os acessos simultâneos, o que pode resultar em atrasos ou bloqueios para os processadores. Geralmente, mecanismos de controle de acesso são implementados para gerenciar os conflitos de acesso e garantir a coerência e consistência dos dados na memória.
6 – A quantidade de núcleos em um processador não é o único fator determinante para o desempenho do processamento. Embora mais núcleos possam fornecer maior capacidade de processamento paralelo, o desempenho real depende de vários fatores, como a eficiência da arquitetura do processador, a otimização do software e a natureza das tarefas sendo executadas. Em certos casos, como aplicações altamente paralelas, um maior número de núcleos pode resultar em melhor desempenho. No entanto, em outras situações, onde as tarefas são mais sequenciais ou dependem de um único núcleo para executar, ter mais núcleos pode não trazer benefícios significativos e pode haver gargalos de comunicação e coordenação entre os núcleos.
7 – Atualmente, o processador com maior quantidade de núcleos é o AMD Ryzen Threadripper 3990X, com 64 núcleos e 128 threads.
8 – Utilizar um cluster para processamento é vantajoso quando se tem um conjunto de computadores interconectados que podem trabalhar em paralelo para resolver um problema complexo. Clusters são úteis para aplicações que podem ser divididas em tarefas independentes e executadas simultaneamente em diferentes nós do cluster. Por outro lado, a computação em nuvem (cloud computing) é vantajosa quando há a necessidade de escalabilidade, flexibilidade e disponibilidade de recursos computacionais. Através da computação em nuvem, é possível provisionar e utilizar recursos sob demanda, sem a necessidade de gerenciar a infraestrutura física subjacente.
9 – Os servidores de pesquisa do Google e os servidores de processamento de imagens da NASA se enquadram na categoria de processamento fortemente acoplado. Tanto o Google quanto a NASA utilizam clusters de computadores interconectados para realizar suas tarefas. No caso do Google, o processamento distribuído é usado para indexar e pesquisar uma grande quantidade de informações em seu mecanismo de busca. Na NASA, os servidores de processamento de imagens lidam com grandes volumes de dados e tarefas intensivas de processamento, como análise de imagens de satélites ou simulações computacionais, onde a capacidade de processamento paralelo é essencial
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1- O sistema descrito parece ser um sistema MIMD (Multiple Instruction Multiple Data), onde cada abelha operária é capaz de realizar instruções independentes e coletar néctar de diferentes rosas simultaneamente. Nesse caso, cada abelha é uma unidade de processamento independente e pode executar tarefas diferentes em paralelo. Cada abelha segue suas próprias instruções e coleta néctar de uma rosa específica, sem depender do trabalho das outras abelhas. Portanto, esse sistema seria classificado como MIMD.
2-
• Multiprocessadores: Sistema com vários processadores conectados a uma única memória compartilhada. Os processadores executam tarefas independentes, mas compartilham a mesma memória, permitindo uma comunicação eficiente.
• Multicomputadores: Sistema com vários computadores independentes conectados por uma rede. Cada computador possui sua própria memória local e processador, e a comunicação ocorre por meio de mensagens pela rede.
Sistemas de Memória:
• Multiprocessadores: Memória compartilhada, acessada por todos os processadores. Facilita a comunicação, mas pode levar a problemas de contenção e sincronização.
• Multicomputadores: Cada nó possui memória local. A comunicação entre os nós ocorre por meio de mensagens na rede. Cada nó possui sua própria memória dedicada, o que oferece escalabilidade, mas a comunicação pode ser mais lenta devido à latência da rede.
3- Existem três classificações de multiprocessadores: NUMA, UMA e COMA. Essas classificações referem-se às diferentes formas de gerenciar o acesso à memória compartilhada em sistemas multiprocessados.
NUMA (Non-Uniform Memory Access): Nesse tipo de sistema, a memória é distribuída de forma desigual entre os processadores, resultando em diferentes tempos de acesso à memória. Cada processador possui sua própria memória cache e precisa buscar dados em outros processadores quando necessário.
UMA (Uniform Memory Access): Nesse tipo de sistema, todos os processadores têm acesso igual à memória compartilhada. Não há diferenças de latência no acesso à memória, pois todos os processadores acessam a mesma memória principal por meio de um barramento de sistema compartilhado.
COMA (Cache-Only Memory Architecture): Nesse tipo de sistema, cada processador possui sua própria memória cache, e a memória principal é organizada em módulos chamados de “bancos de memória”. Os dados são automaticamente movidos entre os bancos de memória e as memórias caches dos processadores, garantindo que os dados frequentemente acessados estejam próximos dos processadores correspondentes.
Em resumo, o NUMA otimiza o acesso à memória distribuindo-a de forma desigual entre os processadores, o UMA proporciona acesso igualitário à memória compartilhada, e o COMA utiliza uma arquitetura mais sofisticada, movendo dados entre as memórias caches e os bancos de memória para melhorar o desempenho. Cada abordagem apresenta vantagens e desvantagens em termos de desempenho, complexidade de implementação e escalabilidade.
4- As classificações dos multicomputadores são as seguintes:
MPP (Massively Parallel Processing): Nesse tipo de sistema, múltiplos processadores independentes são interconectados por uma rede de alta velocidade. Cada processador possui sua própria memória local e executa tarefas independentes. Os processadores podem colaborar para resolver problemas complexos, dividindo a carga de trabalho entre si.
COW (Cluster of Workstations): É um sistema em que várias estações de trabalho individuais são interconectadas em uma rede para formar um cluster. Cada estação de trabalho possui seu próprio sistema operacional e pode executar tarefas de forma independente. O cluster é utilizado para compartilhar recursos e aumentar o poder de processamento disponível.
5 – Quando múltiplos processadores tentam acessar a memória global simultaneamente em um sistema com barramento compartilhado, a ocorrência de conflitos de acesso pode levar a atrasos, aumento da latência e impacto no desempenho do sistema. Estratégias como o uso de caches e protocolos de coerência de cache podem ser empregadas para minimizar esses problemas.
6 – A quantidade de núcleos em um processador não é o único fator determinante para o desempenho e eficiência de processamento. Embora mais núcleos possam permitir um potencial aumento de capacidade de processamento paralelo, existem outros elementos a serem considerados. O desempenho geral também depende da arquitetura do processador, velocidade do clock, tamanho da memória cache, eficiência energética, entre outros fatores. Além disso, nem todas as aplicações podem se beneficiar igualmente de um grande número de núcleos, pois algumas tarefas podem ser mais sequenciais e não facilmente paralelizáveis. Portanto, a quantidade de núcleos é apenas um aspecto a ser considerado, e o processamento eficiente envolve uma combinação de vários fatores.
7 – O processador com a maior quantidade de núcleos atualmente é o AMD EPYC 7763, que possui 64 núcleos.
8 – Um “cluster” é geralmente utilizado em situações em que há necessidade de processamento intensivo e paralelo, como em tarefas científicas, simulações complexas, análises de dados em larga escala, entre outros. Um cluster permite a combinação de recursos computacionais de vários nós para aumentar o poder de processamento e a capacidade de armazenamento.
Por outro lado, o “cloud computing” é adequado quando há necessidade de escalabilidade, flexibilidade e acesso sob demanda aos recursos computacionais. Em situações em que a carga de trabalho pode variar, o cloud computing permite dimensionar os recursos de acordo com a demanda, evitando investimentos em infraestrutura fixa. É especialmente útil para empresas que precisam de agilidade e não querem se preocupar com a manutenção e gerenciamento de infraestrutura física.
9 – Os servidores de pesquisa do Google e os servidores de processamento de imagens da NASA se encaixam na categoria de processamento fortemente acoplado. No processamento fortemente acoplado, os servidores trabalham em conjunto de forma intensiva e cooperativa, compartilhando dados e recursos para realizar tarefas complexas. No caso do Google, os servidores de pesquisa precisam realizar buscas em grandes volumes de dados e indexar informações de forma eficiente. Na NASA, os servidores de processamento de imagens lidam com grandes volumes de dados de imagens e realizam análises complexas.
Esses servidores exigem um alto grau de coordenação e comunicação entre os nós para realizar as tarefas de processamento de forma eficiente. Portanto, eles se enquadram na categoria de processamento fortemente acoplado.
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UTFPR – CAMPUS CORNÉLIO PROCÓPIO
Prof. André Luiz Przybysz
Organização de Computadores
Questões sobre Multicores, Multiprocessadores e Multicomputadores
Aluno: Guilherme De Sousa Siqueira______________________________________________________________________________
Estudo de caso: quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento?
Um processador multitarefa é um processador que aparentemente pode fazer várias tarefas ao mesmo tempo, porque funcionalmente ele dedica pequenas frações da UCP (processador central) a cada uma das tarefas, seja cálculo, seja apresentar uma informação na tela, mandar um documento para a impressão, salvar um arquivo no SSD, etc.
Se o processador for rápido, essas pequenas interrupções passam despercebidas e dá a impressão de que o processador está realizando várias coisas ao mesmo tempo, quando na verdade está fazendo apenas uma coisa de cada vez e as demais estão na fila de pronto, aguardando a execução.
Mas se o processador possui vários “cores” ou núcleos, é como se você realmente tivesse vários processadores diferentes dentro do computador, por exemplo, um dedicado a calcular, outro para atualizar a tela, outro para escrever, etc.
Você realmente ganhará velocidade porque agora se a multitarefa é real, ao mesmo tempo o processador dedica tempo para resolver vários problemas diferentes. Por exemplo, um núcleo é dedicado a escrever no Word, outro está em segundo plano e atende às solicitações da impressora, outro está baixando e-mails. Obviamente, se você tiver dois núcleos, poderá realizar várias tarefas mais rapidamente do que se tiver apenas um. Porém, este em particular tem um limite, que são as diferentes tarefas que ele tem em execução, não adianta possuir “12 núcleos”, se você iniciar apenas quatro tarefas diferentes.
No entanto, existem linguagens de programação capazes de quebrar processos iterativos em diferentes “threads” e enviar cada um para um núcleo diferente do processador. Por exemplo, você está calculando uma fatura para muitos produtos que foram comprados em valores diferentes e que aplicam impostos diferentes.
Se você tiver uma programação adequada, essa fatura irá calcular cada linha em um núcleo diferente, para então somar os valores parciais e calcular o total da fatura. Se você tiver a possibilidade de calcular vários “threads” de uma só vez, você terminará mais cedo, quanto mais threads você puder lidar de uma só vez, melhor. Mas se você tiver muitos núcleos, chegará um momento em que você não poderá tirar proveito de todos eles, porque você não tem “threads” suficientes para alimentar tantos núcleos.
Neste exemplo, pode-se verificar que a velocidade real de um programa depende dos “núcleos” que a máquina possui, mas a partir de certo ponto não importa quantos núcleos você possua, o que realmente importa é a velocidade da sequência de cálculos lineares mais complexos que a máquina possui.
Em um servidor de rede que tenha muitos acessos à Internet, será útil ter o maior número possível de “núcleos”, pois cada núcleo tratará da consulta feita por um usuário, mas por outro lado, esse mesmo processador será excessivo para um indivíduo e não vai tirar vantagem disso.
Se o número de consultas disparar, não haverá um computador com “núcleos” suficientes no mercado, então recorre-se a fazer os processadores a funcionarem em “cluster”, ou seja, cada processador com os seus devidos núcleos” passa a trabalhar em paralelo, dentro do que se chama de “cluster”, (conjunto, grupo ou acumulação), com outros processadores com os seus respectivos “núcleos”.
Diante do estudo de caso apresentado, responda:
1 – Responda Uma bela manhã, a abelha-rainha de certa colmeia convoca todas as suas abelhas operárias e lhes comunica que a tarefa daquele dia é colher néctar de rosas. Então, as operárias saem voando em busca de rosas. Esse é um sistema SIMD ou um sistema MIMD?
é um exemplo de um sistema de processamento em massa de instruções únicas, No sistema SIMD, várias unidades de processamento executam a mesma instrução ao mesmo tempo, mas cada unidade processa um conjunto de dados diferente. No caso das abelhas operárias, todas estão seguindo a mesma instrução, que é colher néctar de rosas. No entanto, cada abelha pode estar voando em direção a uma rosa diferente, coletando néctar em locais distintos
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
Multicomputadores e multiprocessadores são dois tipos de arquiteturas de sistemas computacionais com várias unidades de processamento, mas com diferenças significativas em relação à organização e ao compartilhamento de memória.
Multicomputadores:
cada unidade de processamento é um sistema completo e independente, com sua própria memória privada. Os processadores em um multicomputador operam de forma autônoma e geralmente não compartilham memória diretamente. A comunicação entre os processadores em um multicomputador é realizada por meio de troca de mensagens, onde os processadores enviam e recebem dados uns dos outros.
Multiprocessadores:
Nesta arquitetura, várias unidades de processamento (processadores) compartilham a mesma memória física. Os processadores em um multiprocessador têm acesso direto à memória compartilhada, o que permite a comunicação e a sincronização entre os processadores de forma mais eficiente.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
Em um multiprocessador que utiliza um barramento compartilhado para acessar a memória global, se três processadores tentarem acessar a memória exatamente no mesmo instante, pode ocorrer uma condição conhecida como “contention” (concorrência) ou “colisão” no barramento.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
A relação entre o número de núcleos em um processador e o desempenho do processamento não é tão direta quanto simplesmente afirmar que “quanto mais núcleos, melhor o processamento”. A eficiência e o benefício real do aumento do número de núcleos dependem de vários fatores, como o tipo de carga de trabalho, a natureza das tarefas executadas e a capacidade de paralelismo presente no software.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
Atualmente, o processador com a maior quantidade de núcleos é o AMD EPYC 7003 Series, também conhecido como “Milan”. Essa linha de processadores da AMD é baseada na arquitetura Zen 3 e apresenta modelos com até 64 núcleos
8 – Em quais situações vale a pena utilizar um “cluster” para o processamento e em quais situações vale a pena optar por um processamento “cloud computing.”
A decisão de utilizar um cluster ou recorrer ao processamento em cloud computing depende de vários fatores, como a natureza do trabalho, a escala da computação necessária, os recursos disponíveis e as necessidades específicas do projeto
9 – Em qual(ais) categoria(s) de processamento se encaixam os servidores de pesquisa do “Google” e os servidores de processamento de imagens da “NASA.”, fortemente acoplado, fracamente acoplado? Justifique a sua resposta.
Os servidores de pesquisa do Google e os servidores de processamento de imagens da NASA podem ser considerados exemplos de sistemas de processamento distribuído, mais especificamente de sistemas fortemente acoplados.
No caso do Google, seu mecanismo de busca realiza consultas em um enorme conjunto de dados distribuídos em vários servidores. O processamento é altamente paralelizado, com os servidores trabalhando em conjunto para indexar e buscar informações de forma eficiente. Os servidores estão intimamente conectados e compartilham recursos, como armazenamento e processamento, para executar as tarefas de pesquisa.
REFERÊNCIA
TANENBAUM, Andrew S.; ZUCCHI, Wagner Luiz. Organização estruturada de computadores. Pearson Prentice Hall, 2009.
Para ser contabilizado a pontuação da atividade:
1 – Envio individual das respostas pelo Moodle;
2 – Coloque as respostas no comentário do link:
andreprzybysz.wordpress.com/2023/05/04/quanto-maior-a-quantidade-de-nucleos-em-um-processador-melhor-e-o-seu-processamento/
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