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?
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?
O sistema descrito é um sistema MIMD (Multiple Instruction Multiple Data), pois cada abelha operária está executando uma tarefa independente, que é a coleta de néctar de rosas. Cada abelha operária tem sua própria memória e processador, e pode executar tarefas independentemente das outras abelhas operárias.
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 sua arquitetura e na forma como processam tarefas.
Multiprocessadores são sistemas que possuem múltiplos processadores (CPUs) trabalhando juntos em um único computador. Cada processador tem sua própria memória cache, mas compartilha a mesma memória principal. Isso significa que cada processador pode acessar a memória principal e executar tarefas independentemente, mas também pode compartilhar dados com outros processadores para acelerar o processamento.
Já os Multicomputadores são sistemas compostos por vários computadores independentes (nós) conectados por uma rede de comunicação. Cada nó tem seu próprio processador e memória, e pode executar tarefas independentemente. A comunicação entre os nós é feita através da rede, e cada nó pode compartilhar dados com outros nós para acelerar o processamento.
Um exemplo de Multiprocessador é o IBM Power System E980, que possui até 192 núcleos de processamento e 16 TB de memória. Já um exemplo de Multicomputador é o sistema distribuído do Google, que consiste em milhares de servidores interconectados para executar tarefas como indexação da web e processamento de dados.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
1.
• UMA (Uniform Memory Access): Nessa arquitetura, todos os processadores têm acesso igualitário à memória principal e aos dispositivos de entrada/saída. Cada processador pode executar qualquer tarefa e pode ser escalonado para executar qualquer processo. Os sistemas UMA são geralmente escaláveis e fáceis de programar.
• NUMA (Non-Uniform Memory Access): Nessa arquitetura, a memória principal é dividida em vários bancos de memória, e cada processador tem acesso mais rápido à memória local do que à memória remota. Isso significa que o acesso à memória pode ser mais rápido para algumas CPUs do que para outras, dependendo da localização da memória necessária. Os sistemas NUMA são usados em sistemas de grande escala, onde a latência da memória é um fator crítico para o desempenho.
COMA (Cache Only Memory Architecture) em que cada processador possui sua própria memória cache local e não compartilha diretamente a memória principal com outros processadores. Quando um processador precisa acessar uma região de memória que não está presente em sua própria cache, ele solicita a outros processadores que podem ter a informação em suas caches. Os dados são transferidos de volta para a cache local do processador que solicitou. Este 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.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
MPP é projetado para trabalhar em paralelo e executar tarefas em larga escala, com nós individuais que têm sua própria memória e usam um barramento de comunicação para sincronizar o trabalho entre eles. O COW é formado por vários computadores individuais conectados em rede para executar tarefas distribuídas, geralmente usados em aplicativos de negócios ou científicos que exigem um grande número de CPUs. O COW pode ser escalável e relativamente barato, mas 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?
ocorrerá uma condição de corrida (race condition) no barramento, onde os sinais de solicitação e resposta podem colidir, causando um conflito. Isso pode levar a erros de leitura ou gravação de dados, bem como atrasos no acesso à memória global. Para evitar esses problemas, os sistemas multiprocessados geralmente usam protocolos de controle de coerência de cache e arbitragem de barramento para garantir que apenas um processador tenha acesso ao barramento e à memória global em um determinado momento.
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 e processamento geral de um sistema. Embora seja verdade que um processador com mais núcleos tem a capacidade de executar mais tarefas simultaneamente, isso não garante automaticamente um melhor desempenho em todas as situações.
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 Ryzen Threadripper 3990X, 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.”
Um cluster é um conjunto de computadores interconectados que trabalham juntos localmente, enquanto a Cloud Computing envolve o acesso a recursos computacionais sob demanda por meio da Internet, fornecidos por provedores de serviços em nuvem.
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.
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 um sistema MIMD (Multiple Instruction Multiple Data), pois cada abelha operária está executando uma tarefa independente, que é a coleta de néctar de rosas. Cada abelha operária tem sua própria memória e processador, e pode executar tarefas independentemente das outras abelhas operárias.
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 sua arquitetura e na forma como processam tarefas.
Multiprocessadores são sistemas que possuem múltiplos processadores (CPUs) trabalhando juntos em um único computador. Cada processador tem sua própria memória cache, mas compartilha a mesma memória principal. Isso significa que cada processador pode acessar a memória principal e executar tarefas independentemente, mas também pode compartilhar dados com outros processadores para acelerar o processamento.
Já os Multicomputadores são sistemas compostos por vários computadores independentes (nós) conectados por uma rede de comunicação. Cada nó tem seu próprio processador e memória, e pode executar tarefas independentemente. A comunicação entre os nós é feita através da rede, e cada nó pode compartilhar dados com outros nós para acelerar o processamento.
Um exemplo de Multiprocessador é o IBM Power System E980, que possui até 192 núcleos de processamento e 16 TB de memória. Já um exemplo de Multicomputador é o sistema distribuído do Google, que consiste em milhares de servidores interconectados para executar tarefas como indexação da web e processamento de dados.
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3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
1.
• UMA (Uniform Memory Access): Nessa arquitetura, todos os processadores têm acesso igualitário à memória principal e aos dispositivos de entrada/saída. Cada processador pode executar qualquer tarefa e pode ser escalonado para executar qualquer processo. Os sistemas UMA são geralmente escaláveis e fáceis de programar.
• NUMA (Non-Uniform Memory Access): Nessa arquitetura, a memória principal é dividida em vários bancos de memória, e cada processador tem acesso mais rápido à memória local do que à memória remota. Isso significa que o acesso à memória pode ser mais rápido para algumas CPUs do que para outras, dependendo da localização da memória necessária. Os sistemas NUMA são usados em sistemas de grande escala, onde a latência da memória é um fator crítico para o desempenho.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
MPP é projetado para trabalhar em paralelo e executar tarefas em larga escala, com nós individuais que têm sua própria memória e usam um barramento de comunicação para sincronizar o trabalho entre eles. O COW é formado por vários computadores individuais conectados em rede para executar tarefas distribuídas, geralmente usados em aplicativos de negócios ou científicos que exigem um grande número de CPUs. O COW pode ser escalável e relativamente barato, mas 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?
ocorrerá uma condição de corrida (race condition) no barramento, onde os sinais de solicitação e resposta podem colidir, causando um conflito. Isso pode levar a erros de leitura ou gravação de dados, bem como atrasos no acesso à memória global. Para evitar esses problemas, os sistemas multiprocessados geralmente usam protocolos de controle de coerência de cache e arbitragem de barramento para garantir que apenas um processador tenha acesso ao barramento e à memória global em um determinado momento.
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 e processamento geral de um sistema. Embora seja verdade que um processador com mais núcleos tem a capacidade de executar mais tarefas simultaneamente, isso não garante automaticamente um melhor desempenho em todas as situações.
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 Ryzen Threadripper 3990X, 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.”
Um cluster é um conjunto de computadores interconectados que trabalham juntos localmente, enquanto a Cloud Computing envolve o acesso a recursos computacionais sob demanda por meio da Internet, fornecidos por provedores de serviços em nuvem.
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.
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 um sistema MIMD (Multiple Instruction Multiple Data), pois cada abelha operária está executando uma tarefa independente, que é a coleta de néctar de rosas. Cada abelha operária tem sua própria memória e processador, e pode executar tarefas independentemente das outras abelhas operárias.
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 sua arquitetura e na forma como processam tarefas.
Multiprocessadores são sistemas que possuem múltiplos processadores (CPUs) trabalhando juntos em um único computador. Cada processador tem sua própria memória cache, mas compartilha a mesma memória principal. Isso significa que cada processador pode acessar a memória principal e executar tarefas independentemente, mas também pode compartilhar dados com outros processadores para acelerar o processamento.
Já os Multicomputadores são sistemas compostos por vários computadores independentes (nós) conectados por uma rede de comunicação. Cada nó tem seu próprio processador e memória, e pode executar tarefas independentemente. A comunicação entre os nós é feita através da rede, e cada nó pode compartilhar dados com outros nós para acelerar o processamento.
Um exemplo de Multiprocessador é o IBM Power System E980, que possui até 192 núcleos de processamento e 16 TB de memória. Já um exemplo de Multicomputador é o sistema distribuído do Google, que consiste em milhares de servidores interconectados para executar tarefas como indexação da web e processamento de dados.
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1.
• UMA (Uniform Memory Access): Nessa arquitetura, todos os processadores têm acesso igualitário à memória principal e aos dispositivos de entrada/saída. Cada processador pode executar qualquer tarefa e pode ser escalonado para executar qualquer processo. Os sistemas UMA são geralmente escaláveis e fáceis de programar.
• NUMA (Non-Uniform Memory Access): Nessa arquitetura, a memória principal é dividida em vários bancos de memória, e cada processador tem acesso mais rápido à memória local do que à memória remota. Isso significa que o acesso à memória pode ser mais rápido para algumas CPUs do que para outras, dependendo da localização da memória necessária. Os sistemas NUMA são usados em sistemas de grande escala, onde a latência da memória é um fator crítico para o desempenho.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
MPP é projetado para trabalhar em paralelo e executar tarefas em larga escala, com nós individuais que têm sua própria memória e usam um barramento de comunicação para sincronizar o trabalho entre eles. O COW é formado por vários computadores individuais conectados em rede para executar tarefas distribuídas, geralmente usados em aplicativos de negócios ou científicos que exigem um grande número de CPUs. O COW pode ser escalável e relativamente barato, mas 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?
ocorrerá uma condição de corrida (race condition) no barramento, onde os sinais de solicitação e resposta podem colidir, causando um conflito. Isso pode levar a erros de leitura ou gravação de dados, bem como atrasos no acesso à memória global. Para evitar esses problemas, os sistemas multiprocessados geralmente usam protocolos de controle de coerência de cache e arbitragem de barramento para garantir que apenas um processador tenha acesso ao barramento e à memória global em um determinado momento.
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 e processamento geral de um sistema. Embora seja verdade que um processador com mais núcleos tem a capacidade de executar mais tarefas simultaneamente, isso não garante automaticamente um melhor desempenho em todas as situações.
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 Ryzen Threadripper 3990X, 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.”
Um cluster é um conjunto de computadores interconectados que trabalham juntos localmente, enquanto a Cloud Computing envolve o acesso a recursos computacionais sob demanda por meio da Internet, fornecidos por provedores de serviços em nuvem.
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.
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 um sistema MIMD (Multiple Instruction Multiple Data), pois cada abelha operária está executando uma tarefa independente, que é a coleta de néctar de rosas. Cada abelha operária tem sua própria memória e processador, e pode executar tarefas independentemente das outras abelhas operárias.
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 sua arquitetura e na forma como processam tarefas.
Multiprocessadores são sistemas que possuem múltiplos processadores (CPUs) trabalhando juntos em um único computador. Cada processador tem sua própria memória cache, mas compartilha a mesma memória principal. Isso significa que cada processador pode acessar a memória principal e executar tarefas independentemente, mas também pode compartilhar dados com outros processadores para acelerar o processamento.
Já os Multicomputadores são sistemas compostos por vários computadores independentes (nós) conectados por uma rede de comunicação. Cada nó tem seu próprio processador e memória, e pode executar tarefas independentemente. A comunicação entre os nós é feita através da rede, e cada nó pode compartilhar dados com outros nós para acelerar o processamento.
Um exemplo de Multiprocessador é o IBM Power System E980, que possui até 192 núcleos de processamento e 16 TB de memória. Já um exemplo de Multicomputador é o sistema distribuído do Google, que consiste em milhares de servidores interconectados para executar tarefas como indexação da web e processamento de dados.
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1.
• UMA (Uniform Memory Access): Nessa arquitetura, todos os processadores têm acesso igualitário à memória principal e aos dispositivos de entrada/saída. Cada processador pode executar qualquer tarefa e pode ser escalonado para executar qualquer processo. Os sistemas UMA são geralmente escaláveis e fáceis de programar.
• NUMA (Non-Uniform Memory Access): Nessa arquitetura, a memória principal é dividida em vários bancos de memória, e cada processador tem acesso mais rápido à memória local do que à memória remota. Isso significa que o acesso à memória pode ser mais rápido para algumas CPUs do que para outras, dependendo da localização da memória necessária. Os sistemas NUMA são usados em sistemas de grande escala, onde a latência da memória é um fator crítico para o desempenho.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
MPP é projetado para trabalhar em paralelo e executar tarefas em larga escala, com nós individuais que têm sua própria memória e usam um barramento de comunicação para sincronizar o trabalho entre eles. O COW é formado por vários computadores individuais conectados em rede para executar tarefas distribuídas, geralmente usados em aplicativos de negócios ou científicos que exigem um grande número de CPUs. O COW pode ser escalável e relativamente barato, mas 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?
ocorrerá uma condição de corrida (race condition) no barramento, onde os sinais de solicitação e resposta podem colidir, causando um conflito. Isso pode levar a erros de leitura ou gravação de dados, bem como atrasos no acesso à memória global. Para evitar esses problemas, os sistemas multiprocessados geralmente usam protocolos de controle de coerência de cache e arbitragem de barramento para garantir que apenas um processador tenha acesso ao barramento e à memória global em um determinado momento.
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 e processamento geral de um sistema. Embora seja verdade que um processador com mais núcleos tem a capacidade de executar mais tarefas simultaneamente, isso não garante automaticamente um melhor desempenho em todas as situações.
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 Ryzen Threadripper 3990X, 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.”
Um cluster é um conjunto de computadores interconectados que trabalham juntos localmente, enquanto a Cloud Computing envolve o acesso a recursos computacionais sob demanda por meio da Internet, fornecidos por provedores de serviços em nuvem.
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.
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 um sistema MIMD (Multiple Instruction Multiple Data), pois cada abelha operária está executando uma tarefa independente, que é a coleta de néctar de rosas. Cada abelha operária tem sua própria memória e processador, e pode executar tarefas independentemente das outras abelhas operárias.
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 sua arquitetura e na forma como processam tarefas.
Multiprocessadores são sistemas que possuem múltiplos processadores (CPUs) trabalhando juntos em um único computador. Cada processador tem sua própria memória cache, mas compartilha a mesma memória principal. Isso significa que cada processador pode acessar a memória principal e executar tarefas independentemente, mas também pode compartilhar dados com outros processadores para acelerar o processamento.
Já os Multicomputadores são sistemas compostos por vários computadores independentes (nós) conectados por uma rede de comunicação. Cada nó tem seu próprio processador e memória, e pode executar tarefas independentemente. A comunicação entre os nós é feita através da rede, e cada nó pode compartilhar dados com outros nós para acelerar o processamento.
Um exemplo de Multiprocessador é o IBM Power System E980, que possui até 192 núcleos de processamento e 16 TB de memória. Já um exemplo de Multicomputador é o sistema distribuído do Google, que consiste em milhares de servidores interconectados para executar tarefas como indexação da web e processamento de dados.
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3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
1.
• UMA (Uniform Memory Access): Nessa arquitetura, todos os processadores têm acesso igualitário à memória principal e aos dispositivos de entrada/saída. Cada processador pode executar qualquer tarefa e pode ser escalonado para executar qualquer processo. Os sistemas UMA são geralmente escaláveis e fáceis de programar.
• NUMA (Non-Uniform Memory Access): Nessa arquitetura, a memória principal é dividida em vários bancos de memória, e cada processador tem acesso mais rápido à memória local do que à memória remota. Isso significa que o acesso à memória pode ser mais rápido para algumas CPUs do que para outras, dependendo da localização da memória necessária. Os sistemas NUMA são usados em sistemas de grande escala, onde a latência da memória é um fator crítico para o desempenho.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
MPP é projetado para trabalhar em paralelo e executar tarefas em larga escala, com nós individuais que têm sua própria memória e usam um barramento de comunicação para sincronizar o trabalho entre eles. O COW é formado por vários computadores individuais conectados em rede para executar tarefas distribuídas, geralmente usados em aplicativos de negócios ou científicos que exigem um grande número de CPUs. O COW pode ser escalável e relativamente barato, mas 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?
ocorrerá uma condição de corrida (race condition) no barramento, onde os sinais de solicitação e resposta podem colidir, causando um conflito. Isso pode levar a erros de leitura ou gravação de dados, bem como atrasos no acesso à memória global. Para evitar esses problemas, os sistemas multiprocessados geralmente usam protocolos de controle de coerência de cache e arbitragem de barramento para garantir que apenas um processador tenha acesso ao barramento e à memória global em um determinado momento.
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 e processamento geral de um sistema. Embora seja verdade que um processador com mais núcleos tem a capacidade de executar mais tarefas simultaneamente, isso não garante automaticamente um melhor desempenho em todas as situações.
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 Ryzen Threadripper 3990X, 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.”
Um cluster é um conjunto de computadores interconectados que trabalham juntos localmente, enquanto a Cloud Computing envolve o acesso a recursos computacionais sob demanda por meio da Internet, fornecidos por provedores de serviços em nuvem.
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.
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 um sistema MIMD (Multiple Instruction Multiple Data), pois cada abelha operária está executando uma tarefa independente, que é a coleta de néctar de rosas. Cada abelha operária tem sua própria memória e processador, e pode executar tarefas independentemente das outras abelhas operárias.
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 sua arquitetura e na forma como processam tarefas.
Multiprocessadores são sistemas que possuem múltiplos processadores (CPUs) trabalhando juntos em um único computador. Cada processador tem sua própria memória cache, mas compartilha a mesma memória principal. Isso significa que cada processador pode acessar a memória principal e executar tarefas independentemente, mas também pode compartilhar dados com outros processadores para acelerar o processamento.
Já os Multicomputadores são sistemas compostos por vários computadores independentes (nós) conectados por uma rede de comunicação. Cada nó tem seu próprio processador e memória, e pode executar tarefas independentemente. A comunicação entre os nós é feita através da rede, e cada nó pode compartilhar dados com outros nós para acelerar o processamento.
Um exemplo de Multiprocessador é o IBM Power System E980, que possui até 192 núcleos de processamento e 16 TB de memória. Já um exemplo de Multicomputador é o sistema distribuído do Google, que consiste em milhares de servidores interconectados para executar tarefas como indexação da web e processamento de dados.
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1.
• UMA (Uniform Memory Access): Nessa arquitetura, todos os processadores têm acesso igualitário à memória principal e aos dispositivos de entrada/saída. Cada processador pode executar qualquer tarefa e pode ser escalonado para executar qualquer processo. Os sistemas UMA são geralmente escaláveis e fáceis de programar.
• NUMA (Non-Uniform Memory Access): Nessa arquitetura, a memória principal é dividida em vários bancos de memória, e cada processador tem acesso mais rápido à memória local do que à memória remota. Isso significa que o acesso à memória pode ser mais rápido para algumas CPUs do que para outras, dependendo da localização da memória necessária. Os sistemas NUMA são usados em sistemas de grande escala, onde a latência da memória é um fator crítico para o desempenho.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
MPP é projetado para trabalhar em paralelo e executar tarefas em larga escala, com nós individuais que têm sua própria memória e usam um barramento de comunicação para sincronizar o trabalho entre eles. O COW é formado por vários computadores individuais conectados em rede para executar tarefas distribuídas, geralmente usados em aplicativos de negócios ou científicos que exigem um grande número de CPUs. O COW pode ser escalável e relativamente barato, mas 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?
ocorrerá uma condição de corrida (race condition) no barramento, onde os sinais de solicitação e resposta podem colidir, causando um conflito. Isso pode levar a erros de leitura ou gravação de dados, bem como atrasos no acesso à memória global. Para evitar esses problemas, os sistemas multiprocessados geralmente usam protocolos de controle de coerência de cache e arbitragem de barramento para garantir que apenas um processador tenha acesso ao barramento e à memória global em um determinado momento.
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 e processamento geral de um sistema. Embora seja verdade que um processador com mais núcleos tem a capacidade de executar mais tarefas simultaneamente, isso não garante automaticamente um melhor desempenho em todas as situações.
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 Ryzen Threadripper 3990X, 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.”
Um cluster é um conjunto de computadores interconectados que trabalham juntos localmente, enquanto a Cloud Computing envolve o acesso a recursos computacionais sob demanda por meio da Internet, fornecidos por provedores de serviços em nuvem.
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.
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 um sistema MIMD (Multiple Instruction Multiple Data), pois cada abelha operária está executando uma tarefa independente, que é a coleta de néctar de rosas. Cada abelha operária tem sua própria memória e processador, e pode executar tarefas independentemente das outras abelhas operárias.
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 sua arquitetura e na forma como processam tarefas.
Multiprocessadores são sistemas que possuem múltiplos processadores (CPUs) trabalhando juntos em um único computador. Cada processador tem sua própria memória cache, mas compartilha a mesma memória principal. Isso significa que cada processador pode acessar a memória principal e executar tarefas independentemente, mas também pode compartilhar dados com outros processadores para acelerar o processamento.
Já os Multicomputadores são sistemas compostos por vários computadores independentes (nós) conectados por uma rede de comunicação. Cada nó tem seu próprio processador e memória, e pode executar tarefas independentemente. A comunicação entre os nós é feita através da rede, e cada nó pode compartilhar dados com outros nós para acelerar o processamento.
Um exemplo de Multiprocessador é o IBM Power System E980, que possui até 192 núcleos de processamento e 16 TB de memória. Já um exemplo de Multicomputador é o sistema distribuído do Google, que consiste em milhares de servidores interconectados para executar tarefas como indexação da web e processamento de dados.
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3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
1.
• UMA (Uniform Memory Access): Nessa arquitetura, todos os processadores têm acesso igualitário à memória principal e aos dispositivos de entrada/saída. Cada processador pode executar qualquer tarefa e pode ser escalonado para executar qualquer processo. Os sistemas UMA são geralmente escaláveis e fáceis de programar.
• NUMA (Non-Uniform Memory Access): Nessa arquitetura, a memória principal é dividida em vários bancos de memória, e cada processador tem acesso mais rápido à memória local do que à memória remota. Isso significa que o acesso à memória pode ser mais rápido para algumas CPUs do que para outras, dependendo da localização da memória necessária. Os sistemas NUMA são usados em sistemas de grande escala, onde a latência da memória é um fator crítico para o desempenho.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
MPP é projetado para trabalhar em paralelo e executar tarefas em larga escala, com nós individuais que têm sua própria memória e usam um barramento de comunicação para sincronizar o trabalho entre eles. O COW é formado por vários computadores individuais conectados em rede para executar tarefas distribuídas, geralmente usados em aplicativos de negócios ou científicos que exigem um grande número de CPUs. O COW pode ser escalável e relativamente barato, mas 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?
ocorrerá uma condição de corrida (race condition) no barramento, onde os sinais de solicitação e resposta podem colidir, causando um conflito. Isso pode levar a erros de leitura ou gravação de dados, bem como atrasos no acesso à memória global. Para evitar esses problemas, os sistemas multiprocessados geralmente usam protocolos de controle de coerência de cache e arbitragem de barramento para garantir que apenas um processador tenha acesso ao barramento e à memória global em um determinado momento.
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 e processamento geral de um sistema. Embora seja verdade que um processador com mais núcleos tem a capacidade de executar mais tarefas simultaneamente, isso não garante automaticamente um melhor desempenho em todas as situações.
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 Ryzen Threadripper 3990X, 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.”
Um cluster é um conjunto de computadores interconectados que trabalham juntos localmente, enquanto a Cloud Computing envolve o acesso a recursos computacionais sob demanda por meio da Internet, fornecidos por provedores de serviços em nuvem.
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.
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 um sistema MIMD (Multiple Instruction Multiple Data), pois cada abelha operária está executando uma tarefa independente, que é a coleta de néctar de rosas. Cada abelha operária tem sua própria memória e processador, e pode executar tarefas independentemente das outras abelhas operárias.
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 sua arquitetura e na forma como processam tarefas.
Multiprocessadores são sistemas que possuem múltiplos processadores (CPUs) trabalhando juntos em um único computador. Cada processador tem sua própria memória cache, mas compartilha a mesma memória principal. Isso significa que cada processador pode acessar a memória principal e executar tarefas independentemente, mas também pode compartilhar dados com outros processadores para acelerar o processamento.
Já os Multicomputadores são sistemas compostos por vários computadores independentes (nós) conectados por uma rede de comunicação. Cada nó tem seu próprio processador e memória, e pode executar tarefas independentemente. A comunicação entre os nós é feita através da rede, e cada nó pode compartilhar dados com outros nós para acelerar o processamento.
Um exemplo de Multiprocessador é o IBM Power System E980, que possui até 192 núcleos de processamento e 16 TB de memória. Já um exemplo de Multicomputador é o sistema distribuído do Google, que consiste em milhares de servidores interconectados para executar tarefas como indexação da web e processamento de dados.
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3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
1.
• UMA (Uniform Memory Access): Nessa arquitetura, todos os processadores têm acesso igualitário à memória principal e aos dispositivos de entrada/saída. Cada processador pode executar qualquer tarefa e pode ser escalonado para executar qualquer processo. Os sistemas UMA são geralmente escaláveis e fáceis de programar.
• NUMA (Non-Uniform Memory Access): Nessa arquitetura, a memória principal é dividida em vários bancos de memória, e cada processador tem acesso mais rápido à memória local do que à memória remota. Isso significa que o acesso à memória pode ser mais rápido para algumas CPUs do que para outras, dependendo da localização da memória necessária. Os sistemas NUMA são usados em sistemas de grande escala, onde a latência da memória é um fator crítico para o desempenho.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
MPP é projetado para trabalhar em paralelo e executar tarefas em larga escala, com nós individuais que têm sua própria memória e usam um barramento de comunicação para sincronizar o trabalho entre eles. O COW é formado por vários computadores individuais conectados em rede para executar tarefas distribuídas, geralmente usados em aplicativos de negócios ou científicos que exigem um grande número de CPUs. O COW pode ser escalável e relativamente barato, mas 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?
ocorrerá uma condição de corrida (race condition) no barramento, onde os sinais de solicitação e resposta podem colidir, causando um conflito. Isso pode levar a erros de leitura ou gravação de dados, bem como atrasos no acesso à memória global. Para evitar esses problemas, os sistemas multiprocessados geralmente usam protocolos de controle de coerência de cache e arbitragem de barramento para garantir que apenas um processador tenha acesso ao barramento e à memória global em um determinado momento.
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 e processamento geral de um sistema. Embora seja verdade que um processador com mais núcleos tem a capacidade de executar mais tarefas simultaneamente, isso não garante automaticamente um melhor desempenho em todas as situações.
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 Ryzen Threadripper 3990X, 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.”
Um cluster é um conjunto de computadores interconectados que trabalham juntos localmente, enquanto a Cloud Computing envolve o acesso a recursos computacionais sob demanda por meio da Internet, fornecidos por provedores de serviços em nuvem.
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.
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 um sistema MIMD (Multiple Instruction Multiple Data), pois cada abelha operária está executando uma tarefa independente, que é a coleta de néctar de rosas. Cada abelha operária tem sua própria memória e processador, e pode executar tarefas independentemente das outras abelhas operárias.
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 sua arquitetura e na forma como processam tarefas.
Multiprocessadores são sistemas que possuem múltiplos processadores (CPUs) trabalhando juntos em um único computador. Cada processador tem sua própria memória cache, mas compartilha a mesma memória principal. Isso significa que cada processador pode acessar a memória principal e executar tarefas independentemente, mas também pode compartilhar dados com outros processadores para acelerar o processamento.
Já os Multicomputadores são sistemas compostos por vários computadores independentes (nós) conectados por uma rede de comunicação. Cada nó tem seu próprio processador e memória, e pode executar tarefas independentemente. A comunicação entre os nós é feita através da rede, e cada nó pode compartilhar dados com outros nós para acelerar o processamento.
Um exemplo de Multiprocessador é o IBM Power System E980, que possui até 192 núcleos de processamento e 16 TB de memória. Já um exemplo de Multicomputador é o sistema distribuído do Google, que consiste em milhares de servidores interconectados para executar tarefas como indexação da web e processamento de dados.
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3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
1.
• UMA (Uniform Memory Access): Nessa arquitetura, todos os processadores têm acesso igualitário à memória principal e aos dispositivos de entrada/saída. Cada processador pode executar qualquer tarefa e pode ser escalonado para executar qualquer processo. Os sistemas UMA são geralmente escaláveis e fáceis de programar.
• NUMA (Non-Uniform Memory Access): Nessa arquitetura, a memória principal é dividida em vários bancos de memória, e cada processador tem acesso mais rápido à memória local do que à memória remota. Isso significa que o acesso à memória pode ser mais rápido para algumas CPUs do que para outras, dependendo da localização da memória necessária. Os sistemas NUMA são usados em sistemas de grande escala, onde a latência da memória é um fator crítico para o desempenho.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
MPP é projetado para trabalhar em paralelo e executar tarefas em larga escala, com nós individuais que têm sua própria memória e usam um barramento de comunicação para sincronizar o trabalho entre eles. O COW é formado por vários computadores individuais conectados em rede para executar tarefas distribuídas, geralmente usados em aplicativos de negócios ou científicos que exigem um grande número de CPUs. O COW pode ser escalável e relativamente barato, mas 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?
ocorrerá uma condição de corrida (race condition) no barramento, onde os sinais de solicitação e resposta podem colidir, causando um conflito. Isso pode levar a erros de leitura ou gravação de dados, bem como atrasos no acesso à memória global. Para evitar esses problemas, os sistemas multiprocessados geralmente usam protocolos de controle de coerência de cache e arbitragem de barramento para garantir que apenas um processador tenha acesso ao barramento e à memória global em um determinado momento.
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 e processamento geral de um sistema. Embora seja verdade que um processador com mais núcleos tem a capacidade de executar mais tarefas simultaneamente, isso não garante automaticamente um melhor desempenho em todas as situações.
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 Ryzen Threadripper 3990X, 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.”
Um cluster é um conjunto de computadores interconectados que trabalham juntos localmente, enquanto a Cloud Computing envolve o acesso a recursos computacionais sob demanda por meio da Internet, fornecidos por provedores de serviços em nuvem.
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.
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1- O sistema descrito parece ser um sistema MIMD (Multiple Instruction Multiple Data) no qual cada abelha operária é capaz de executar instruções independentes e coletar néctar de diferentes rosas simultaneamente. Neste caso, cada abelha é uma unidade de processamento independente que pode executar diferentes tarefas em paralelo. Cada abelha colhe o néctar de uma determinada rosa de acordo com suas próprias instruções, independentemente do trabalho de outras abelhas. Portanto, o sistema será classificado como MIMD.
2- Multiprocessador: Um sistema com vários processadores conectados a uma única memória compartilhada. Os processadores executam tarefas independentes, mas compartilham a mesma memória para uma comunicação eficiente.
Multicomputador: Um 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.
Sistema de memória:
Multiprocessador: Memória compartilhada, acessada por todos os processadores. Facilita a comunicação, mas pode causar problemas de contenção e sincronização.
Multicomputador: 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 fornece escalabilidade, mas a comunicação pode ser mais lenta devido à latência da rede.
3- Existem três tipos de multiprocessadores: NUMA, UMA e COMA. Essas classificações referem-se às diferentes maneiras pelas quais o acesso à memória compartilhada é gerenciado em um sistema multiprocessador.
NUMA (Non-Uniform Memory Access): Neste tipo de sistema, a memória é distribuída de forma desigual entre os processadores, resultando em diferentes tempos de acesso à memória. Cada processador tem seu próprio cache e precisa buscar dados de outros processadores quando necessário.
UMA (Uniform Memory Access): Nesse tipo de sistema, todos os processadores têm igual acesso à memória compartilhada. Não há diferença de latência nos acessos à memória porque 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 seu próprio cache, e a memória principal é organizada em módulos denominados “bancos de memória”. Os dados são movidos automaticamente entre os bancos de memória e os caches do processador, mantendo os dados acessados com frequência próximos aos processadores apropriados.
Em resumo, o NUMA otimiza o acesso à memória distribuindo-o de forma desigual entre os processadores, o UMA fornece acesso igual à memória compartilhada e o COMA usa uma arquitetura mais complexa que move dados entre caches e bancos de memória para melhorar o desempenho. Cada abordagem tem 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, 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 cooperar para resolver problemas complexos compartilhando a carga de trabalho entre si.
COW (Cluster of Workstations): É um sistema no qual várias estações de trabalho individuais são interligadas em rede para formar um cluster. Cada estação de trabalho possui seu próprio sistema operacional e pode executar tarefas de forma independente. Os clusters são usados para compartilhar recursos e aumentar o poder de processamento disponível.
5 – Quando multiprocessadores tentam acessar a memória global simultaneamente em um sistema de barramento compartilhado, a ocorrência de conflitos de acesso pode levar a atrasos, aumento da latência e impacto no desempenho do sistema. Estratégias como uso de cache e protocolos de coerência de cache podem ser usadas para minimizar esses problemas.
6 – O número de núcleos em um processador não é o único fator determinante para o desempenho e a eficiência do processamento. Embora mais núcleos possam potencialmente permitir maior capacidade de processamento paralelo, há outros elementos a serem considerados. O desempenho geral também depende da arquitetura do processador, velocidade do clock, tamanho do cache, eficiência de energia e outros fatores. Além disso, nem todos os aplicativos podem se beneficiar igualmente de um grande número de núcleos, pois algumas tarefas podem ser mais sequenciais e não podem ser facilmente paralelizadas. Portanto, o número de núcleos é apenas um aspecto a ser considerado, e o processamento eficiente envolve uma combinação de vários fatores.
7 – O processador com maior número de núcleos atualmente é o AMD EPYC 7763, que possui 64 núcleos.
8 – “Cluster” é geralmente utilizado em situações onde é necessário processamento intensivo e paralelo, como tarefas científicas, simulações complexas, análise extensa de dados, entre outros. Um cluster permite o agrupamento de recursos de computação de vários nós para aumentar o poder de computação 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 imagem da NASA se enquadram em uma categoria de processamento intimamente relacionada. No processamento fortemente acoplado, os servidores trabalham juntos de forma intensa e cooperativa, compartilhando dados e recursos para realizar tarefas complexas. No caso do Google, os servidores de busca precisam pesquisar com eficiência grandes volumes de dados e indexar informações. Na NASA, os servidores de processamento de imagem processam grandes volumes de dados de imagem e realizam análises complexas.
Esses servidores exigem um alto grau de coordenação e comunicação entre os nós para executar tarefas de processamento com eficiência. Portanto, eles se enquadram na categoria de processamento 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?
MIMD, porque a coleta é realizada em diferentes fontes, independentemente das demais.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
Multiprocessadores são um conjunto de processadores em uma mesma maquina usando memória compartilhada. Multicomputadores é um conjunto de computadores em uma rede tendo memória distribuída.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
Memória compartilhada nos computadores:
NUMA (Non-uniform Memory Access): 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:
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 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?
Os processadores entrarão em conflito, gerando erros ou tornando o processo lento.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
Caso o número de núcleos exceda o que o usuário necessita para realizar suas atividades, não torna seu processamento necessariamente melhor.
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.”
Cloud computing:Processamento menos pesado,escalável e sobre demanda.
Cluster: Quando uma alta capacidade de armazenamento é necessária .
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 dois tipos de servidores são de processamento fortemente acoplado, por dependerem entre si para realizar tarefas.
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1) O sistema descrito no estudo de caso é um sistema MIMD (Multiple Instruction, Multiple Data) porque cada abelha operária está realizando uma tarefa independente das demais. Cada abelha pode voar para uma rosa diferente e coletar néctar individualmente, sem depender do trabalho das outras abelhas.
2) Multicomputadores e multiprocessadores são sistemas de processamento paralelo utilizados para executar tarefas computacionais de forma mais eficiente.
Multicomputadores: São sistemas compostos por vários computadores independentes, chamados de nós, que se comunicam através de uma rede. Cada nó possui seu próprio processador, memória e sistema operacional. Os nós podem executar tarefas de forma independente ou colaborativa, compartilhando informações através da rede. Um exemplo de multicomputador é um cluster de computadores interconectados.
Multiprocessadores: São sistemas compostos por múltiplos processadores em uma única máquina, compartilhando recursos como memória e periféricos. Os processadores podem ser interconectados através de barramentos ou outras topologias de comunicação. Diferentes processadores podem executar tarefas independentes ou trabalhar em conjunto para realizar tarefas de forma paralela. Um exemplo de multiprocessador é um servidor com vários processadores em um único gabinete.
Sistema de memória:
– Multicomputadores: Cada nó de um multicomputador possui sua própria memória local, independente dos outros nós. A comunicação entre os nós é feita através da rede, e para compartilhar informações, é necessário realizar explicitamente a troca de dados entre os nós.
Multiprocessadores: Os processadores em um multiprocessador compartilham uma memória global. Todos os processadores podem acessar diretamente essa memória compartilhada, o que facilita a comunicação e o compartilhamento de dados entre os processadores.
Exemplo:
Um exemplo de multicomputador é um cluster de servidores interconectados, em que cada servidor funciona de forma independente, executando suas próprias tarefas e trocando informações através da rede. Por outro lado, um exemplo de multiprocessador é um servidor de alto desempenho com vários processadores em um único gabinete, compartilhando a mesma memória e trabalhando em conjunto para executar tarefas de forma paralela.
3 – Não foi mencionado no estudo de caso se o sistema da colmeia de abelhas é um sistema SIMD (Single Instruction, Multiple Data) ou um sistema MIMD (Multiple Instruction, Multiple Data). Com base nas informações fornecidas, não é possível determinar com certeza qual é o tipo de sistema.
4 – A diferença entre multicomputadores e multiprocessadores está relacionada à estrutura física e ao sistema de memória.
Multicomputadores: São sistemas compostos por várias unidades de processamento independentes (computadores) conectadas em rede. Cada computador possui sua própria memória e sistema operacional, podendo executar tarefas de forma independente. Exemplos de multicomputadores incluem clusters de computadores e sistemas distribuídos.
Multiprocessadores: São sistemas que possuem vários processadores (CPUs) em um único sistema, compartilhando uma única memória global. Os processadores podem ser interligados por meio de barramentos, redes de interconexão ou outros mecanismos. Os multiprocessadores podem ser classificados em sistemas com memória compartilhada (SMP) ou sistemas com memória distribuída (DMP). No caso de sistemas com memória compartilhada, todos os processadores podem acessar a mesma memória, enquanto em sistemas com memória distribuída, cada processador possui sua própria memória local.
5 – Se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante em um multiprocessador que utiliza um barramento compartilhado, pode ocorrer uma condição de contenção (contention) no barramento. Isso pode levar a atrasos e perda de desempenho, pois apenas um processador pode acessar o barramento por vez. Para lidar com isso, o sistema geralmente implementa mecanismos de controle de acesso e arbitragem para garantir um acesso justo ao barramento.
6 – A quantidade de núcleos em um processador não é o único fator determinante para o desempenho do processamento. Ter mais núcleos pode melhorar o desempenho em determinadas situações, especialmente em tarefas paralelizáveis que podem ser divididas em várias threads. No entanto, o desempenho também depende de outros fatores, como a arquitetura do processador, a eficiência dos núcleos individuais, a capacidade de cache, a velocidade do clock e a otimização do software. Portanto, nem sempre uma maior quantidade de núcleos resulta em um melhor processamento, e é importante considerar o contexto e as necessidades específicas do sistema.
7 – A resposta pode variar ao longo do tempo, pois a tecnologia avança e novos processadores são lançados regularmente. No momento do meu conhecimento (corte de conhecimento em setembro de 2021), alguns exemplos de processadores com um grande número de núcleos são o AMD Ryzen Threadripper 3990X, que possui 64 núcleos, e o Intel Xeon Phi 7290F, que possui 72 núcleos. No entanto, é importante consultar fontes atualizadas para obter as informações mais recentes sobre os processadores com maior quantidade de núcleos disponíveis
.
8 – A quantidade ideal de núcleos em um processador depende do caso de uso e dos requisitos específicos da aplicação. Para tarefas altamente paralelas e otimizadas para processamento em paralelo, ter um maior número de núcleos pode resultar em um melhor desempenho. No entanto, nem todas as aplicações são facilmente paralelizáveis, e alguns programas podem ter um limite superior em relação ao benefício de adicionar mais núcleos. Além disso, a escalabilidade e a eficiência energética também são considerações importantes. Portanto, a quantidade ideal de núcleos pode variar dependendo do cenário e das restrições específicas.
9 – Os servidores de pesquisa do Google e os servidores de processamento de imagens da NASA podem ser classificados em diferentes categorias de processamento, dependendo da forma como estão estruturados e do grau de acoplamento entre eles.
Servidores de pesquisa do Google:
Os servidores de pesquisa do Google se enquadram na categoria de processamento fortemente acoplado. Isso ocorre porque esses servidores trabalham de forma colaborativa e interdependente para fornecer resultados de pesquisa em tempo real. Eles são altamente conectados e compartilham dados e recursos de forma intensiva. O processamento ocorre de maneira distribuída, onde vários servidores trabalham em conjunto para indexar, pesquisar e retornar os resultados relevantes aos usuários. O acoplamento forte permite que os servidores de pesquisa do Google lidem com cargas de trabalho intensas e forneçam resultados de pesquisa rápidos e precisos.
Servidores de processamento de imagens da NASA:
Os servidores de processamento de imagens da NASA podem ser classificados como sistemas fracamente acoplados. Esses servidores podem lidar com o processamento de imagens e dados provenientes de várias fontes, como telescópios espaciais e missões de exploração. Embora haja certa interconexão e compartilhamento de recursos, eles geralmente operam de maneira mais independente, processando e analisando as imagens e dados de forma separada. O acoplamento é menos intenso e a coordenação entre os servidores pode ser mais flexível, dependendo das tarefas de processamento específicas.
Em resumo, os servidores de pesquisa do Google são considerados fortemente acoplados devido à sua intensa colaboração e compartilhamento de recursos, enquanto os servidores de processamento de imagens da NASA são classificados como fracamente acoplados, pois operam de maneira mais independente, processando dados de forma separada.
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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 (Single Instruction, Multiple Data): uma única instrução (colher néctar de rosas) é aplicada a vários fluxos de dados simultaneamente (operárias).
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
Um multiprocessador é um sistema de computador com duas ou mais unidades centrais de processamento (CPUs) compartilhando acesso total a uma RAM. Com o objetivo de aumentar a velocidade de execução do sistema, tolerância a falhas e o casamento de aplicativos.
Existem dois tipos de multiprocessadores, um é denominado multiprocessador de memória compartilhada e outro é multiprocessador de memória distribuída. Em multiprocessadores de memória compartilhada, todas as CPUs compartilham a memória comum, mas em um multiprocessador de memória distribuída, cada CPU tem sua própria memória privada.
Um sistema multicomputador é um sistema de computador com vários processadores conectados entre si para resolver um problema. Cada processador tem sua própria memória e é acessível por aquele processador específico e esses processadores podem se comunicar entre si por meio de uma rede de interconexão.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores
Existem três tipos de multiprocessadores, distinguidos pelo modo como a memória compartilhada é implementada.
– 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): alguns acessos à memória são mais rápidos do que outros, dependendo de que processador pede.
– Multiprocessadores COMA (Cache Only Memory Access – Acesso Somente à Memória Cache)
4 – Explique as classificações de Multicomputadores
MPP – Multicomputadores massivamente paralelos
• Múltiplas memórias locais
• Nós se comunicam por troca de mensagens
• Interconectados por rede de alta velocidade
• Boa escalabilidade (muitos processadores)
• Programação mais complexa
COW – redes de estações dedicadas ao processamento paralelo
• Interconectadas por redes padrão ou de baixa latência
• Máquina otimizada para operações paralelas (headless workstation)
• Principais otimizações são feitas no software (SO é “enxugado” e vários servidores desabilitados)
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
Ocorrerá uma condição de corrida (race condition) no barramento, onde os sinais de solicitação e resposta podem colidir, causando um conflito. Isso pode levar a erros de leitura ou gravação de dados, bem como atrasos no acesso 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.
A quantidade de núcleos em um processador não é o único fator determinante para o desempenho e processamento geral de um sistema. Embora um processador com mais núcleos têm a capacidade de executar mais tarefas simultaneamente, isso não garante automaticamente um melhor desempenho em todas as situações. O desempenho também depende da velocidade do clock, tamanho do cache, eficiência de energia.
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.”
Em um Cluster, somente os computadores de um único domínio participam da computação. Na questão da segurança, em um Cluster, todos os computadores estão em um mesmo domínios interligados por uma rede LAN de alta velocidade, logo, não é necessário ter um sistema de segurança entre eles.
Na nuvem, a utilização de seus recursos parte da hipótese que os mesmos estão sempre disponíveis, apesar de a interface ser simples. Sendo assim, o usuário não possui acesso aos recursos propriamente ditos, mas somente a disponibilidade e a capacidade de processamento e armazenamento que os recursos podem proporcionar. Não se preocupam em monitorar, gerenciar e escalar os recursos.
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 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: Uma única instrução para ser executada por todas as abelhas, logo sistema SIMD, onde várias unidades de processamento executam simultaneamente a mesma instrução sobre diferentes conjuntos de dados.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
R: O multiprocessador é um sistema com dois ou mais CPUs que é capaz de executar várias tarefas ao mesmo tempo, enquanto um multicomputador é um sistema com vários processadores conectados por meio de uma rede de interconexão para executar uma tarefa de computação.
Multiprocessadores – memória partilhada (um só espaço de endereçamento partilhado por todos os processadores) ou memória distribuída (cada processador possui o seu espaço de endereçamento)
Multicomputadores – cada um dos processadores possui a sua própria memória local.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
UMA(Uniform Memory Access): todos os processadores têm acesso à mesma memória física com o mesmo tempo de acesso.
COMA (Cache-Only Memory Architecture): cada processador possui uma cache e a memória é distribuída nas caches de todos os processadores.
NUMA (Non-Uniform Memory Access): cada processador tem acesso mais rápido à sua própria memória local, mas pode acessar memória de outros processadores por meio de uma rede de interconexão. No entanto, esse acesso é mais lento do que ao acesso à memória local.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
MPP (Massively Parallel Processing): os nodos são máquinas independentes com seus próprios processadores, memória e armazenamento.
COW (Cluster of Workstations): os nodos são geralmente PCs ou estações de trabalho tradicionais, cada um com seu próprio processador, memória e sistema operacional.
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 uma situação chamada de conflito de barramento, que pode gerar atraso na execução de instruções, diminuição de desempenho, entre outros problemas.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
R: Ter mais núcleos em um processador pode melhorar o desempenho do processamento, porém deve-se levar em conta as necessidades específicas para aplicação, pois existem limites práticos devido, por exemplo, a capacidade do software utilizado para tal aplicação.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
R: AMD EPYC 9004 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.”
R: Cluster – cargas de trabalho de alta performance que necessitam de segurança e controle de dados, mais econômico a longo prazo para organizações que fazem uso constante de recursos de computação
Cloud computing – trabalhos dinâmicos e que variam ao longo do tempo, empresas que querem evitar grandes investimentos iniciais em hardware e equipes de desenvolvimento que necessitam de testes rápidos
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 acoplados? Justifique a sua resposta.
R: Servidores de Pesquisa do Google: Fortemente acoplados, trabalham de forma coordenada para processar e indexar grandes volumes de dados da web em tempo real.
Servidores de Processamento de Imagens da NASA: Fortemente acoplados, processam grandes volumes de dados de imagem e dependem da colaboração entre vários servidores para analisar, processar e gerar informações úteis a partir das imagens capturadas.
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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?
No cenário mencionado, estamos lidando com um sistema SIMD, onde uma única instrução é utilizada em vários processadores, no caso, as abelhas. Isso significa que há uma única instrução que se aplica a um conjunto de elementos.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
Multiprocessadores são arquiteturas em que todos os processadores têm acesso ao mesmo espaço de endereçamento na memória. Isso simplifica a comunicação entre processos, pois basta utilizar operações como load e store. Essa estrutura se assemelha à disposição de múltiplos processadores em uma máquina von Neumann convencional. Os processadores são interligados à memória por meio de uma rede de interconexão. Além disso, os multiprocessadores podem ser categorizados em relação à distância dos processadores até a memória e aos esquemas de coerência de cache.
Multicomputadores são caracterizados pelo fato de que cada processador tem acesso apenas à sua própria memória. Para a troca de mensagens e dados, é necessário enviar requisições pela rede de interconexão. Também conhecidos como sistemas de troca de mensagens (message passing systems), essas máquinas paralelas podem ser implementadas usando um conjunto de máquinas autônomas, ou seja, computadores tradicionais. Em relação ao compartilhamento de memória, essas máquinas são classificadas como NORMA (No Remote Memory Access). Os multicomputadores podem ser subdivididos em duas categorias.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
Uniform Memory Access (UMA): Nesse tipo de máquina, o tempo de acesso aos dados na memória é igual para todos os processadores e para todas as posições de memória. Essas arquiteturas também são conhecidas como SMP (Symmetric MultiProcessor). A forma de interconexão mais comum em UMA é o uso de barramento, e geralmente a memória é implementada com um único módulo. No entanto, um desafio significativo com esse arranjo é que o barramento e a memória podem se tornar gargalos para o sistema, limitando-o a uma única transferência por vez.
Cache Only Memory Architecture (COMA): Estes são sistemas multiprocessadores que se fundamentam em memórias cache de alta capacidade, alcançando a coerência em hardware com a atualização simultânea de dados alterados em múltiplos nós. Esta arquitetura é notavelmente complexa, resultando em um custo substancialmente elevado para essas máquinas.
Non-Uniform Memory Access (NUMA): Em multiprocessadores desse tipo, a memória é tipicamente distribuída e implementada com múltiplos módulos. Cada processador está vinculado a um módulo, mas é possível acessar os módulos associados a outros processadores. O espaço de endereçamento é compartilhado por todos os processadores, e a latência para ler ou escrever na memória pertencente a outro processador é maior do que a latência para acessar a memória local.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
Cluster of Workstations (COW), também conhecido como Network of Workstations (NOW), refere-se a máquinas construídas a partir de computadores comuns (PCs) interconectados por meio de redes tradicionais.
MPP (Massively Parallel Processors) são sistemas multicomputadores que consistem em um grande número de processadores altamente conectados por uma rede de alta velocidade. Essas arquiteturas tendem a ser de custo elevado devido ao uso de processadores especializados e redes de interconexão proprietárias.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
Cada processador terá acesso à memória de acordo com a estratégia de comutação do barramento. Um comutador determinará qual dos três processadores acessará a memória global em sequência, permitindo um acesso por vez.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
A ideia de que “um maior número de núcleos resulta em um melhor processamento” não se aplica de forma absoluta. A eficácia de ter múltiplos núcleos depende das tarefas que o processador deve executar e da habilidade do software em aproveitar o paralelismo. Em muitos cenários, um número moderado de núcleos bem otimizados pode proporcionar um desempenho excepcional, sem os possíveis desafios associados a processadores com um excesso de núcleos.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
O processador da AMD com a maior quantidade de núcleos atualmente é o que conta com 96 núcleos (AMD EPYC 9004).
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.”
Utilize um “cluster” para processamentos intensivos e altamente paralelizáveis, onde a comunicação entre os nós é crucial. Opte pelo “cloud computing” para cargas de trabalho variáveis, escalabilidade sob demanda e acesso a recursos diversificados em diferentes locais geográficos
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 são classificados como processamento fortemente acoplado, já que operam de maneira altamente coordenada e interdependente para indexar e apresentar os resultados de pesquisa.
Quanto aos servidores de processamento de imagens da NASA, sua classificação depende da natureza específica da tarefa em questão. Se envolvidos em tarefas de processamento de imagens que demandam uma comunicação intensiva entre os nós para coordenação, seriam considerados fortemente acoplados. Por outro lado, se estiverem realizando tarefas independentes de processamento de imagens que podem ser distribuídas sem necessidade de muita comunicação entre os nós, se assemelhariam a um sistema fracamente 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?
Como temos apenas uma instrução para todas as abelhas podemos classifica-las como SIMD, ao qual uma única tarefa é executada por várias unidades simultaneamente
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
Um multiprocessador é um sistema que possui duas ou mais CPUs e pode lidar com várias tarefas ao mesmo tempo já o multicomputador é um sistema em que várias CPUs estão conectadas através de uma rede para trabalhar em conjunto para um única tarefa.
Multicomputadores – em sistemas desse tipo, cada processador possui sua própria memória local.
Multiprocessadores- é possível encontrar dois tipos de configurações de memória: a memória compartilhada, onde todos os processadores utilizam o mesmo espaço de endereçamento, e a memória distribuída, em que cada processador possui seu próprio espaço de endereçamento.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
COMA (Cache-Only Memory Architecture) cada processador está equipado com sua própria cache, e a memória é distribuída entre as caches de todos os processadores.
(UMA) Na Uniform Memory Access todos os processadores conseguem acessar a mesma memória física com a mesma latência.
NUMA ou Non-Uniform Memory Access proporciona acesso mais rápido à memória local para cada processador, mas permite um acesso mais lento à memória de outros processadores através de uma rede de interconexão.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
COW No modelo de Cluster de Estações de Trabalho, os nós costumam ser computadores pessoais ou estações de trabalho convencionais, cada um deles equipado com seu próprio processador, memória e sistema operacional.
MPP: os nós são sistemas independentes, cada um com seus próprios processadores, memória e armazenamento.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
Um conflito de barramento pode surgir o que resulta em atrasos na execução de instruções, redução de desempenho e outros problemas associados.
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 depende da demanda do usuário e também seguindo a premissa de que mais núcleos são benéficos para tarefas paralelas mas podem não melhorar o desempenho em tarefas únicas.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
A nova linha AMD EPYC 9004, construída com a arquitetura de núcleo Zen 4, ferece processadores com até 96 núcleos em uma única unidade.
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.”
Clustering: tarefas paralelizáveis, baixa latência e controle total.
Cloud computing: tarefas com compartilhamento de recursos, manutenção simplificada e alta 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.
Google se enquadra na categoria de processamento fortemente acoplado já que lidam com buscas independentes na web precisam de uma alta coordenação entre os servidores.
A NASA com os servidores de processamento de imagens são classificados como fortemente acoplados sendo que executam tarefas complexas com interdependências de processamento.
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1- RESP: O sistema a mencionado acima é o sistema SIMD (Single Instruction, Multiple Data), pois todas as abelhas operarias estão executando a mesma instrução ao mesmo tempo mas em locais diferentes.
2- RESP: Ambos são arquiteturas de computação paralela. Os multicomputadores são baseados em vários computadores independentes conectados por uma rede de comunicação e os multiprocessadores são diversos processadores que dividem uma memória principal.
O sistema de memória dos multicomputadores consiste em cada computador possuir uma memória local, separada das demais. A comunicação entre os computadores necessita de troca de mensagens através da rede. Já a memória dos multiprocessadores, é baseada no compartilhamento da memória principal.
3- RESP:
UMA- (Uniform Memory Access – Acesso à Memória Uniforme). Cada CPU tem o mesmo tempo de acesso a todos os módulos de memória.
Multiprocessadores NUMA e COMA a propriedade de uniformidade não é válida.
COMA- (Cache Only Memory Access – Acesso Somente à Memória Cache). COMA caches têm muito mais capacidade que uma cache tradicional. Essa arquitetura tem suporte de hardware para a replicação efetiva do mesmo bloco de cache em múltiplos nós o que reduz tempo global para pegar informações.
NUMA- (NonUniform Memory Access – Acesso Não-Uniforme à Memória). Possui Memória Distribuída, espaço de endereçamento único, memória implementada com múltiplos módulos associados à cada processador, comunicação processador-memórias não locais através da infraestrutura de comunicação e tempo de acesso à memória local < tempo de acesso às demais.
4- RESP:
MPP – (Massively Parallel Processors). Possui como características: Multicomputadores massivamente paralelos, múltiplas memórias locais, nós se comunicam por troca de mensagens, interconectados por rede de alta velocidade, boa escalabilidade (muitos processadores) e programação mais complexa.
COW – (Cluster of Workstations). Possui como características: redes de estações dedicadas ao processamento paralelo, interconectadas por redes padrão ou de baixa latência, máquina otimizada para operações paralelas e as principais otimizações são feitas no software.
5- RESP: Irá acontecer um conflito de barramento, o que pode acarretar alguns problemas e atrasos no processo.
6- RESP: A quantidade de núcleos não necessariamente é o único ponto que deve ser analisado para determinar um bom processamento. Devem ser analisados outros quesitos como: frequência de clock, cache, arquitetura, dentre outros pontos.
7- RESP: AMD EPYC 9004 têm até 96 núcleos e quebra mais de 300 recordes
8- RESP: O Cluster deve ser utilizado para situações que envolvem um trabalho mais pesado, se há ocorrência de baixa latência dentre outras. Comumente em empresas que atendem alta demanda em sites e que usam torres de servidores.
Cloud Computing quando é necessário realizar trabalhos variáveis e/ou imprevisíveis, economia do espaço, centralização de informação, trabalho remoto etc. É ideal para
empresas com sedes ao redor do mundo ou em diferentes ambientes de trabalho, abrangendo locais remotos.
9- RESP: Google – Utiliza um sistema bem distribuído e fortemente acoplado já que seja possível coordenar e processar muitos dados e processos da web.
Nasa – Os servidores de processamento de imagens podem ser classificados como Fortemente Acoplado, nesse caso vários servidores trabalham em conjunto. Também são utilizados servidores fracamente acoplados para tarefas que não necessitam tanta coordenação entre os servidores.
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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?
Trata de um sistema MIMD, pois cada tarefa independe da outra, ou seja, cada uma das abelhas não dependem do trabalho de outra abelha para realizar o seu. Dessa maneira, a coleta é realizada em diferentes fontes.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
O multiprocessador é um sistema de computadores com duas ou mais unidades centrais de processamento, os quais compartilham de acesso total a uma RAM comum. Um dos principais objetivos dessa aplicação é aumentar a velocidade de execução do sistema. Existem dois tipos de multiprocessadores, os de memória compartilhada, onde todos os CPUs compartilham de uma memória em comum, e os de memória distribuída, onde cada CPU possui sua própria memória.
Por sua vez, multicomputador é um sistema de computadores com vários processadores conectados entre si, de forma que, cada processador tem sua própria memória. Esses processadores podem se comunicar entre si através de uma rede de interconexão. Através dessa aplicação, é possível dividir a tarefa entre os processadores, dessa forma, pode ser utilizado como uma computação distribuída.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
UMA (Acesso Uniforme à Memória) é utilizado um controlador de memória único, sua largura de banda é restrita ou limitada, onde sua aplicação está em aplicativos de uso geral e aplicativos de compartilhamento de tempo.
NUMA (Acesso Não Uniforme à Memória) nele um controlador de memória diferente é utilizado, sendo mais rápido do que o UMA, tendo suas aplicações para aplicativos em tempo real e aplicativo de tempo crítico
COMA(Cache Only Memory Architecture), nesse tipo, cada modulo de memória compartilhada na máquina é um cache, onde cada linha de memória possui uma etiqueta com o endereço e estado da linha.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
MPP (Massively Parallel Processors), são multicomputadores compostos por uma grande quantidade de processadores, os quais estão acoplados por uma forte rede de alta velocidade. Em sua maioria, são arquiteturas de um custo elevado, pois utilizam processadores específicos e uma rede de interconexão própria.
COW (Cluster of Workstations), são máquinas construídas a partir de computadores comuns ligados por redes de interconecção tradicional. Tal sistema cluster trata de um conjunto de computadores conectados em rede para o desenvolvimento de processamento paralelo.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
Irá ocorrer um conflito entre os processadores, gerando erros ou deixando o processo lento.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
Não necessariamente, é fato que existe uma importância significativa na quantidade de núcleos com a velocidade de processamento, porém a capacidade da linguagem de programação utilizada em quebrar as tarefas em vários “threads”, de forma que eles alimentam os núcleos. Assim sendo, a quantidade de núcleos preciso estar em harmonia com a capacidade de se ter “threads” o suficiente para alimentar eles.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
Atualemente, de acordo com a pesquisa realiza, o processador da AMD EPYC 9004 possui 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.”
Situações que valem a pena utilizar o “cluster”:
– Crescimento exponencial
– Disponibilidade
– Cálculos complexos
– Grande crescimento na base de dados
– Expansão geográfico e descentralização de dados
– Aplicações de contâiners escaláveis
Situações que valem a pena utilizar o “cloud computing”:
– Para dispensar o hardware
– Para aumentar a segurança
– Colocar todos no mesmo nível
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 da GOOGLE quanto os da NASA tratam-se de um processamento fortemente acoplado, pois em ambos, tratam de um sistema que pode realizar mais de um programa ao mesmo tempo.
SITES UTILIZADOS NAS RESPOSTAS
https://acervolima.com/introducao-de-multiprocessador-e-multicomputador-1/
Clique para acessar o SistemasMulticomputadores.pdf
https://acervolima.com/diferenca-entre-uniform-memory-access-uma-e-non-uniform-memory-access-numa/
https://www.controle.net/faq/o-que-e-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?
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
Multicomputadores e multiprocessadores são duas arquiteturas de computação paralela que têm diferenças significativas em termos de organização de hardware e sistemas de memória.
Multiprocessadores (ou Sistemas Paralelos Compartilhados):
Organização de Hardware: Em sistemas multiprocessadores, várias CPUs (Unidades de Processamento Central) compartilham um único espaço de memória principal. Isso significa que todas as CPUs têm acesso direto à mesma memória RAM. Sistema de Memória: Os sistemas multiprocessadores têm um sistema de memória compartilhada, o que significa que todas as CPUs podem ler e escrever nos mesmos endereços de memória. Esse tipo de arquitetura é conhecido como SMP (Symmetric Multiprocessing). Exemplos de sistemas multiprocessadores incluem servidores multi-soquetes com várias CPUs Intel Xeon ou AMD EPYC que compartilham a mesma memória.
Exemplo de Multiprocessador: Um servidor empresarial que possui várias CPUs Intel Xeon ou AMD EPYC e compartilha a mesma memória RAM para executar várias tarefas, como servidores de banco de dados ou servidores de aplicativos em data centers.
Multicomputadores (ou Sistemas Paralelos Distribuídos):
Organização de Hardware: Em sistemas multicomputadores, cada CPU possui sua própria memória local e não compartilha memória com outras CPUs. Os computadores podem ser conectados em rede, mas não compartilham a memória física. Sistema de Memória: Cada CPU em um sistema multicomputador tem sua própria memória local, e as CPUs podem trocar informações usando comunicação em rede. Os sistemas multicomputadores são frequentemente usados em clusters de computadores, onde cada nó do cluster é uma unidade de processamento independente. Exemplos incluem clusters de servidores que executam tarefas de processamento distribuído, como clusters de computação de alto desempenho (HPC).
Exemplo de Multicomputador: Um cluster de computadores que consiste em várias máquinas independentes interconectadas por meio de uma rede, onde cada máquina tem sua própria memória e processador. Isso é comumente usado em ambientes de computação de alto desempenho (HPC) para executar tarefas que podem ser divididas em pedaços menores e processadas em paralelo em diferentes nós do cluster.
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?
Conflito no Barramento: Quando três processadores tentam acessar a memória global ao mesmo tempo, pode ocorrer um conflito no barramento de memória. Isso acontece porque o barramento pode lidar com uma única solicitação de cada vez. Os processadores precisam competir para acessar o barramento, resultando em atrasos. Acesso Concorrente: Em alguns sistemas, o hardware pode ser projetado para permitir um certo grau de acesso simultâneo, o que significa que os processadores podem obter acesso ao barramento em uma ordem determinada ou em rodadas. No entanto, o acesso concorrente normalmente é limitado e, se muitos processadores estão tentando acessar ao mesmo tempo, ainda pode haver atrasos e contenção no barramento. Política de Arbitragem: O sistema pode ter uma política de arbitragem que determina como os conflitos no barramento são resolvidos. A política pode ser baseada em prioridades, rodízio ou outras estratégias de gerenciamento de acesso ao barramento. Atrasos e Contenção: A consequência mais comum de três processadores tentando acessar a memória global exatamente no mesmo instante é que haverá atrasos e contenção, e os processadores precisarão aguardar sua vez para acessar o barramento. Isso pode levar a uma redução no desempenho do sistema, uma vez que os processadores não podem acessar a memória tão rapidamente quanto gostariam.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
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:
Cargas de trabalho altamente paralelizáveis: Clusters são ideais para tarefas que podem ser divididas em pedaços menores que podem ser processados simultaneamente. Isso é comum em simulações científicas, análises de dados em larga escala, renderização de gráficos 3D, modelagem climática, entre outros.
Recursos de hardware específicos: Se sua carga de trabalho requer recursos de hardware específicos que não estão prontamente disponíveis na nuvem, um cluster permite o controle total sobre a configuração de hardware.
Desempenho previsível: Em alguns casos, um cluster dedicado pode oferecer desempenho mais previsível e consistente do que a nuvem, uma vez que não está sujeito a variações no compartilhamento de recursos de nuvem.
Segurança e privacidade: Se você tem preocupações com a segurança e a privacidade dos dados e deseja manter o controle total sobre o ambiente de computação, um cluster pode ser uma escolha apropriada.
Cloud Computing:
Elasticidade e escalabilidade: A nuvem é ideal quando você precisa de flexibilidade para aumentar ou diminuir recursos de computação conforme necessário. Você paga apenas pelo que usa.
Cargas de trabalho variáveis: Se suas necessidades de computação variam ao longo do tempo, a nuvem permite a adaptação rápida a essas mudanças, o que pode ser mais econômico do que manter um cluster constante.
Acesso global: A nuvem oferece a capacidade de disponibilizar recursos de computação em várias regiões geográficas, permitindo acesso global e latência reduzida para usuários em diferentes partes do mundo.
Facilidade de gerenciamento: A nuvem geralmente simplifica o gerenciamento de recursos de computação, pois os provedores de nuvem cuidam da manutenção, atualização e monitoramento do hardware e do software subjacentes.
Custos variáveis: Cloud computing geralmente envolve custos variáveis baseados no uso, o que pode ser benéfico para empresas que desejam evitar grandes investimentos iniciais em hardware.
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 em diferentes categorias de processamento, com base em seus requisitos de acoplamento, escalabilidade e natureza das cargas de trabalho. Vou explicar onde eles se encaixam:
Servidores de Pesquisa do Google: Os servidores de pesquisa do Google se enquadram na categoria de processamento fracamente acoplado. Aqui estão as justificativas:
Escalabilidade Massiva: O Google lida com um volume extremamente grande de consultas de pesquisa a cada segundo. Para acomodar essa carga de trabalho, eles usam uma arquitetura distribuída na qual milhares de servidores independentes (nós) trabalham em conjunto. Cada servidor é responsável por indexar e pesquisar uma parte do conteúdo da web, e os resultados são agregados. Essa abordagem de processamento distribuído é um exemplo de acoplamento fraco.
Independência dos Nós: Cada nó no cluster do Google é relativamente independente e opera de forma autônoma. Eles não compartilham memória ou estado de forma significativa. O acoplamento entre os nós é mínimo, pois cada nó realiza tarefas separadas, sem a necessidade de comunicação intensiva entre eles.
Escalabilidade Horizontal: O Google adota uma abordagem de escalabilidade horizontal, adicionando mais servidores à medida que a demanda aumenta. Isso é característico de sistemas fracamente acoplados, nos quais os componentes podem ser dimensionados independentemente.
Servidores de Processamento de Imagens da NASA: Os servidores de processamento de imagens da NASA podem se encaixar em ambas as categorias, dependendo da arquitetura específica e dos requisitos das cargas de trabalho. Aqui estão as justificativas:
Fortemente Acoplado (Possível): Se os servidores de processamento de imagens da NASA estiverem envolvidos em tarefas que exigem uma comunicação intensiva entre os nós, compartilhamento de memória ou coordenação intensiva entre eles, eles podem ser considerados fortemente acoplados. Por exemplo, simulações complexas ou análises que exigem a sincronização e o compartilhamento de dados em tempo real entre os nós se encaixariam nessa categoria.
Fracamente Acoplado (Possível): Por outro lado, se os servidores de processamento de imagens da NASA estiverem realizando tarefas independentes que não requerem comunicação intensiva ou sincronização, eles podem ser considerados fracamente acoplados. Por exemplo, o processamento em lote de grandes conjuntos de imagens que podem ser distribuídos entre os nós para processamento separado sem a necessidade de comunicação constante.
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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, apenas um fluxo de instrução, mas possuem múltiplas unidades de cálculo.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
Multiprocessador é um sistema com duas ou mais unidades de processamento central (CPUs) que é capaz de realizar várias tarefas, enquanto um multicomputador é um sistema com vários processadores conectados por meio de uma rede de interconexão para realizar uma tarefa de computação.
Um sistema multiprocessador é um único computador que opera com várias CPUs, enquanto um sistema multicomputador é um cluster de computadores que opera como um único computador.
Sistema de memoria de um multiprocessador:
Como um uniprocessador, como instrução única, fluxo de dados único (SISD).
Como um multiprocessador, como instrução única, fluxo de dados múltiplos (SIMD), que geralmente é usado para processamento de vetor.
Várias séries de instruções em uma única perspectiva, como várias instruções, fluxo de dados único (MISD), que é usado para descrever processadores hyper-threading ou pipelined.
Dentro de um único sistema para executar várias séries individuais de instruções em várias perspectivas, como instruções múltiplas, fluxo de dados múltiplos (MIMD).
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
UMA (Uniform Memory Access):
Na arquitetura UMA, todos os processadores têm acesso uniforme à memória compartilhada. Isso significa que cada processador pode acessar qualquer local na memória com latência e largura de banda semelhantes.
Geralmente, os sistemas UMA são implementado com um barramento de memória compartilhada ou comutadores de alta velocidade que proporcionam um acesso igualitário à memória.
COMA (Cache-Only Memory Architecture):
A arquitetura COMA é uma extensão da UMA, onde a memória é distribuída e compartilhada de forma mais flexível. Cada processador possui sua própria memória cache local, mas a memória física é compartilhada entre todos os processadores.
Nesse cenário, os processadores podem acessar a memória diretamente de suas caches locais ou, se a informação não estiver presente, recuperá-la de outras caches ou da memória física compartilhada.
NUMA (Non-Uniform Memory Access):
Os sistemas NUMA têm uma organização de memória não uniforme, o que significa que o acesso à memória pode ter latências variáveis dependendo da localização da memória em relação ao processador solicitante.
Nesse caso, a memória é distribuída em módulos interconectados, e cada processador possui acesso mais rápido à memória próxima e acesso mais lento à memória remota
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
MPP (Massively Parallel Processing):
MPPs são sistemas de computação paralela de alto desempenho projetados para executar tarefas complexas em paralelo.
Eles consistem em um grande número de nós de processamento (ou processadores) interconectados por uma rede de alta velocidade.
Cada nó de processamento é um processador independente com sua própria memória local e pode executar tarefas de forma independente.
COW (Cluster of Workstations):
Os COWs são uma forma de multicomputadores MIMD que consistem em uma coleção de estações de trabalho (workstations) ou computadores pessoais interconectados em uma rede.
Cada workstation em um COW é um nó de processamento independente com seu próprio sistema operacional e memória.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
Quanto maior a quantidade de nucleos melhor o processamento, pois ele irá realizar varias atividades com vários nucleos por isso, entregando um tempo de resposta mais curto.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
AMD EPYC 64C 2GHz e somando 8.730.112 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 clusters quando demanda um alto processamente de dados imediato como por exemplo provedores de internet ou sites e-commerce, que demandam alta disponibilidade e balanceamento de carga de forma escalável.
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.
Servidores de Pesquisa do Google:
Acoplamento: Fracamente acoplado.
Porque os servidores de pesquisa do Google são projetados para lidar com a indexação, busca e recuperação de informações da web em larga escala.
Eles operam em um ambiente de processamento distribuído, onde várias máquinas de servidores trabalham em conjunto para fornecer resultados de pesquisa aos usuários
Esses servidores podem funcionar de forma relativamente independente, com uma coordenação mínima entre eles.
Servidores de Processamento de Imagens da NASA:
Acoplamento: Fortemente acoplado.
Os servidores de processamento de imagens da NASA são frequentemente usados para processar e analisar grandes volumes de dados de imagens provenientes de telescópios, sondas espaciais e outros instrumentos de observação.
Esses servidores geralmente operam em um ambiente de processamento intensivo, onde a análise de imagens pode ser altamente complexa e envolver múltiplos estágios.
O acoplamento é mais forte porque esses servidores podem exigir uma coordenação significativa entre os processadores para processar, combinar e analisar as imagens, além de executar algoritmos complexos para extrair informações científicas.
Os dados de imagem muitas vezes precisam ser compartilhados, combinados e processados em conjunto, tornando esses sistemas fortemente acoplados para atender aos requisitos das tarefas de análise de imagem científica.
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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: A história das abelhas é como um sistema SIMD, onde uma instrução é usada
para várias tarefas ao mesmo tempo.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de
memória de cada um e exemplifique-os.
R: Multicomputadores são vários computadores conectados, cada um com sua
própria memória. Multiprocessadores são vários processadores compartilhando a
mesma memória.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
R: Na arquitetura COMA, cada processador tem sua própria memória cache e a
memória principal é dividida entre essas caches.
No sistema UMA, todos os processadores usam uma memória compartilhada e
todos levam o mesmo tempo para acessá-la.
E no sistema NUMA, cada processador acessa mais rápido sua própria memória
local, mas demora mais para acessar a memória que está com outros
processadores.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
R: Em um Cluster de Estações de Trabalho (COW), cada nó é um PC comum com
seu próprio processador e memória. No MPP, cada nó é um computador
independente com seu processador, memória e lugar para guardar 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: Se três processadores tentarem acessar a memória ao mesmo tempo, terá uma
espera, pois só um pode acessar de cada vez.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é
o seu processamento? Justifique a sua resposta.
R: Ter mais núcleos ajuda, mas não é só isso que conta. O software e outras partes
do processador também são importantes.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
R: AMD EPYC 9004 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.”
R: Clusters são bons para controle e desempenho alto, e cloud computing é melhor
para facilidade e menos custo com hardware.
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 do Google e da NASA são fortemente acoplados. Eles precisam
trabalhar juntos rapidamente e de forma bem organizada para lidar com muitas
informações ao mesmo tempo.
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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: Provido que a informação partiu de apenas uma instrução e ela gerou diversas tarefas este sistema é SIMD (instrução única e múltiplos dados).
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
R: Multicomputadores são sistemas distribuídos compostos por múltiplos computadores independentes, cada um com sua própria memória e processador, que se comunicam por meio de uma rede, compartilhando tarefas e dados. Em contraste, multiprocessadores são sistemas nos quais vários processadores compartilham uma única memória física, permitindo maior interação entre as CPUs e acesso mais rápido aos dados compartilhados. Um exemplo de multicomputador é um cluster de servidores em um data center, enquanto um exemplo de multiprocessador é uma máquina com várias CPUs compartilhando a mesma RAM, como servidores em um sistema de banco de dados em memória.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
R: UMA (Uniform Memory Access) é uma categoria de multiprocessadores em que todos os processadores têm acesso à memória com a mesma velocidade, proporcionando uma distribuição equitativa dos recursos, o que simplifica o gerenciamento, mas pode limitar a escalabilidade.
NUMA (Non-Uniform Memory Access) é uma categoria de multiprocessadores em que a velocidade de acesso à memória varia, dependendo da proximidade física dos processadores à memória compartilhada, permitindo escalabilidade, mas requer um gerenciamento mais complexo.
COMA (Cache-Only Memory Architecture) é uma categoria de multiprocessadores que se baseia na distribuição da memória em caches, favorecendo um compartilhamento flexível e eficiente, embora a coesão e consistência dos dados possam ser desafiadoras de gerenciar devido à complexidade das conexões de cache.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
R: MPP (Massively Parallel Processing) é uma classificação de multicomputadores em que muitos processadores independentes trabalham em paralelo para resolver tarefas computacionais complexas. Cada processador possui sua própria memória e sistema operacional, e a comunicação entre os processadores é realizada por meio de uma rede de alta velocidade. Essa abordagem é adequada para cargas de trabalho intensivas, como simulações científicas e análises de dados em larga escala.
COW (Cluster of Workstations) é uma categoria de multicomputadores em que um grupo de computadores pessoais ou estações de trabalho é interconectado para compartilhar recursos de forma eficiente. Cada estação de trabalho é usada como um nó no cluster e mantém sua memória e sistema operacional. Os COWs são frequentemente usados em ambientes de computação distribuída, como aplicativos da web e processamento de carga de trabalho variável, oferecendo flexibilidade e custos mais baixos em comparação com servidores dedicados.
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 um multiprocessador com barramento compartilhado, quando três processadores tentam acessar a memória global exatamente no mesmo instante, ocorre uma situação de contenção no barramento. Como o barramento é um recurso compartilhado, apenas um processador pode acessá-lo de cada vez, resultando em atrasos significativos para os processadores que não conseguem acessar a memória imediatamente. Esse conflito pode levar a um gargalo de desempenho, prejudicando a eficiência do sistema, e os processadores devem aguardar sua vez para acessar a memória, o que pode aumentar a latência das operações de leitura e escrita. É importante destacar que, em sistemas desse tipo, a contenção no barramento é um dos desafios a serem gerenciados para otimizar o desempenho global.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
R: A quantidade de núcleos em um processador não é o único fator determinante para o desempenho. A eficácia do processamento depende do equilíbrio entre a carga de trabalho e a capacidade de paralelismo do software. Ter mais núcleos é benéfico para tarefas que podem ser divididas em múltiplas threads, como renderização 3D, simulações científicas ou servidores de alto tráfego. No entanto, para tarefas de software que não podem ser facilmente paralelizadas, ter mais núcleos pode não proporcionar ganhos significativos de desempenho. Portanto, o valor real da quantidade de núcleos depende do uso específico e da otimização do software para aproveitar o paralelismo, tornando a relação entre núcleos e desempenho um equilíbrio importante a ser considerado.
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 Ryzen Threadripper 3990X, que possui 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.”
R: Clusters são adequados para cargas de trabalho que exigem alto desempenho e processamento intensivo, como simulações científicas, análises de big data ou renderização de imagens, pois distribuem a carga entre vários nós para acelerar o processamento. Por outro lado, a computação em nuvem é ideal para cenários em que a escalabilidade, a flexibilidade e a disponibilidade são prioridades, sendo útil para aplicativos da web, armazenamento de dados, recuperação de desastres e cargas de trabalho variáveis, onde os recursos podem ser alocados e dimensionados de acordo com as necessidades, sem a necessidade de investimento em hardware físico. A escolha entre cluster e computação em nuvem depende das características específicas e dos requisitos de sua carga de trabalho.
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 podem ser considerados fracamente acoplados, uma vez que os servidores processam consultas de pesquisa de forma independente, com pouca coordenação direta entre eles. Isso permite escalabilidade e rápida recuperação de informações em uma vasta rede de servidores distribuídos. Por outro lado, os servidores de processamento de imagens da NASA podem variar em sua classificação. Se estiverem altamente interconectados e coordenados para tarefas de processamento intensivo, podem ser considerados 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: De acordo com o texto o sistema mencionado é um MIMD, pois todas as abelhas estão executando a mesma tarefa (colher néctar das rosas) em conjunto.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
R: Multicomputador é um sistema de computadores em que há vários processadores que estão conectados entre si para resolver um determinado problema, cada processador possui memória única e podem “conversar” entre si por meio de uma rede de interconexão.
Um exemplo de multicomputadores é um Cluster de sistemas interconectados.
Multiprocessador é um sistema de memória em que com duas ou mais unidades centrais de processamento, ou seja, as CPUs, estas possuem acesso total a uma memória RAM. Seu principal objetivo é aumentar a velocidade de execução das atividades do sistema.
Tipos de multiprocessadores: multiprocessador de memória compartilhada (todos os processadores compartilham a memória comum) e multiprocessador de memória distribuída (cada CPU tem sua memória privada).
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
R: UMA: 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: Assemelham-se a uma arquitetura NUMA, onde cada nó de processamento possui uma parte da memória global.
NUMA: Todos os processadores têm acesso a toda memória.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
R: MPP: apresentam um grande número de processadores independentes (centenas ou milhares) que trabalham em conjunto para processar grandes quantidades de dados. Os processadores em MPP são tipicamente organizados em nós de processamento, que são conectados por meio de uma rede de interconexão de alta velocidade.
COW: são compostos por um conjunto de estações de trabalho independentes, que são conectadas por meio de uma rede de interconexão de alta velocidade. Apresentam estação e 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: Por conta dos processadores tentarem ter acesso à memória global simultaneamente, os processadores certamente entrariam em conflito, causando uma lentidão dos mesmos.
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, caso o hajam mais núcleos do que o necessário para executar a atividade do usuário, a quantidade de núcleos não deixariam o processo mais rápido.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
R: O processador maior quantidade de núcleos é o AMD EPYC 9004, apresentando 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: Caso necessite de um processamento mais leve, escalável e sob demanda, é recomendado um cloud computing. Caso queira um processador com alta quantidade de armazenamento necessária, é recomendado um 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.
R: Os dois tipos de servidores são de processamento fortemente acoplado, por dependerem entre si para realizar várias tarefas.
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UTFPR – CAMPUS CORNÉLIO PROCÓPIO
Prof. André Luiz Przybysz
Organização de Computadores
Questões sobre Multicores, Multiprocessadores e Multicomputadores
Aluno: Rafael Spitzer Cardoso da Silva.
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?
R: De acordo com o texto o sistema mencionado é um MIMD, pois todas as abelhas estão trabalhando (processando) na mesma tarefa (colher néctar das rosas) em conjunto.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
R: Multicomputador é um sistema de computadores em que há vários processadores que estão conectados entre si para resolver um determinado problema, cada processador possui memória única e podem “conversar” entre si por meio de uma rede de interconexão.
Um exemplo de multicomputadores é um Cluster de sistemas interconectados.
Multiprocessador é um sistema de memória em que com duas ou mais unidades centrais de processamento, ou seja, as CPUs, estas possuem acesso total a uma memória RAM. Seu principal objetivo é aumentar a velocidade de execução das atividades do sistema.
Tipos de multiprocessadores: multiprocessador de memória compartilhada (todos os processadores compartilham a memória comum) e multiprocessador de memória distribuída (cada CPU tem sua memória privada)
.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
R: UMA: 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: Assemelham-se a uma arquitetura NUMA, onde cada nó de processamento possui uma parte da memória global.
NUMA: Todos os processadores têm acesso a toda memória.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
R: MPP: tem um grande número de processadores independentes (centenas ou milhares) que trabalham em conjunto para processar grandes quantidades de dados. Os processadores em MPP são tipicamente organizados em nós de processamento, que são conectados por meio de uma rede de interconexão de alta velocidade.
COW: são compostos por um conjunto de estações de trabalho independentes, que são conectadas por meio de uma rede de interconexão de alta velocidade. Apresentam estação e 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: Por conta dos processadores tentarem ter acesso à memória global simultaneamente, os processadores certamente entrariam em conflito, causando uma lentidão dos mesmos.
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, caso o hajam mais núcleos do que o necessário para executar a atividade do usuário, a quantidade de núcleos não deixariam o processo mais rápido.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
R: O processador maior quantidade de núcleos é o AMD EPYC 9004, apresentando 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: Caso necessite de um processamento mais leve, escalável e sob demanda, é recomendado um cloud computing. Caso queira um processador com alta quantidade de armazenamento necessária, é recomendado um 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.
R: Os dois tipos de servidores são de processamento fortemente acoplado, por dependerem entre si para realizar várias tarefas.
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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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: De acordo com o texto o sistema mencionado é um MIMD, pois todas as abelhas estão
executando a mesma tarefa (colher néctar das rosas) em conjunto.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
R: Multicomputador é um sistema de computadores em que há vários processadores que estão
conectados entre si para resolver um determinado problema, cada processador possui memória
única e podem “conversar” entre si por meio de uma rede de interconexão.
Um exemplo de multicomputadores é um Cluster de sistemas interconectados.
Multiprocessador é um sistema de memória em que com duas ou mais unidades centrais de
processamento, ou seja, as CPUs, estas possuem acesso total a uma memória RAM. Seu
principal objetivo é aumentar a velocidade de execução das atividades do sistema.
Tipos de multiprocessadores: multiprocessador de memória compartilhada (todos os
processadores compartilham a memória comum) e multiprocessador de memória distribuída
(cada CPU tem sua memória privada)
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
R: UMA: 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: Assemelham-se a uma arquitetura NUMA, onde cada nó de processamento possui uma parte da memória global.
NUMA: Todos os processadores têm acesso a toda memória.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
R: MPP: apresentam um grande número de processadores independentes (centenas ou
milhares) que trabalham em conjunto para processar grandes quantidades de dados. Os processadores em MPP são tipicamente organizados em nós de processamento, que são conectados por meio de uma rede de interconexão de alta velocidade.
COW: são compostos por um conjunto de estações de trabalho independentes, que são conectadas por meio de uma rede de interconexão de alta velocidade. Apresentam estação e 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: Por conta dos processadores tentarem ter acesso à memória global simultaneamente, os processadores certamente entrariam em conflito, causando uma lentidão dos mesmos.
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, caso o hajam mais núcleos do que o necessário para executar a
atividade do usuário, a quantidade de núcleos não deixariam o processo mais rápido.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
R: O processador maior quantidade de núcleos é o AMD EPYC 9004, apresentando 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: Caso necessite de um processamento mais leve, escalável e sob demanda, é recomendado um cloud computing. Caso queira um processador com alta quantidade de armazenamento necessária, é recomendado um 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.
R: Os dois tipos de servidores são de processamento fortemente acoplado, por dependerem entre si para realizar várias tarefas.
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1) O cenário descrito, onde a abelha-rainha convoca todas as abelhas operárias para realizar uma tarefa específica (colher néctar de rosas), representa um sistema SIMD (Single Instruction, Multiple Data) ou “Instrução Única, Dados Múltiplos”. Nesse tipo de sistema, todas as unidades de processamento (abelhas operárias, neste caso) executam a mesma instrução simultaneamente, mas cada uma pode processar dados diferentes de forma independente. Assim, todas as abelhas estão realizando a mesma tarefa ao mesmo tempo, tornando-o um sistema SIMD.
2) Multiprocessadores:
• Compartilham uma memória física única entre vários processadores.
• A comunicação ocorre por meio dessa memória compartilhada.
• Exemplo: Placa-mãe com vários processadores compartilhando a mesma RAM.
Multicomputadores:
• Cada processador possui sua própria memória física.
• Comunicação ocorre geralmente por meio de uma rede.
• Exemplo: Cluster de computadores interconectados, onde cada nó é independente.
Comparação:
• Multiprocessadores usam memória compartilhada; Multicomputadores têm memória local para cada processador.
• Multiprocessadores comunicam-se via memória compartilhada; Multicomputadores usam uma rede para comunicação.
A escolha entre os dois depende das necessidades específicas de uma aplicação e das características desejadas em termos de comunicação e compartilhamento de recursos.
3) UMA: 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: Assemelham-se a uma arquitetura NUMA, onde cada nó de processamento possui uma parte da memória global.
NUMA: Todos os processadores têm acesso a toda memória.
4) MPP: apresentam um grande número de processadores independentes (centenas ou milhares) que trabalham em conjunto para processar grandes quantidades de dados. Os processadores em MPP são tipicamente organizados em nós de processamento, que são conectados por meio de uma rede de interconexão de alta velocidade.
COW: são compostos por um conjunto de estações de trabalho independentes, que são conectadas por meio de uma rede de interconexão de alta velocidade. Apresentam estação e trabalho de alta performance
5) Em um multiprocessador com barramento compartilhado, se três processadores tentarem acessar a memória global simultaneamente, pode ocorrer um conflito no barramento. Isso leva a atrasos, espera pelo acesso ao barramento, possíveis colisões e a necessidade de arbitragem para determinar a prioridade de acesso. Técnicas avançadas de controle de acesso, como caches e protocolos de coleta de dados, são comumente usadas para otimizar o desempenho e garantir a integridade dos dados compartilhados.
6) O benefício do aumento da quantidade de núcleos em um processador depende de vários fatores. Enquanto tarefas altamente paralelizáveis podem se beneficiar significativamente, a eficácia do aumento de núcleos também está relacionada à capacidade do software em aproveitar o paralelismo. Overhead de coordenação, tipo de tarefa, requisitos de energia e resfriamento, além de considerações de preço e complexidade, são fatores importantes a serem ponderados. Não é uma regra geral que mais núcleos resultem automaticamente em melhor desempenho, e a otimização depende do contexto específico de uso.
7) O processador com a maior quantidade de núcleos atualmente é o AMD EPYC 7763, que possui 64 núcleos e 128 threads. Esses números podem variar com novos lançamentos e avanços tecnológicos, então é recomendável verificar informações mais recentes.
8) Clusters são ideais para cargas de trabalho altamente paralelizáveis, com baixo overhead de comunicação, enquanto a computação em nuvem é preferível para flexibilidade, escalabilidade rápida e eficiência de custos em ambientes dinâmicos ou distribuídos globalmente. A escolha entre eles depende das características específicas da carga de trabalho, requisitos de desempenho e considerações financeiras.
9) Os servidores de pesquisa do Google são considerados fortemente acoplados devido à intensiva comunicação entre servidores para operações de busca e entrega de resultados. Já os servidores de processamento de imagens da NASA podem variar entre fortemente e fracamente acoplados, dependendo das tarefas específicas. A classificação exata depende da arquitetura e da natureza das operações realizadas em cada contexto, com organizações frequentemente adotando abordagens híbridas conforme a necessidade.
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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 a abelha-rainha instrui todas as abelhas operárias (mesmo que em diferentes locais) a realizar uma mesma tarefa: colher néctar de rosas.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
Os multicomputadores são formados por vários computadores independentes, cada um com sua própria memória, conectados em rede. Já um multiprocessador é o conjunto de múltiplos processadores que compartilham o mesmo espaço de memória.
Como definido no diferencial, os multicomputadores possuem sua própria memória local e para compartilhar dados é necessária uma comunicação explícita pela rede, um exemplo é a configuração Beowulf Cluster. Enquanto os multiprocessadores têm um sistema de memória unificado, o que permite um compartilhamento de dados mais rápido, porém pode levar a gargalos de desempenho, um exemplo é o IBM Blue Gene, que possui milhares de processadores.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
UMA (Uniform Memory Access): todos os processadores têm acesso à mesma memória física, de forma unificada, com a mesma velocidade e latência.
COMA (Cache-Only Memory Architecture): cada processador possui sua própria memória cache privada e a memória principal é distribuída nas caches de todos os processadores.
NUMA (Non-Uniform Memory Access): cada processador tem acesso à memória com latências diferentes, sendo a memória dividida em regiões locais e o acesso inter-regiões é feito por meio de uma rede de interconexão.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
MPP (Massively Parallel Processing): múltiplos processadores que trabalham em conjunto para realizar tarefas de maneira paralela e coordenada, porém independente, com sua própria memória e armazenamento.
COW (Cluster of Workstations): refere-se a um cluster de estações de trabalho convencionais, conectadas em rede para funcionar como um único sistema, mas cada um com seu próprio sistema operacional.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
Vai acontecer uma condição de contenção (conflito de acesso), que pode ser tanto um impasse (deadlock) ou, apenas, um atraso 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.
Não é uma regra absoluta e depende do tipo de trabalho que o processador está realizando. A eficiência do processamento não é determinada apenas pelo número de núcleos, mas também pela natureza das tarefas que o processador está executando, pela capacidade de paralelização dessas tarefas e pelo software que está sendo executado.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
AMD EPYC 9004, com 128 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 vale a pena ser utilizado em: tarefas que podem ser divididas em partes independentes, aplicações que exigem baixa latência e controle de hardware, e tarefas específicas que precisam de recursos direcionados.
O cloud computing vale como opção para: cargas de trabalho flutuantes ou imprevisíveis (que variam em escala e processo), aplicações que requerem acesso e colaboração global, e redução de custos operacionais.
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 são fracamente acoplados, isto se deve à natureza distribuída de busca, que embora seja coordenada entre os servidores para buscar e indexar páginas da web, eles operam de forma relativamente independente, e cada servidor pode funcionar como um nó de processamento de busca.
Já os servidores de processamento de imagens da NASA são fortemente acoplados, pois usam aplicações de processamento intensivo para simulações ou análises complexas, onde múltiplos servidores trabalham de forma cooperativa e coordenada.
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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 a abelha-rainha instrui todas as abelhas operárias (mesmo que em diferentes locais) a realizar uma mesma tarefa: colher néctar de rosas.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
Os multicomputadores são formados por vários computadores independentes, cada um com sua própria memória, conectados em rede. Já um multiprocessador é o conjunto de múltiplos processadores que compartilham o mesmo espaço de memória.
Como definido no diferencial, os multicomputadores possuem sua própria memória local e para compartilhar dados é necessária uma comunicação explícita pela rede, um exemplo é a configuração Beowulf Cluster. Enquanto os multiprocessadores têm um sistema de memória unificado, o que permite um compartilhamento de dados mais rápido, porém pode levar a gargalos de desempenho, um exemplo é o IBM Blue Gene, que possui milhares de processadores.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
UMA (Uniform Memory Access): todos os processadores têm acesso à mesma memória física, de forma unificada, com a mesma velocidade e latência.
COMA (Cache-Only Memory Architecture): cada processador possui sua própria memória cache privada e a memória principal é distribuída nas caches de todos os processadores.
NUMA (Non-Uniform Memory Access): cada processador tem acesso à memória com latências diferentes, sendo a memória dividida em regiões locais e o acesso inter-regiões é feito por meio de uma rede de interconexão.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
MPP (Massively Parallel Processing): múltiplos processadores que trabalham em conjunto para realizar tarefas de maneira paralela e coordenada, porém independente, com sua própria memória e armazenamento.
COW (Cluster of Workstations): refere-se a um cluster de estações de trabalho convencionais, conectadas em rede para funcionar como um único sistema, mas cada um com seu próprio sistema operacional.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
Vai acontecer uma condição de contenção (conflito de acesso), que pode ser tanto um impasse (deadlock) ou, apenas, um atraso 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.
Não é uma regra absoluta e depende do tipo de trabalho que o processador está realizando. A eficiência do processamento não é determinada apenas pelo número de núcleos, mas também pela natureza das tarefas que o processador está executando, pela capacidade de paralelização dessas tarefas e pelo software que está sendo executado.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
AMD EPYC 9004, com 128 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 vale a pena ser utilizado em: tarefas que podem ser divididas em partes independentes, aplicações que exigem baixa latência e controle de hardware, e tarefas específicas que precisam de recursos direcionados.
O cloud computing vale como opção para: cargas de trabalho flutuantes ou imprevisíveis (que variam em escala e processo), aplicações que requerem acesso e colaboração global, e redução de custos operacionais.
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 são fracamente acoplados, isto se deve à natureza distribuída de busca, que embora seja coordenada entre os servidores para buscar e indexar páginas da web, eles operam de forma relativamente independente, e cada servidor pode funcionar como um nó de processamento de busca.
Já os servidores de processamento de imagens da NASA são fortemente acoplados, pois usam aplicações de processamento intensivo para simulações ou análises complexas, onde múltiplos servidores trabalham de forma cooperativa e coordenada.
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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 a abelha-rainha instrui todas as abelhas operárias (mesmo que em diferentes locais) a realizar uma mesma tarefa: colher néctar de rosas.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
Os multicomputadores são formados por vários computadores independentes, cada um com sua própria memória, conectados em rede. Já um multiprocessador é o conjunto de múltiplos processadores que compartilham o mesmo espaço de memória.
Como definido no diferencial, os multicomputadores possuem sua própria memória local e para compartilhar dados é necessária uma comunicação explícita pela rede, um exemplo é a configuração Beowulf Cluster. Enquanto os multiprocessadores têm um sistema de memória unificado, o que permite um compartilhamento de dados mais rápido, porém pode levar a gargalos de desempenho, um exemplo é o IBM Blue Gene, que possui milhares de processadores.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
UMA (Uniform Memory Access): todos os processadores têm acesso à mesma memória física, de forma unificada, com a mesma velocidade e latência.
COMA (Cache-Only Memory Architecture): cada processador possui sua própria memória cache privada e a memória principal é distribuída nas caches de todos os processadores.
NUMA (Non-Uniform Memory Access): cada processador tem acesso à memória com latências diferentes, sendo a memória dividida em regiões locais e o acesso inter-regiões é feito por meio de uma rede de interconexão.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
MPP (Massively Parallel Processing): múltiplos processadores que trabalham em conjunto para realizar tarefas de maneira paralela e coordenada, porém independente, com sua própria memória e armazenamento.
COW (Cluster of Workstations): refere-se a um cluster de estações de trabalho convencionais, conectadas em rede para funcionar como um único sistema, mas cada um com seu próprio sistema operacional.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
Vai acontecer uma condição de contenção (conflito de acesso), que pode ser tanto um impasse (deadlock) ou, apenas, um atraso 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.
Não é uma regra absoluta e depende do tipo de trabalho que o processador está realizando. A eficiência do processamento não é determinada apenas pelo número de núcleos, mas também pela natureza das tarefas que o processador está executando, pela capacidade de paralelização dessas tarefas e pelo software que está sendo executado.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
AMD EPYC 9004, com 128 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 vale a pena ser utilizado em: tarefas que podem ser divididas em partes independentes, aplicações que exigem baixa latência e controle de hardware, e tarefas específicas que precisam de recursos direcionados.
O cloud computing vale como opção para: cargas de trabalho flutuantes ou imprevisíveis (que variam em escala e processo), aplicações que requerem acesso e colaboração global, e redução de custos operacionais.
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 são fracamente acoplados, isto se deve à natureza distribuída de busca, que embora seja coordenada entre os servidores para buscar e indexar páginas da web, eles operam de forma relativamente independente, e cada servidor pode funcionar como um nó de processamento de busca.
Já os servidores de processamento de imagens da NASA são fortemente acoplados, pois usam aplicações de processamento intensivo para simulações ou análises complexas, onde múltiplos servidores trabalham de forma cooperativa e coordenada.
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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 cenário descrito, onde a abelha-rainha convoca todas as abelhas operárias para realizar uma tarefa específica (colher néctar de rosas), representa um sistema SIMD (Single Instruction, Multiple Data) ou “Instrução Única, Dados Múltiplos”. Nesse tipo de sistema, todas as unidades de processamento (abelhas operárias, neste caso) executam a mesma instrução simultaneamente, mas cada uma pode processar dados diferentes de forma independente. Assim, todas as abelhas estão realizando a mesma tarefa ao mesmo tempo, tornando-o um sistema SIMD.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
Multiprocessadores:
• Compartilham uma memória física única entre vários processadores.
• A comunicação ocorre por meio dessa memória compartilhada.
• Exemplo: Placa-mãe com vários processadores compartilhando a mesma RAM.
Multicomputadores:
• Cada processador possui sua própria memória física.
• Comunicação ocorre geralmente por meio de uma rede.
• Exemplo: Cluster de computadores interconectados, onde cada nó é independente.
Comparação:
• Multiprocessadores usam memória compartilhada; Multicomputadores têm memória local para cada processador.
• Multiprocessadores comunicam-se via memória compartilhada; Multicomputadores usam uma rede para comunicação.
A escolha entre os dois depende das necessidades específicas de uma aplicação e das características desejadas em termos de comunicação e compartilhamento de recursos.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
UMA: 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: Assemelham-se a uma arquitetura NUMA, onde cada nó de processamento possui uma parte da memória global.
NUMA: Todos os processadores têm acesso a toda memória.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
MPP: apresentam um grande número de processadores independentes (centenas ou milhares) que trabalham em conjunto para processar grandes quantidades de dados. Os processadores em MPP são tipicamente organizados em nós de processamento, que são conectados por meio de uma rede de interconexão de alta velocidade.
COW: são compostos por um conjunto de estações de trabalho independentes, que são conectadas por meio de uma rede de interconexão de alta velocidade. Apresentam estação e 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?
Em um multiprocessador com barramento compartilhado, se três processadores tentarem acessar a memória global simultaneamente, pode ocorrer um conflito no barramento. Isso leva a atrasos, espera pelo acesso ao barramento, possíveis colisões e a necessidade de arbitragem para determinar a prioridade de acesso. Técnicas avançadas de controle de acesso, como caches e protocolos de coleta de dados, são comumente usadas para otimizar o desempenho e garantir a integridade dos dados compartilhados.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
O benefício do aumento da quantidade de núcleos em um processador depende de vários fatores. Enquanto tarefas altamente paralelizáveis podem se beneficiar significativamente, a eficácia do aumento de núcleos também está relacionada à capacidade do software em aproveitar o paralelismo. Overhead de coordenação, tipo de tarefa, requisitos de energia e resfriamento, além de considerações de preço e complexidade, são fatores importantes a serem ponderados. Não é uma regra geral que mais núcleos resultem automaticamente em melhor desempenho, e a otimização depende do contexto específico de uso.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
O processador com a maior quantidade de núcleos atualmente é o AMD EPYC 7763, que possui 64 núcleos e 128 threads. Esses números podem variar com novos lançamentos e avanços tecnológicos, então é recomendável verificar informações mais recentes.
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 ideais para cargas de trabalho altamente paralelizáveis, com baixo overhead de comunicação, enquanto a computação em nuvem é preferível para flexibilidade, escalabilidade rápida e eficiência de custos em ambientes dinâmicos ou distribuídos globalmente. A escolha entre eles depende das características específicas da carga de trabalho, requisitos de desempenho e considerações financeiras.
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 são considerados fortemente acoplados devido à intensiva comunicação entre servidores para operações de busca e entrega de resultados. Já os servidores de processamento de imagens da NASA podem variar entre fortemente e fracamente acoplados, dependendo das tarefas específicas. A classificação exata depende da arquitetura e da natureza das operações realizadas em cada contexto, com organizações frequentemente adotando abordagens híbridas conforme a necessidade.
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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: SIMD, onde uma instrução é usada
para várias tarefas no mesmo tempo.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
R: Multicomputador é um sistema de computadores em que há vários processadores que estão conectados entre si, cada processador possui memória única e conectam entre si por meio de uma rede de conexão.
Multiprocessador é um sistema de memória em que com duas ou mais unidades centrais de processamento. Seu objetivo é aumentar a velocidade de execução das atividades.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
R: UMA: Solução de compromisso entre as arquiteturas NUMA e COMA. Cada processador possui uma cache local.
COMA: Assemelham-se a uma arquitetura NUMA, cada nó de processamento possui parte da memória global.
NUMA: Todos os processadores têm acesso a toda memória.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
R: MPP: apresentam um grande número de processadores independentes, trabalham em conjunto para processar grandes dados. Os processadores em MPP são tipicamente organizados em nós de processamento, que são conectados por meio de uma rede de conexão de alta velocidade.
COW: são compostos por um conjunto de estações de trabalho independentes, que são conectadas por meio de uma rede de conexão de alta velocidade.
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 os três processadores tentarem acessar a memória global no mesmo instante, eles terão que competir pelo uso do barramento.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
R:-Não, pois existe outros adereços complementavéis que melhoram o desempenho do processamento, exemplo a memória cache.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
R:AMD Ryzen Threadripper 3990X
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 geralmente é usado para computação de alto desempenho, que requer muito poder de processamento e memória. Um cloud computing é mais flexível e pode ser usado para diversas tarefas um pouco menores.
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 encaixam na categoria de sistemas fracamente acoplados, logo significa que eles são compostos por vários sistemas computacionais independentes
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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: SIMD, onde uma instrução é usada
para várias tarefas no mesmo tempo.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
R: Multicomputador é um sistema de computadores em que há vários processadores que estão conectados entre si, cada processador possui memória única e conectam entre si por meio de uma rede de conexão.
Multiprocessador é um sistema de memória em que com duas ou mais unidades centrais de processamento. Seu objetivo é aumentar a velocidade de execução das atividades.
3-Computadores paralelos, interligados em rede, utilizando SISD, MIMD e SIMD.
4-Parecido com a arquitetura antenrior, computadores paralelos, interligados em rede, utilizando SISD, MIMD e SIMD, no entanto sua sa´da de dados é mais extensa e especifíca.
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 os três processadores tentarem acessar a memória global no mesmo instante, eles terão que competir pelo uso do barramento.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
R:-Não, pois existe outros adereços complementavéis que melhoram o desempenho do processamento, exemplo a memória cache.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
R:AMD Ryzen Threadripper 3990X
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 geralmente é usado para computação de alto desempenho, que requer muito poder de processamento e memória. Um cloud computing é mais flexível e pode ser usado para diversas tarefas um pouco menores.
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 encaixam na categoria de sistemas fracamente acoplados, logo significa que eles são compostos por vários sistemas computacionais independentes
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ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES
QUESTÕES SOBRE MULTICORES, MULTIPROCESSADORES E MULTICOMPUTADORES
ALUNO:____RAÍ IANNICELLI MORATO__
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?
Como é uma “colmeia”, a quantidade de coleta/processamento é multidimensional (Várias instruções ao mesmo tempo). Mas, a tarefa é unidimensional, transformando todo o espaço disponivel para a coleta de néctar, nesse caso.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
Multicomputadores são, geralmente, servidores, seja de instituições públicas ou privada. Onde, esse distribui, armazena e controla todos os dados de máquinas ligadas a ele. Multiprocessador é uma máquina/servidor com mais de um sistema conectado a ele, para assim, rodar mais de um processador junto.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
Os multicomputadores MPP são grandes servidores com muitos processadores fortes (multiprocessadores) . Ou seja, são máquinas especiais, com processadores avançados. COW são servidores construidos atráves de pcs convêncionais.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante? Creio que deixe o processamento de dados remoto lento.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
Sim, por mais de nem sempre ser acumulado por completo, quanto mais núcleos o ciclo de tempo da tarefa lê, seja para busca de dados ou inicialização do software, melhor.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
Threadripper 3990X Possue 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.”
Cluster só é util para armazenamento a longo prazo de algo com memória fixa.
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.
Google: creio que uma arquitetura NUMA com um cache para cada processador, assim dando espaços iguais de atividade para cada processador, além de possuir modulo compartilhada, o que em um grande fluxo de tarefas, pode suprimir melhor. Portanto, creio ser um servidor fortemente acoplado.
Nasa: Seria mais viável utilizar UMA, já que o servidor da nasa, em especifico, provavelmente demande mais foco de processamento em determinadas tarefas por vez, que distribuindo suas atividades por igual, também. O que deve lhe dar um servidor fracamente 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?
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
Em sistemas NUMA, a memória é dividida em nós, e cada nó está associado a um conjunto específico de processadores, em um sistema UMA todos os processadores compartilham um único espaço de endereço de memória, enquanto na classificação COMA um processador lê ou escreve em um endereço de memória, a cópia da linha de cache correspondente é atualizada em todas as caches, incluindo a cache local do processador que iniciou a operação.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
Em um MPP, várias unidades de processamento (geralmente computadores independentes ou nós) são interconectadas para formar um sistema paralelo massivo, já em um COW, um conjunto de estações de trabalho (workstations) ou computadores pessoais são interconectados para formar um cluster.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
Pode ocorrer um congestionamento no barramento, podendo ficar saturado, o que leva a um atraso nos acessos às memórias.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
Eu considero que não, não melhora o processamento, por conta de diversos fatores que levam à erros como a sobrecarga de comunicação.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
Seria o AMD EPYC 9004 que apresenta 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.”
Um cluster é melhor em trabalhos que envolvem cargas de alto desempenho, enquanto o processamento por cloud é indicado para quem deseja uma facilidade no gerenciamento e em situações de demandas variáveis e imprevisíveis.
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.
Nos servidores de pesquisa da “Google”, podem ser considerados fracamente acoplados por serem projetados para serem escaláveis e altamente distribuídos. Enquanto os servidores de processamento de imagens da “NASA” são classificados como fortemente acoplados por envolver processamento intensivo 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?
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: Vários processadores independentes, cada um com sua própria memória local, conectados por uma rede de comunicação. A comunicação entre processadores é feita por troca de mensagens.
Exemplo: Um cluster de computadores interconectados para realizar tarefas de processamento distribuído, como um cluster de servidores que executa um sistema distribuído de banco de dados.
Multiprocessadores: Vários processadores compartilham um único espaço de endereçamento de memória, permitindo uma comunicação mais eficiente entre os processadores, pois eles podem acessar diretamente a mesma memória central. Exemplo: Um servidor com vários núcleos de processamento, onde todos os núcleos compartilham a mesma memória principal do sistema.
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.
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?
O sistema é SIMD (Single Instruction Multiple Data), já que todas as abelhas executam simultaneamente uma só tarefa.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
Os multiprocessadores compartilham uma memória em comum e se comunicam atráves dela. Um exemplo é uma placa-mãe com várias CPUs compartilhando a mesma memória.
Já nos multicomputadores, cada processador tem uma memória privada, acessível somente a ela, e a comunicação acontece através de uma rede de interconexão. Um exemplo é o IBM BlueGene/L.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
UMA (Uniform Memory Access): todos os CPUs têm o mesmo tempo de acesso a memória principal.
COMA (Cache Only Memory Access): a memória principal é acessada apenas por caches, cada processador tendo o seu cache privado, e os acessos a memória são feitos por instruções LOAD e STORE.
NUMA (NonUniform Memory Access): a memória principal é dividida em memórias locais para cada processador e o acesso entre memórias é feito por uma rede de interconexão.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
MPPs (Massively Parallel Processors): supercomputadores que utilizam os diversos nós de processamento para realizar tarefas específcas ou para data warehousing.
COW (Cluster of Workstations): consiste em diversos Pcs ou estações de trabalho conectadas por uma placa de rede.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
Acontecerá a contenção desse barramento, fazendo com que a maioria das CPUs fique ociosa, esperando o acesso à memória ou fazendo com que aconteça uma impasse.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
A capacidade de processamento não depende apenas da quantidade de núcleos, dependendo também da quantidade de threads, a natureza das tarefas e do software executado.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
O processador AmpereOne tem capacidade para até 192 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 utilizados para tarefas que podem ser paralelizáveis e que demandam um tempo de resposta baixo. Já o cloud computing é mais flexivel e com uma escalabilidade melhor.
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 do Google são fracamente acoplados, já que mesmo trabalhando em conjunto, existe a divisão entre os servidores de busca e de indexação.
Os servidores de processamento de imagens são fortemente acoplados, porque fazem uso de comunicação constante para a análise das imagens e para a utilização de simulações.
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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.
Um multiprocessador é um sistema computacional que possui um conjunto de CPUs, com objetivo de aumentar a velocidade de execução do sistema. Existem 2 tipos, a compartilhada e a distribuída. Na compartilhada, todas as CPUs tem acesso à mesma memória RAM. Na distribuída, cada CPU possui sua própria memória (privada somente a cada CPU).
Um multicomputador, por sua vez, é um computador que possui várias CPUs conectadas entre si para resolver um problema. Cada CPU possui sua própria memória .Um multicomputador é mais usado para a computação distribuída, sendo mais econômico e de fácil construção.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
UMA: Nesse tipo de multiprocessador, todos os processadores possuem a mesma latência para acessar a memória principal, sendo que cada processador tem o mesmo tempo de acesso à memória, independente da localização da memória.
COMA: O objetivo desse tipo de multiprocessador é eliminar a hierarquia entre memória principal e memória cache. Nessa arquitetura toda memória é tratada como se estivesse em cache, não havendo distinção clara entre memória RAM e memória cache.
NUMA: Ao contrário do UMA, aqui os processadores possuem latências diferentes para acessar uma mesma memória principal.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
MPP: Processadores independentes e com memorias próprias operam de forma simultânea e coordenada para resolver um problema.
COW: são formados pela interconexão de estações de trabalho individuais. Cada estação de trabalho age como um nó independente e contribui para a capacidade de processamento total do cluster.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
Pode ocorrer um conflito no barramento.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
Depende do paralelismo da aplicação que será executada. Se a aplicação tiver um bom paralelismo, sim, quanto mais núcleos, melho r. Caso contrário, não, não adiante ter um processador que aguenta 20 pedaços para uma aplicação que consiga se dividir apenas em 5 pedaços.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
AMD EPYC 9004
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 indicado quando se deseja o controle total sobre o hardware, integrando-o com recursos locais. O cloud computing, por sua vez, é indicado quando se deseja uma rápida implantação e manutenção, e também quando o acesso global é necessário.
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 geralmente se enquadram na categoria de processamento fortemente acoplado, otimizado para coordenar intensivamente consultas de pesquisa. Já os servidores de processamento de imagens da NASA podem variar entre fortemente e fracamente acoplados, dependendo se há necessidade de coordenação intensiva para tarefas específicas de processamento de imagens. A natureza exata do acoplamento depende das arquiteturas específicas implementadas em cada caso.
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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,fazendo a coleta em locais diferentes.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de
memória de cada um e exemplifique-os.
Multicomputador é um sistema de computadores em que há vários processadores que
estão conectados entre si para resolver um determinado problema, cada processador
possui memória única e podem “conversar” entre si por meio de uma rede de
interconexão.
Multiprocessador é um sistema de memória em que com duas ou mais unidades centrais
de processamento, ou seja, as CPUs, estas possuem acesso total a uma memória RAM.
Seu principal objetivo é aumentar a velocidade de execução das atividades do sistema.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
Na arquitetura UMA, todos os processadores têm acesso uniforme à memória
compartilhada. Isso significa que cada processador pode acessar qualquer local na
memória com latência e largura de banda semelhantes.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
Em um Cluster de Estações de Trabalho (COW), cada nó é um PC comum com seu
próprio processador e memória. No MPP, cada nó é um computador independente com
seu processador, memória e lugar para guardar 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?
Se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo
instante, pode ocorrer um problema conhecido como “conflito no barramento” ou “conflito
de acesso à memória”. Isso pode levar a diferentes situações, dependendo do protocolo
de controle de acesso ao barramento adotado.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é
o seu processamento? Justifique a sua resposta.
a verdade, qualidade do processamento não é determinada apenas pelo número de
núcleos, mas sim por uma combinação de fatores, incluindo a natureza da carga de
trabalho, otimizações de software, eficiência da arquitetura do processador, entre outros.
O aumento de núcleos pode ser benéfico em muitos casos, mas é essencial considerar o
contexto específico ao avaliar o desempenho de um processador.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
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 da Taiwan Semiconductor Manufacturing Company
(TSMC).
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:
-Tarefas Altamente Paralelizáveis: Clusters são eficientes para tarefas que
podem ser divididas em sub-tarefas independentes e executadas em paralelo.
Exemplos incluem simulações científicas, processamento de grandes conjuntos
de dados e renderização de vídeos.
-Recursos Dedicados: Se você precisa de controle total sobre a configuração e
os recursos do sistema, um cluster local oferece maior flexibilidade para ajustar
a infraestrutura conforme necessário.
-Baixa Latência: Para tarefas que exigem baixa latência de comunicação entre
os nós, como em simulações que envolvem trocas frequentes de dados, um
cluster local pode ser preferível devido à sua infraestrutura de rede dedicada.
-Custos Fixos: Em alguns casos, especialmente se os recursos de computação
necessários são previsíveis e estáveis, um cluster local pode ter custos
operacionais mais previsíveis a longo prazo.
• Cloud Computing
-Elasticidade e Escalabilidade: A computação em nuvem oferece grande
escalabilidade e elasticidade, permitindo aumentar ou reduzir os recursos de
computação conforme a demanda. Isso é particularmente útil para cargas de
trabalho dinâmicas.
-Acesso a Diversos Serviços: Além de recursos computacionais, a nuvem
oferece uma variedade de serviços adicionais, como bancos de dados, serviços
de armazenamento, inteligência artificial, entre outros, facilitando a criação de
soluções mais abrangentes.
-Facilidade de Gerenciamento: Cloud computing geralmente simplifica tarefas de
gerenciamento, como provisionamento de recursos, manutenção e
atualizações, deixando essas responsabilidades para o provedor de serviços
em nuvem.
-Investimento Inicial Reduzido: Para muitas empresas, a computação em nuvem
elimina a necessidade de grandes investimentos iniciais em infraestrutura,
permitindo um modelo de pagamento conforme o uso.
-Colaboração Remota: Se a equipe de trabalho estiver distribuída
geograficamente, a computação em nuvem facilita o acesso remoto e a
colaboração em projetos.
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 se encaixar em diferentes categorias de processamento, dependendo da
arquitetura e das características específicas de como esses servidores são projetados.
• Servidores de Pesquisa do Google: Os servidores de pesquisa do Google
geralmente se enquadram na categoria de processamento fortemente acoplado. O
Google lida com enormes volumes de dados de pesquisa e utiliza uma
infraestrutura altamente interconectada para fornecer respostas rápidas às
consultas dos usuários. Os dados e os serviços são distribuídos e coordenados de
maneira eficiente entre os servidores para garantir um desempenho rápido e uma
resposta rápida às consultas. A busca em tempo real e os algoritmos complexos
que envolvem várias camadas de processamento indicam um alto grau de
acoplamento entre os servidores.
• Servidores de Processamento de Imagens da NASA: Os servidores de
processamento de imagens da NASA podem variar dependendo do projeto
específico, mas muitos projetos de processamento de imagens na NASA envolvem
uma grande quantidade de dados e podem se beneficiar de uma abordagem
fracamente acoplada ou distribuída.
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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?
Resposta: O sistema descrito aparenta ser um SIMD, pois em um sistema SIMD, uma única instrução é executada simultaneamente em múltiplas unidades de processamento. Aqui, a instrução seria a ordem da abelha-rainha para colher néctar de rosas, e os dados seriam as abelhas operárias que realizam a mesma tarefa.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
Resposta: Em um multiprocessador, vários processadores compartilham o mesmo espaço de endereço e têm acesso direto à mesma memória principal. Todos os processadores podem executar instruções independentes ou cooperar para resolver um problema e os multiprocessadores geralmente possuem memória compartilhada, onde todos os processadores podem acessar diretamente a mesma área de memória. Em um multicomputador, cada processador possui sua própria memória local e opera de forma independente e a memória não é compartilhada globalmente, cada processador tem sua própria memória local.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
Resposta: As classificações de multiprocessadores UMA (Uniform Memory Access), em que todos os processadores têm acesso à memória principal com o mesmo tempo de acesso, COMA (Cache-Only Memory Architecture), em que Cada processador tem sua própria memória cache local, e a comunicação entre processadores ocorre por meio da troca de mensagens entre as caches, e NUMA (Non-Uniform Memory Access), e que diferentes regiões de memória têm latências de acesso diferentes para diferentes processadores, referem-se à organização da arquitetura de memória em sistemas com vários processadores. Cada uma dessas classificações aborda a forma como os processadores compartilham e acessam a memória do sistema
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
Resposta: MPP (Massively Parallel Processing) refere-se a sistemas multicomputadores que possuem um grande número de processadores, geralmente na ordem de centenas ou até milhares. Esses sistemas são projetados para executar tarefas intensivas em computação de forma massivamente paralela.
COW (Cluster of Workstations) refere-se a um tipo de multicomputador em que estações de trabalho individuais (workstations) são conectadas em rede para formar um cluster. Cada estação de trabalho no cluster age como um nó independente.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
Resposta: Isso pode resultar em conflitos e problemas de desempenho como uma colisão no barramento, uma concorrência por recursos compartilhados ou atrasos e latência
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
Resposta: Não necessariamente, o desempenho efetivo de um processador com mais núcleos pode variar significativamente com base na capacidade do software de aproveitar o paralelismo, na natureza da carga de trabalho e em outros fatores, como a eficiência da arquitetura do processador e a qualidade da implementação dos núcleos.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
Resposta: O processador com a maior quantidade de núcleos atualmente é o Sierra Forest da Intel, que possui 288 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.”
Resposta: Clusters são frequentemente usados em situações onde é necessário alto desempenho computacional, como simulações científicas, modelagem, renderização gráfica e análise de grandes conjuntos de dados. Eles permitem distribuir a carga de trabalho entre nós para acelerar o processamento. Já o cloud computing é ideal para organizações que desejam acesso rápido a recursos de alto desempenho sem investir inicialmente em infraestrutura, a nuvem oferece uma solução, pois os custos são muitas vezes baseados no uso.
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.
Resposta: Os servidores de pesquisa do Google precisam estar fortemente acoplados para garantir uma comunicação eficiente entre os servidores, trocando informações em tempo real e coordenando a execução de consultas complexas. A rápida atualização e sincronização de índices de pesquisa exigem um alto grau de interdependência entre os servidores. Os servidores de processamento de imagens da NASA podem envolver tarefas como análise de dados de satélites, processamento de imagens de telescópios espaciais, etc. Essas tarefas podem ser distribuídas entre vários servidores para lidar com grandes volumes de dados. O acoplamento pode ser mais fraco, pois cada servidor pode trabalhar de forma relativamente independente em subconjuntos de dados. No entanto, isso depende da arquitetura específica do sistema. Se houver necessidade de coordenação intensiva entre os servidores para realizar tarefas complexas, o acoplamento pode ser mais forte.
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RESPOSTAS:
Nesse cenário, o sistema de comunicação das abelhas parece se encaixar mais no modelo de execução SIMD (Single Instruction, Multiple Data), embora de uma forma simplificada. O motivo é que todas as abelhas operárias estão realizando a mesma instrução (colher néctar de rosas) ao mesmo tempo, seguindo as ordens da abelha-rainha. Cada abelha está executando a mesma tarefa, coletando néctar de rosas, de forma coordenada.
Em um sistema MIMD (Multiple Instruction, Multiple Data), cada processador (ou no caso, cada abelha) poderia estar executando instruções independentes, o que não é o caso aqui. As abelhas estão sincronizadas em uma única tarefa.
Multiprocessadores:
Organização:
Os multiprocessadores têm vários processadores (também chamados de núcleos) compartilhando o mesmo espaço de memória. Os processadores em um multiprocessador podem acessar diretamente a mesma memória compartilhada.
Comunicação:
A comunicação entre os processadores é facilitada pela memória compartilhada.
Pode ser classificado como um sistema UMA (Uniform Memory Access), onde todos os processadores têm acesso ao mesmo tempo e latência para a memória.
Exemplo:
Processadores múltiplos em um único chip (chamados de processadores multicore) ou em uma única placa-mãe.
Multicomputadores:
Organização:
Os multicomputadores consistem em vários computadores (ou nós) independentes conectados por uma rede de comunicação. Cada nó possui seu próprio espaço de memória.
Comunicação:
A comunicação entre os nós é realizada por meio de mensagens enviadas através da rede de comunicação. Pode ser classificado como um sistema NUMA (Non-Uniform Memory Access), onde a latência de acesso à memória pode variar entre os nós.
Exemplo:
Clusters de computadores interconectados por uma rede de alta velocidade.
Grade computacional, onde computadores geograficamente distribuídos são conectados para realizar tarefas computacionais em larga escala.
Sistema de Memória:
Multiprocessadores:
Memória compartilhada, onde todos os processadores têm acesso ao mesmo espaço de endereçamento. Facilita a comunicação direta entre os processadores, mas pode levar a problemas de contenção e latência em sistemas grandes.
Multicomputadores:
Memória distribuída, onde cada nó possui sua própria memória local. A comunicação entre os nós é realizada por meio de troca de mensagens, o que pode resultar em latências variáveis, dependendo da topologia da rede.
UMA (uniform memory access): Características:
Todos os processadores têm acesso uniforme ao mesmo espaço de memória. Cada processador pode acessar qualquer local da memória com a mesma latência. A topologia de interconexão entre os processadores e a memória é tal que o tempo de acesso à memória é aproximadamente constante para todos os processadores.
Exemplo:
Sistemas com uma topologia de barramento compartilhado, onde todos os processadores estão conectados a um barramento de memória compartilhado.
COMA (cache-only memory architecture):
Características:
Similar à UMA, mas cada processador possui uma cópia local da memória compartilhada em sua própria cache.
Não há uma cópia global única da memória; cada processador mantém uma parte da memória em sua cache.
Exemplo:
Algumas implementações específicas de multiprocessadores podem adotar abordagens COMA, mas essa arquitetura é menos comum do que UMA e NUMA.
NUMA (non-uniform memory access):
Características:
Cada processador tem acesso a sua própria memória local com latência menor do que o acesso à memória de outros processadores.
O tempo de acesso à memória pode variar dependendo da localização do dado em relação ao processador que está tentando acessá-lo.
É comum em sistemas com vários nós, onde cada nó possui processadores e memória locais, conectados por uma rede.
Exemplo:
Sistemas com várias placas-mãe interconectadas por uma rede de alta velocidade, formando um sistema distribuído de memória.
4-
MPP (Massively Parallel Processing):
Características:
Projeto focado em alcançar alto desempenho através de um grande número de processadores trabalhando em paralelo.
Os processadores são frequentemente organizados em uma arquitetura massivamente paralela, onde cada processador tem sua própria memória local.
Pode envolver milhares de processadores interconectados em uma rede de alta velocidade.
Comunicação:
A comunicação entre os processadores é geralmente realizada por meio de uma rede de comunicação de alta largura de banda.
Aplicações:
Problemas computacionais que podem ser divididos em tarefas independentes e executadas em paralelo.
Simulações complexas, modelagem climática, cálculos científicos intensivos.
Vantagens:
Excelente escalabilidade para tarefas altamente paralelizáveis.
Alto desempenho em aplicações que podem ser divididas em subproblemas independentes.
Desvantagens:
Complexidade na programação e na coordenação de muitos processadores.
Custo elevado.
COW (Cluster of Workstations):
Características:
Consiste em um grupo de estações de trabalho (workstations) interconectadas por uma rede de área local (LAN) de alta velocidade.
Cada estação de trabalho pode ser considerada um nó do cluster e possui seu próprio sistema operacional e memória.
Comunicação:
A comunicação entre estações de trabalho é realizada por meio da rede local.
Aplicações:
Tarefas que podem ser divididas em subproblemas independentes, mas também são adequadas para execução em estações de trabalho individuais.
Aplicações que não exigem a alta escalabilidade de um sistema MPP.
Vantagens:
Menor custo em comparação com sistemas MPP.
Flexibilidade, pois cada estação de trabalho pode ser usada independentemente quando não está participando de tarefas de computação distribuída.
Desvantagens:
Menor desempenho em comparação com MPP para tarefas altamente paralelizáveis.
A eficiência pode ser reduzida se a comunicação pela rede for um gargalo.
5-
Em um sistema multiprocessador que utiliza um barramento compartilhado, quando três processadores tentam acessar a memória global exatamente no mesmo instante, pode ocorrer um problema conhecido como “conflito de barramento” ou “contention”. Esse cenário pode levar a alguns desafios e impactos no desempenho do sistema. Vamos explorar as possíveis consequências:
Conflito de Barramento:
Como o barramento é compartilhado, apenas um processador pode efetuar a comunicação com a memória global de cada vez.
Se três processadores tentarem acessar a memória simultaneamente, eles competirão pelo controle do barramento.
Arbitragem:
O sistema precisará de um mecanismo de arbitragem para decidir qual processador terá prioridade para acessar o barramento.
O processo de arbitragem pode introduzir latência, resultando em atrasos no acesso à memória para os processadores que não obtiverem prioridade.
Contenção e Atrasos:
Como apenas um processador pode acessar o barramento por vez, os outros processadores precisarão esperar sua vez.
Isso pode levar a contenção e atrasos, afetando o desempenho global do sistema.
Possíveis Soluções:
Implementar estratégias de controle de acesso ao barramento, como protocolos de coerência de cache, para coordenar o acesso à memória compartilhada e evitar conflitos.
Utilizar caches para reduzir a frequência de acessos à memória global, minimizando a probabilidade de conflitos.
Escalonamento:
O sistema operacional ou o hardware subjacente pode empregar algoritmos de escalonamento para gerenciar eficientemente os conflitos de barramento.
6-
A quantidade de núcleos em um processador não é o único fator determinante para o desempenho e processamento geral de um sistema. Embora seja verdade que um processador com mais núcleos tem a capacidade de executar mais tarefas simultaneamente, isso não garante automaticamente um melhor desempenho em todas as situações.
7-
Atualmente, o processador com a maior quantidade de núcleos é o AMD Ryzen Threadripper 3990X, que possui 64 núcleos.
8-
Cloud computing:Processamento menos pesado,escalável e sobre demanda.
Cluster: Quando uma alta capacidade de armazenamento é necessária .
9-
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 MIMD (Multiple Instruction Multiple Data)
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
R: O multicomputador é distribuído. Cada computador em um multicomputador tem sua própria memória, que é acessível apenas a esse computador. Os computadores em um multicomputador podem compartilhar dados e recursos, mas isso só pode ser feito através da rede de interconexão.
Multiprocessadores são sistemas que possuem múltiplos processadores (CPUs) trabalhando juntos em um único computador. Cada processador tem sua própria memória cache, mas compartilha a mesma memória principal
O sistema de memória de um multicomputador é distribuído. Cada computador em um multicomputador tem sua própria memória, que é acessível apenas a esse computador. Os computadores em um multicomputador podem compartilhar dados e recursos, mas isso só pode ser feito através da rede de interconexão.
O sistema de memória de um multiprocessador é compartilhado. Todos os processadores em um multiprocessador têm acesso à mesma memória. Isso permite que os processadores executem tarefas simultaneamente, sem a necessidade de comunicação entre si.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
R: Existem três tipos de multiprocessadores: NUMA, UMA e COMA. Essas classificações referem-se às diferentes maneiras pelas quais o acesso à memória compartilhada é gerenciado em um sistema multiprocessador.
NUMA (Non-Uniform Memory Access): Neste tipo de sistema, a memória é distribuída de forma desigual entre os processadores, resultando em diferentes tempos de acesso à memória. Cada processador tem seu próprio cache e precisa buscar dados de outros processadores quando necessário.
UMA (Uniform Memory Access): Nesse tipo de sistema, todos os processadores têm igual acesso à memória compartilhada. Não há diferença de latência nos acessos à memória porque 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 seu próprio cache, e a memória principal é organizada em módulos denominados “bancos de memória”. Os dados são movidos automaticamente entre os bancos de memória e os caches do processador, mantendo os dados acessados com frequência próximos aos processadores apropriados.
Em resumo, o NUMA otimiza o acesso à memória distribuindo-o de forma desigual entre os processadores, o UMA fornece acesso igual à memória compartilhada e o COMA usa uma arquitetura mais complexa que move dados entre caches e bancos de memória para melhorar o desempenho. Cada abordagem tem vantagens e desvantagens em termos de desempenho, complexidade de implementação e escalabilidade
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
R: 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 cooperar para resolver problemas complexos compartilhando a carga de trabalho entre si.
COW (Cluster of Workstations): É um sistema no qual várias estações de trabalho individuais são interligadas em rede para formar um cluster. Cada estação de trabalho possui seu próprio sistema operacional e pode executar tarefas de forma independente. Os clusters são usados 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?
R: Se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante, pode ocorrer um conflito de acesso à memória. Isso ocorre porque o barramento compartilhado só pode ser acessado por um processador por vez.
No caso de um conflito de acesso à memória, o sistema operacional deve determinar qual processador terá prioridade de acesso. Isso pode ser feito com base em vários fatores, como a prioridade da tarefa que o processador está executando, o estado do pipeline do processador ou a ordem em que as solicitações de acesso à memória foram recebidas.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
R: Em geral, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador, melhor é o seu processamento. Isso ocorre porque cada núcleo pode executar uma tarefa separadamente, o que permite que o processador execute mais tarefas ao mesmo tempo.
No entanto, a quantidade de núcleos não é o único fator que determina o desempenho de um processador. Outros fatores importantes incluem a frequência de clock, o tamanho da cache e a arquitetura do processador.
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: Clusters são uma boa opção para aplicações que requerem um grande poder de processamento e que podem ser executadas em paralelo. Cloud computing é uma boa opção para aplicações que requerem um poder de processamento variável ou que precisam ser escaláveis.
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.
Sistemas fortemente acoplados são sistemas de computação em que os componentes estão intimamente ligados e compartilham recursos comuns, como memória, armazenamento e sistema operacional. Esses sistemas são projetados para funcionar como um único sistema, e os componentes individuais não podem funcionar independentemente.
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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 (Multiple Instruction Multiple Data)
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
R: O multicomputador é distribuído. Cada computador em um multicomputador tem sua própria memória, que é acessível apenas a esse computador. Os computadores em um multicomputador podem compartilhar dados e recursos, mas isso só pode ser feito através da rede de interconexão.
Multiprocessadores são sistemas que possuem múltiplos processadores (CPUs) trabalhando juntos em um único computador. Cada processador tem sua própria memória cache, mas compartilha a mesma memória principal
O sistema de memória de um multicomputador é distribuído. Cada computador em um multicomputador tem sua própria memória, que é acessível apenas a esse computador. Os computadores em um multicomputador podem compartilhar dados e recursos, mas isso só pode ser feito através da rede de interconexão.
O sistema de memória de um multiprocessador é compartilhado. Todos os processadores em um multiprocessador têm acesso à mesma memória. Isso permite que os processadores executem tarefas simultaneamente, sem a necessidade de comunicação entre si.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
NUMA (Non-Uniform Memory Access): Neste tipo de sistema, a memória é distribuída de forma desigual entre os processadores, resultando em diferentes tempos de acesso à memória. Cada processador tem seu próprio cache e precisa buscar dados de outros processadores quando necessário.
UMA (Uniform Memory Access): Nesse tipo de sistema, todos os processadores têm igual acesso à memória compartilhada. Não há diferença de latência nos acessos à memória porque 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 seu próprio cache, e a memória principal é organizada em módulos denominados “bancos de memória”. Os dados são movidos automaticamente entre os bancos de memória e os caches do processador, mantendo os dados acessados com frequência próximos aos processadores apropriados.
Em resumo, o NUMA otimiza o acesso à memória distribuindo-o de forma desigual entre os processadores, o UMA fornece acesso igual à memória compartilhada e o COMA usa uma arquitetura mais complexa que move dados entre caches e bancos de memória para melhorar o desempenho. Cada abordagem tem vantagens e desvantagens em termos de desempenho, complexidade de implementação e escalabilidade
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
COW (Cluster of Workstations): É um sistema no qual várias estações de trabalho individuais são interligadas em rede para formar um cluster. Cada estação de trabalho possui seu próprio sistema operacional e pode executar tarefas de forma independente. Os clusters são usados 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?
R: Se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante, pode ocorrer um conflito de acesso à memória. Isso ocorre porque o barramento compartilhado só pode ser acessado por um processador por vez.
No caso de um conflito de acesso à memória, o sistema operacional deve determinar qual processador terá prioridade de acesso. Isso pode ser feito com base em vários fatores, como a prioridade da tarefa que o processador está executando, o estado do pipeline do processador ou a ordem em que as solicitações de acesso à memória foram recebidas.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
R: Em geral, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador, melhor é o seu processamento. Isso ocorre porque cada núcleo pode executar uma tarefa separadamente, o que permite que o processador execute mais tarefas ao mesmo tempo.
No entanto, a quantidade de núcleos não é o único fator que determina o desempenho de um processador. Outros fatores importantes incluem a frequência de clock, o tamanho da cache e a arquitetura do processador.
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: Clusters são uma boa opção para aplicações que requerem um grande poder de processamento e que podem ser executadas em paralelo. Cloud computing é uma boa opção para aplicações que requerem um poder de processamento variável ou que precisam ser escaláveis.
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.
Sistemas fortemente acoplados são sistemas de computação em que os componentes estão intimamente ligados e compartilham recursos comuns, como memória, armazenamento e sistema operacional. Esses sistemas são projetados para funcionar como um único sistema, e os componentes individuais não podem funcionar independentemente.
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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 estão tratando de um sistema com uma única instrução.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
R: Um sistema de multicomputadores temos memórias únicas e espaços de alocação de armazenamento separadas para cada unidade presente no sistema que se unem para um processamento mútuo, como um cluster, já o sistema de multiprocessadores temos uma central que possui vários processadores que compartilham de uma única memória e assim facilita muito a velocidade de comunicação entre eles.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
R: Na imagem acima, temos o sistema UMA: que é nada mais que a unificação uniforme a uma mesma memória, sendo assim os processadores levam o mesmo tempo para acessá-la, independente de qual posição e qual processador for.
COMA: Já a este sistema ele possui uma arquitetura onde a memória principal é substituída por cachês compartilhados, reduzindo assim a latência de acesso à memória. NUMA: Um modelo em que diferentes processadores têm acesso à memória com diferentes latências. Geralmente, isso ocorre em sistemas com várias CPUs, cada uma com sua própria memória local.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
R:O MPP refere-se a uma arquitetura de processamento paralelo que utiliza um grande número de processadores trabalhando simultaneamente para resolver um problema. Esses processadores geralmente são organizados em um sistema no qual cada processador possui sua própria memória e se comunica com os outros por meio de uma rede de alta velocidade.
O COW é uma estratégia de otimização de uso de memória. Em vez de criar cópias completas de dados quando são duplicados, o sistema cria uma cópia somente quando é necessário modificar os dados. Enquanto os dados são apenas lidos, várias partes do sistema podem compartilhar a mesma cópia na memória. Quando uma parte tenta modificar os dados, uma cópia separada é feita, garantindo a integridade dos dados modificados sem afetar outros usuários que ainda estão apenas lendo os dados originais.
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 sistema com barramento compartilhado, pode ocorrer uma condição de conflito conhecida como “contention” (concorrência). O barramento tem uma capacidade limitada para transmitir dados simultaneamente. Se três processadores tentarem escrever ou ler dados ao mesmo tempo, pode haver colisões, resultando em atrasos e potencialmente gerando condições de contenção que impactam o desempenho geral 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: A eficácia do processamento em um multiprocessador não é simplesmente determinada pelo número de núcleos. A otimização do desempenho depende da natureza da carga de trabalho. Em tarefas altamente paralelas, um maior número de núcleos pode resultar em um processamento mais eficiente. No entanto, há limitações práticas, incluindo a capacidade do software de ser paralelizado e as complexidades de coordenação entre os núcleos. Mais núcleos nem sempre significam melhor desempenho em todas as situações.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
R: O processador com a maior quantidade de núcleos atualmente é o Intel Xeon escaláveis de 5ª geração, codinome Emerald Rapids, que possui 288 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: É vantajoso usar clusters para tarefas que podem ser divididas em partes independentes e executadas simultaneamente. Exemplos incluem simulações científicas, análise de grandes conjuntos de dados e renderização de gráficos.
Cloud Computing: É preferível em situações onde a demanda de recursos é variável ou imprevisível. A computação em nuvem oferece escalabilidade, permitindo que os recursos sejam alocados conforme necessário. É útil para aplicações web, serviços de armazenamento, processamento de dados em larga escala, entre outros.
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: Google (Servidores de Pesquisa):
Acoplamento Forte: Pode envolver acoplamento forte, especialmente em sistemas distribuídos onde vários servidores colaboram para responder a consultas de pesquisa em tempo real. No entanto, a infraestrutura geralmente é projetada para ser altamente escalável e resiliente.
NASA (Servidores de Processamento de Imagens):
Acoplamento Forte: Em projetos que exigem uma colaboração intensiva entre servidores para processamento de imagens, pode haver acoplamento forte. Isso é comum em missões espaciais onde grandes conjuntos de dados de imagens precisam ser processados e analisados.
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1) Multicomputadores consistem em computadores interconectados em uma rede, cada um com acesso à sua própria memória distribuída. Por outro lado, os multiprocessadores são constituídos por vários processadores em uma única máquina, compartilhando memória.
2) A seção destacada refere-se às opções de implementação de memória compartilhada em multiprocessadores:
– NUMA (Non-uniform Memory Access): Todos os processadores têm acesso total à memória.
-CC-NUMA (Cache Coherent Non-Uniform Memory Access): Uma solução intermediária entre NUMA e COMA, onde cada nó processador possui uma cache local para otimizar o tráfego na interconexão.
-COMA (Cache-Only Memory Access): Similar à arquitetura NUMA, onde cada nó de processamento possui uma porção da memória global.
3) MPPs consistem em um grande número de processadores independentes, frequentemente centenas ou milhares, colaborando para processar volumes significativos de dados. Já os COWs são conjuntos de estações de trabalho independentes conectadas por uma rede de alta velocidade, geralmente compostas por computadores pessoais ou estações de trabalho de alto desempenho.
4) Ao acessar a memória simultaneamente, os processadores podem entrar em conflito, resultando em possíveis atrasos e até erros.
5) Não é garantido que um aumento na quantidade de núcleos sempre resultará em um desempenho superior. É crucial avaliar variáveis como o tipo de aplicação e a quantidade de tarefas a serem realizadas simultaneamente.
6) Fabricado com a arquitetura de núcleo Zen 4, a nova geração AMD EPYC 9004 oferece modelos com até 96 núcleos em um único processador, semelhante à série AMD Ryzen 7000.
7) Clusters são ideais quando há necessidade de alta capacidade de armazenamento, enquanto a computação em nuvem é apropriada quando é necessário processamento escalável e sob demanda, geralmente em cargas de trabalho mais leves.
8) Ambos os tipos de servidores são fortemente acoplados devido à interdependência significativa entre eles, essencial para executar tarefas complexas e lidar com cargas de trabalho intensivas.
9) Os servidores de pesquisa do Google e os servidores de processamento de imagens da NASA geralmente são considerados parte da categoria de processamento distribuído, operando de forma fortemente acoplada para suas funções específicas. A arquitetura fortemente acoplada é empregada pelos servidores de pesquisa do Google para lidar com consultas em grande escala e processar grandes volumes de dados distribuídos, garantindo respostas rápidas e eficientes.
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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 MIMD
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
Multiprocessadores são sistemas que possuem mais de um processador em um único computador. Cada processador pode executar instruções independentes em diferentes conjuntos de dados. Já os multicomputadores são sistemas que possuem vários computadores independentes conectados em rede. Cada computador pode executar instruções independentes em diferentes conjuntos de dados. Em termos de memória, os multiprocessadores geralmente compartilham a mesma memória física, enquanto os multicomputadores possuem memória separada para cada computador. Um exemplo de multiprocessador é o servidor de banco de dados que possui vários processadores para lidar com as consultas dos usuários. Um exemplo de multicomputador é um cluster de computadores que trabalham juntos para executar uma tarefa complexa, como simulações de clima ou previsões meteorológicas.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
Na arquitetura UMA, todos os processadores têm acesso igualitário à memória principal e aos dispositivos de entrada/saída. Cada processador pode executar qualquer tarefa e pode ser escalonado para executar qualquer processo. Esses sistemas são escaláveis e fáceis de programar. Por outro lado, na arquitetura NUMA, a memória principal é dividida em vários bancos de memória, e cada processador tem acesso mais rápido à memória local do que à memória remota. Isso significa que o acesso à memória pode ser mais rápido para algumas CPUs do que para outras, dependendo da localização da memória necessária. Os sistemas NUMA são usados em sistemas de grande escala, onde a latência da memória é um fator crítico para o desempenho.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
Os MPPs são sistemas de processamento de dados que utilizam um grande número de processadores independentes para processar grandes quantidades de dados. Esses processadores são organizados em nós de processamento e conectados por meio de uma rede de interconexão de alta velocidade. Por outro lado, os COWs são sistemas de processamento de dados que utilizam estações de trabalho independentes, geralmente computadores pessoais ou estações de trabalho de alta performance, que são conectados por meio de uma rede de interconexão de alta velocidade.
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 corrida (race condition) e o resultado final dependerá da ordem em que os processadores acessarem a memória. Isso pode levar a inconsistências nos dados e erros no processamento
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
Em geral, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador, melhor é o seu processamento. Isso porque cada núcleo pode executar instruções independentes em diferentes conjuntos de dados, permitindo que o processador execute várias tarefas simultaneamente. No entanto, o desempenho do processador também depende de outros fatores, como a velocidade do clock, a quantidade de memória cache, a arquitetura do processador, entre outros.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
AMD EPYC 9004 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.”
Clusters são indicados para processamento de grandes volumes de dados e aplicações que exigem alta disponibilidade e balanceamento de carga de forma escalável. Eles são ideais para empresas que precisam de um alto desempenho e de uma carga de processamento balanceada simultaneamente. Já o processamento em nuvem é indicado para empresas que precisam de flexibilidade, escalabilidade e redução de custos. Ele é ideal para empresas que precisam de recursos de processamento sob demanda e que não querem investir em infraestrutura própria.
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 distribuído. Esses sistemas são compostos por vários computadores interconectados que trabalham juntos para executar uma tarefa. No caso do Google, os servidores trabalham juntos para indexar e pesquisar informações na web. Já na NASA, os servidores são usados para processar grandes volumes de dados e imagens coletados por satélites e telescópios. Esses sistemas são geralmente fracamente acoplados, o que significa que cada computador pode executar tarefas independentes sem depender dos outros computadores.
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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 MIMD, pois cada abelha está executando uma tarefa, independente das outras. Cada uma tem a capacidade de realizar essa tarefa sozinha, tendo a sua própria memória e processador.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
Multicomputador é um sistema com vários computadores independentes conectados por uma rede. Cada computador possui a sua memória e processador local e a sua comunicação ocorre por meio de mensagens na rede. Já o multiprocessador é um sistema com vários processadores conectados a uma única memória compartilhada. Essa é acessada por todos os processadores, o que facilita a comunicação.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
NUMA: Nesse sistema, todos os processadores tem acesso a toda a memória, de forma desigual. Cada processador tem o seu próprio cache e precisa buscar dados de outros processadores quando necessário.
UMA: Aqui todos os processadores tem acesso igual a memória compartilhada.
COMA: Nesse sistema cada processador possui o seu próprio cache e a memoria é distribuida entre eles.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
No MPP, os nodos são máquinas independentes, possuindo processadores, memória e armazenamento próprios. Já o COW tem como nodos máquinas ou estaçãoes de trabalho tradicionais, cada um também com seu próprio processador, memória e sistema operacional.
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, o que pode gerar atraso na execução de instruções e diminuição de desempenho.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
Sim. Porém existe um certo limite até que essa diferença não se faça mais relevante ou necessário, pois a capacidade de processamento é influenciada por outro fatores.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
O 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.”
O cluster é ideal para cargas de trabalho que necessitam de performance, maior segurança e controle de dados e é econômico a longo prazo. Ideal para empresas e organizações que fazem uso constante de recursos de computação. Já o Cloud computing é utilizado para trabalhos dinâmicos e que variam ao longo do tempo. É ideal para empresas que querem evitar um investimento inicial grande.
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 da Google são fortemente acoplados, pois trabalham de forma coordenada para processar e indexar grandes volumes de dados em tempo real, assim como os servidores de processamento de imagem da NASA, que processam grandes volumes de dados de imgem e geram informações úteis a partir das imagens capturadas.
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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 as abelhas operárias estão executando a mesma instrução, porém em lugares diferentes, no caso em rosas diferentes.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
R: Os multiprocessadores são as estruturas em que todos os tipos de processadores têm os registros e caminhos de endereço na memória. A comunicação entre os serviços e processos é de forma bastante simples e objetiva, são utilizadas operações dos tipos store e load.
Os multicomputadores são as máquinas que têm como sua principal característica o fato de que cada um dos processadores apenas visualiza a sua própria memória. Sistemas de trocas de mensagens são relacionados com os multicomputadores.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
R:
UMA- (Uniform Memory Access – Acesso à Memória Uniforme) – Cada CPU tem o mesmo tempo de acesso a todos os módulos de memória.
Multiprocessadores NUMA e COMA a propriedade de uniformidade não é válida.
COMA- (Cache Only Memory Access – Acesso Somente à Memória Cache) – COMA
caches têm muito mais capacidade que uma cache tradicional. Essa arquitetura tem
suporte de hardware para a replicação efetiva do mesmo bloco de cache em múltiplos nós o que reduz tempo global para pegar informações.
NUMA- (NonUniform Memory Access – Acesso Não-Uniforme à Memória) – Possui
Memória Distribuída, espaço de endereçamento único, memória implementada com
múltiplos módulos associados à cada processador, comunicação processador-memórias
não locais através da infraestrutura de comunicação e tempo de acesso à memória local < tempo de acesso às demais.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
R:
MPP – (Massively Parallel Processors) – Possui como características: Multicomputadores massivamente paralelos, múltiplas memórias locais, nós se comunicam por troca de mensagens, interconectados por rede de alta velocidade, boa escalabilidade (muitos processadores) e programação mais complexa.
COW – (Cluster of Workstations) – Possui como características: redes de estações
dedicadas ao processamento paralelo, interconectadas por redes padrão ou de baixa
latência, máquina otimizada para operações paralelas e as principais otimizações são
feitas no software.
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: Acontecerá conflito de barramento, podendo haver alguns problemas e atrasos no processo.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
R: Ter mais núcleos em um processador pode melhorar o desempenho, mas é importante considerar as necessidades da aplicação e as limitações do software usado.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
R: AMD EPYC 9004 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.”
R: Cluster: Ideal para cargas de trabalho de alta performance que exigem segurança e controle de dados, sendo mais econômico a longo prazo para organizações que utilizam recursos de computação de forma constante.
Cloud computing: Adequado para trabalhos dinâmicos com demandas variáveis, permitindo às empresas evitar grandes investimentos iniciais em hardware, além de ser útil para equipes de desenvolvimento que precisam de testes rápidos.
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: O Google se enquadra na categoria de processamento fortemente acoplado, pois lida com buscas independentes na web que necessitam de alta coordenação entre os servidores.
A NASA, com seus servidores de processamento de imagens, também é classificada como fortemente acoplada, já que executa tarefas complexas com interdependências de 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?
Como cada abelha (ou processador) pode executar instruções diferentes em dados diferentes ao mesmo tempo e cada abelha pode estar em uma flor diferente, coletando néctar de maneira independente, assim como em um sistema MIMD, onde diferentes processadores podem executar diferentes instruções em diferentes conjuntos de dados simultaneamente.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
Multicomputadores, também conhecidos como sistemas distribuídos, consistem em vários computadores independentes conectados por uma rede. Cada computador tem sua própria memória local e processador, e a comunicação entre eles é feita através da rede.
Exemplos de multicomputadores incluem clusters de computadores e sistemas de computação em grade. O sistema de memória em multicomputadores é distribuído, ou seja, cada nó tem sua própria memória local que não é compartilhada com outros nós.
Multiprocessadores, por outro lado, são sistemas com múltiplos processadores que compartilham uma única memória física. Todos os processadores podem acessar a memória compartilhada, o que permite uma comunicação mais rápida e eficiente entre os processadores.
Exemplos de multiprocessadores incluem sistemas SMP (Symmetric Multiprocessing) e sistemas NUMA (Non-Uniform Memory Access). O sistema de memória em multiprocessadores é compartilhado, o que significa que todos os processadores têm acesso a uma memória comum.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
COMA (Cache Only Memory Architecture) cada processador é equipado com seu próprio cache e a memória é distribuída entre os caches de todos os processadores.
NUMA (Non Uniform Memory Access), todos os processadores podem acessar a mesma memória física com a mesma latência.
NUMA fornece acesso mais rápido à memória local para cada processador, mas permite acesso mais lento à memória para outros processadores por meio de uma rede conectada.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
mpp (massive parallel processors) tem como características: multicomputadores massivamente paralelos, múltiplicas memórias locais, os pontos se comunicam por troca de mensagens, conectados por uma rede de alta velocidade, boa escalabilidade e programação mais complexa.
COW (Cluster of Workstations) Tem como características: redes de estações dedicadas ao processamento paralelo, ligadas por redes de baixa latência, máquina otimizada para operações paralelas e as principais otimizações são realizadas no software.
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 uma contenção de barramento, apenas um processador pode acessar o barramento de cada vez, enquanto os outros dois devem esperar.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
Não, depende do tipo de tarefas que estão sendo executadas. Processadores com mais núcleos são vantajosos para tarefas que podem ser paralelizadas, como renderização de vídeo, simulações científicas e servidores de banco de dados.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
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.”
Cluster é utilizado idealmente para aplicações que requerem alta disponibilidade e desempenho, otimizando a latência e a comunicação entre os nós.
Cloud Computing é melhor para escalabilidade e flexibilidade, permitindo alocação de recursos conforme 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.
Servidores de pesquisa do Google se encaixam na categoria de processamento fracamente acoplado, pois são distribuídos em vários data centers pelo mundo sendo independentes com uma comunicação através de redes de alta velocidade. Já os servidores de processamento de imagens da NASA , geralmente são fortemente acoplados, pois necessitam de alguma interconectividade e baixa latência para o processamento de imagens e dados em tempo real.
REFERÊNCIA
TANENBAUM, Andrew S.; ZUCCHI, Wagner Luiz. Organização estruturada de computadores. Pearson Prentice Hall, 2009.
20aula – Arquiteturas MIMD – MC.pdf (usp.br)
Quais são as vantagens de ter um processador com múltiplos núcleos? – Canaltech
Cluster: conceito e características (infowester.com)
17_multiproc_multicomp.pdf (ufrj.br)
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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 a mencionado acima é o sistema SIMD (Single Instruction, Multiple Data), pois todas as abelhas operarias estão executando a mesma instrução ao mesmo tempo mas em locais diferentes.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
R: Ambos são arquiteturas de computação paralela. Os multicomputadores são baseados em vários computadores independentes conectados por uma rede de comunicação e os multiprocessadores são diversos processadores que dividem uma memória principal. O sistema de memória dos multicomputadores consiste em cada computador possuir uma memória local, separada das demais. A comunicação entre os computadores necessita de troca de mensagens através da rede. Já a memória dos multiprocessadores, é baseada no compartilhamento da memória principal.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
UMA– (Uniform Memory Access – Acesso à Memória Uniforme). Cada CPU tem o mesmo tempo de acesso a todos os módulos de memória.
Essa propriedade de uniformidade não é válida para os multiprocessadores NUMA e COMA.
COMA- (Cache Only Memory Access – Acesso Somente à Memória Cache). COMA caches têm muito mais capacidade que uma cache tradicional. Essa arquitetura tem suporte de hardware para a replicação efetiva do mesmo bloco de cache em múltiplos nós o que reduz tempo global para pegar informações.
NUMA– (NonUniform Memory Access – Acesso Não-Uniforme à Memória). Possui Memória Distribuída, espaço de endereçamento único, memória implementada com múltiplos módulos associados à cada processador, comunicação processador-memórias não locais através da infraestrutura de comunicação e tempo de acesso à memória local < tempo de acesso às demais.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
MPP – (Massively Parallel Processors). Possui como características: Multicomputadores massivamente paralelos, múltiplas memórias locais, nós se comunicam por troca de mensagens, interconectados por rede de alta velocidade, boa escalabilidade (muitos processadores) e programação mais complexa.
COW – (Cluster of Workstations). Possui como características: redes de estações dedicadas ao processamento paralelo, interconectadas por redes padrão ou de baixa latência, máquina otimizada para operações paralelas e as principais otimizações são feitas no software.
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: Irá acontecer um conflito de barramento, o que pode acarretar alguns problemas e atrasos no processo.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
R: A quantidade de núcleos não necessariamente é o único ponto que deve ser analisado para determinar um bom processamento. Devem ser analisados outros quesitos como: frequência de clock, cache, arquitetura, dentre outros pontos.
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.
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: O Cluster deve ser utilizado para situações que envolvem um trabalho mais pesado, se há ocorrência de baixa latência dentre outras. Comumente em empresas que atendem alta demanda em sites e que usam torres de servidores. Cloud Computing quando é necessário realizar trabalhos variáveis e/ou imprevisíveis, economia do espaço, centralização de informação, trabalho remoto etc. É ideal para empresas com sedes ao redor do mundo ou em diferentes ambientes de trabalho, abrangendo locais remotos.
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: Google – Utiliza um sistema bem distribuído e fortemente acoplado já que seja possível coordenar e processar muitos dados e processos da web. Nasa – Os servidores de processamento de imagens podem ser classificados como Fortemente Acoplado, nesse caso vários servidores trabalham em conjunto. Também são utilizados servidores fracamente acoplados para tarefas que não necessitam tanta coordenação entre os servidores.
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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?
Resposta: Esse sistema descrito é um SIMD (Single Instruction, Multiple Data). Assim como todas as abelhas realizam a mesma tarefa (colher néctar) em diferentes lugares, em SIMD, um processador executa uma única instrução em vários dados simultaneamente. Todos os núcleos realizam a mesma operação, mas em conjuntos de dados distintos.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
Resposta: Multicomputadores: São sistemas compostos por vários computadores independentes, cada um com seu próprio processador e memória local, conectados por uma rede. A comunicação entre esses computadores é feita via mensagens. Um exemplo típico seria um cluster, como aqueles usados em servidores ou supercomputadores.
Multiprocessadores: São sistemas com dois ou mais processadores que compartilham uma única memória global. Esses processadores podem acessar a mesma memória de forma simultânea, o que facilita a comunicação entre eles. Exemplos de multiprocessadores incluem CPUs com múltiplos núcleos que compartilham uma única memória RAM.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
Resposta: UMA (Uniform Memory Access):Em sistemas UMA, todos os processadores têm acesso uniforme à memória, ou seja, o tempo de acesso à memória é o mesmo para todos os processadores. A memória é compartilhada por todos, e a comunicação entre os processadores ocorre por meio de uma memória global. Estes sistemas podem usar diferentes interconexões, como barramento ou comutado. Exemplos de UMA são encontrados em sistemas SMP (Symmetric Multiprocessing), onde todos os processadores têm o mesmo nível de acesso à memória.
COMA (Cache-Only Memory Architecture): Nessa arquitetura, não existe uma memória principal compartilhada da maneira tradicional. Em vez disso, cada processador tem sua própria memória local, que age como uma cache para os dados. Quando um processador precisa de dados, ele pode obtê-los de outras caches dentro do sistema. Isso permite uma maior flexibilidade, especialmente em aplicações que acessam dados de maneira distribuída. Sistemas COMA são mais complexos e geralmente usados em ambientes onde a latência de acesso à memória precisa ser minimizada de maneira dinâmica.
NUMA (Non-Uniform Memory Access): Na arquitetura NUMA, o tempo de acesso à memória não é uniforme. Cada processador tem sua própria memória local, mas pode acessar as memórias locais dos outros processadores, com um tempo de latência maior para essas operações. Isso ajuda a diminuir os gargalos de memória em sistemas de grande escala. NUMA é dividida em várias subcategorias, como CC-NUMA (Cache Coherent NUMA) e NC-NUMA (Non-Cache Coherent NUMA), dependendo de como a coerência dos cachês é mantida ou não. NUMA é tipicamente usada em servidores de grande porte e supercomputadores.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
Resposta: MPP (Massively Parallel Processors): Esses sistemas consistem em um grande número de processadores que operam de forma paralela. Cada processador possui sua própria memória local e os processadores se comunicam por meio de uma rede de interconexão. MPPs são geralmente utilizados em aplicações que exigem alto poder computacional, como simulações científicas e análise de grandes volumes de dados (big data). Exemplos de sistemas MPP incluem supercomputadores como o IBM Blue Gene e o Cray.
COW (Cluster of Workstations): Essa arquitetura consiste em um conjunto de estações de trabalho ou computadores conectados por uma rede local, que trabalham em paralelo para executar tarefas. Cada estação de trabalho, ou nó, possui seu próprio processador e memória local, e a comunicação entre os nós é realizada por meio da troca de mensagens através da rede. Clusters de Workstations são comumente utilizados em ambientes de pesquisa e acadêmicos, oferecendo uma solução mais econômica em comparação aos MPPs. Um exemplo comum de COW é o Beowulf Cluster.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
Resposta: Se três processadores tentarem acessar a memória global simultaneamente em um sistema com um barramento compartilhado, ocorrerá uma contenção no barramento. Apenas um processador poderá acessar a memória por vez, e os outros terão que esperar até que o barramento fique disponível. Isso pode criar gargalos, especialmente em sistemas com muitos processadores compartilhando um único barramento.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
Resposta: Não necessariamente. A quantidade de núcleos melhora o desempenho em tarefas que podem ser executadas em paralelo, como processamento gráfico ou servidores com muitos acessos simultâneos. Entretanto, para tarefas que exigem processamento sequencial, mais núcleos não trarão grandes ganhos, já que esses núcleos adicionais podem ficar ociosos se a carga de trabalho não for paralelizável.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
Resposta: Atualmente, o processador com o maior número de núcleos é o AMD EPYC 9654, com 96 núcleos. Ele é utilizado principalmente em servidores de alto desempenho para datacenters e supercomputadores.
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.”
Resposta:Clusters: São mais adequados quando você precisa de grande capacidade de processamento local, como em simulações científicas ou renderizações gráficas intensivas, onde a latência da rede deve ser minimizada.
Cloud Computing: É vantajoso quando há necessidade de flexibilidade e escalabilidade. O processamento em nuvem é útil para startups, serviços web ou aplicações que podem ser distribuídas globalmente, sem a necessidade de manter hardware físico localmente
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.
Resposta:Google: Os servidores de pesquisa do Google se encaixam na categoria de processamento fracamente acoplado. Eles utilizam uma arquitetura distribuída em vários datacenters ao redor do mundo, com comunicação feita via redes de alta velocidade.
NASA: Os servidores de processamento de imagens da NASA estão mais próximos de um sistema fortemente acoplado. Eles precisam de alta coesão entre os processadores, muitas vezes usando supercomputadores para processar grandes volumes de dados científicos em tempo real, como imagens de satélites ou simulações espaciais.
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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?
A situação descrita com a abelha-rainha e as operárias é análoga a um sistema SIMD (Single Instruction, Multiple Data). Nesse cenário, todas as abelhas (unidades de processamento) estão executando a mesma instrução (coletar néctar), mas em diferentes dados (rosas diferentes). Em um sistema SIMD, uma única instrução é aplicada a múltiplos dados simultaneamente.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
Multicomputadores:
Arquitetura: Consiste em vários computadores independentes interconectados, cada um com sua própria memória, processador e sistema operacional.
Sistema de Memória: Memória distribuída, onde cada computador tem seu próprio espaço de memória e não compartilha diretamente a memória com outros computadores.
Exemplo: Cluster de computadores, onde cada nó do cluster é um computador completo.
Multiprocessadores:
Arquitetura: Vários processadores compartilham a mesma memória global e normalmente o mesmo sistema operacional.
Sistema de Memória: Memória compartilhada, onde todos os processadores têm acesso à memória global.
Exemplo: Um servidor com múltiplos processadores trabalhando em paralelo, acessando uma única memória compartilhada.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
No sistema UMA (Acesso Uniforme à Memória), há um único controlador de memória, resultando em uma largura de banda limitada, geralmente aplicado em sistemas de uso geral e compartilhamento de tempo.
No sistema NUMA (Acesso Não Uniforme à Memória), utiliza-se controladores de memória distintos, o que torna o acesso mais rápido, sendo ideal para aplicações em tempo real e tempo crítico.
No sistema COMA (Cache Only Memory Architecture), cada módulo de memória compartilhada funciona como um cache, onde cada linha de memória tem uma etiqueta indicando o endereço e o estado da linha.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
Os MPP (Massively Parallel Processors) são multicomputadores com um grande número de processadores conectados por uma rede de alta velocidade, geralmente caros, pois utilizam processadores e redes específicos.
Os COW (Cluster of Workstations) são sistemas compostos por computadores comuns conectados por redes de interconexão tradicionais, formando um cluster para processamento paralelo.
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 sistema de barramento compartilhado, ocorrerá uma contenção de barramento. Isso significa que os processadores terão que esperar pelo acesso ao barramento, o que pode introduzir latência e reduzir o desempenho. Dependendo do mecanismo de arbitragem do barramento, um processador será atendido antes dos outros, e os demais terão que aguardar.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
Sim, um maior número de núcleos pode melhorar o desempenho do processamento, especialmente em situações onde múltiplas tarefas podem ser executadas em paralelo. No entanto, o benefício adicional de mais núcleos diminui se o software não for projetado para utilizá-los eficientemente. Em casos onde a tarefa é linear e não pode ser paralelizada, mais núcleos não trarão benefícios significativos.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
O processador com maior número de núcleos disponível no mercado, até o último relatório, é o AMD Epyc 9654 com 96 núcleos. Ele é projetado para ambientes de servidor e computação de alta performance, onde muitos núcleos são necessários para tarefas paralelas intensivas.
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: Ideal para situações onde há uma necessidade específica de alto desempenho em um ambiente controlado, como em simulações científicas, processamento de grandes volumes de dados em um local específico, ou quando a segurança e a baixa latência são cruciais.
Cloud Computing: É mais vantajoso para cenários onde a escalabilidade, flexibilidade e custo-benefício são importantes. Empresas que precisam variar a quantidade de recursos computacionais ao longo do tempo, ou que não querem investir em infraestrutura física, preferem cloud computing.
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.
Servidores do Google: Se encaixam em sistemas fracamente acoplados, pois os servidores são distribuídos globalmente e trabalham de forma coordenada, mas não compartilham memória diretamente. Eles utilizam uma infraestrutura massivamente paralela que processa enormes volumes de dados distribuídos.
Servidores da NASA: Provavelmente utilizam sistemas fortemente acoplados para processamento de imagens e simulações científicas complexas, onde a memória compartilhada e a baixa latência são essenciais para o 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?
Esse sistema é um SIMD. As abelhas fazem a mesma tarefa (colher néctar) em diferentes lugares ao mesmo tempo, assim como em SIMD, onde várias unidades fazem a mesma operação em dados diferentes.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
Multicomputadores são vários computadores independentes conectados em rede, cada um com sua própria memória. Um exemplo é um cluster de servidores.
Multiprocessadores têm vários processadores que compartilham a mesma memória dentro de um único sistema, como CPUs com vários núcleos em PCs.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
Fortemente acoplados: Processadores que compartilham memória e trabalham juntos com alta eficiência.
Fracamente acoplados: Processadores mais independentes, cada um com sua própria memória, comunicando-se através de redes.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
Fortemente acoplados: Sistemas onde os nós de processamento são bem integrados.
Fracamente acoplados: Nós de processamento mais independentes, conectados por redes.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
Eles vão “competir” pelo acesso à memória. Um vai conseguir, e os outros dois terão que esperar, o que pode causar atraso 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 sempre. Mais núcleos ajudam em tarefas paralelas, mas se o software não for feito para usar todos os núcleos, o ganho é limitado. Além disso, outros fatores, como a velocidade do processador, também contam.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
O processador com mais núcleos atualmente é o AMD Epyc 9754, que tem 128 núcleos. É usado principalmente em servidores.
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: Bom para tarefas que precisam de muito poder de processamento e onde você quer ter controle sobre o hardware, como em simulações científicas.
Computação em nuvem: Melhor quando você precisa de flexibilidade e não quer se preocupar com a infraestrutura, como no desenvolvimento de software ou análise de dados que pode variar em quantidade.
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.
Google: Usa sistemas fracamente acoplados porque seus servidores trabalham de forma mais independente.
NASA: Provavelmente usa sistemas fortemente acoplados em supercomputadores para tarefas que precisam de muita comunicação rápida entre os processadores, como o processamento de imagens.
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deve usar um mecanismo de decisão, como prioridade fixa ou round robin, para determinar quem terá acesso. Portanto, os acessos à memória são serializados, com um processador acessando a memória por vez enquanto outros processadores aguardam sua vez. Este processo pode aumentar a latência e impactar o desempenho do sistema, especialmente em cenários de alta contenção.
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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?
Trata de um sistema MIMD, pois cada tarefa independe da outra, ou seja, cada uma das abelhas não dependem do trabalho de outra abelha para realizar o seu. Dessa maneira, a coleta é realizada em diferentes fontes.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
O multiprocessador é um sistema de computadores com duas ou mais unidades centrais de processamento, os quais compartilham de acesso total a uma RAM comum. Um dos principais objetivos dessa aplicação é aumentar a velocidade de execução do sistema. Existem dois tipos de multiprocessadores, os de memória compartilhada, onde todos os CPUs compartilham de uma memória em comum, e os de memória distribuída, onde cada CPU possui sua própria memória.
Por sua vez, multicomputador é um sistema de computadores com vários processadores conectados entre si, de forma que, cada processador tem sua própria memória. Esses processadores podem se comunicar entre si através de uma rede de interconexão. Através dessa aplicação, é possível dividir a tarefa entre os processadores, dessa forma, pode ser utilizado como uma computação distribuída.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
UMA (Acesso Uniforme à Memória) é utilizado um controlador de memória único, sua largura de banda é restrita ou limitada, onde sua aplicação está em aplicativos de uso geral e aplicativos de compartilhamento de tempo.
NUMA (Acesso Não Uniforme à Memória) nele um controlador de memória diferente é utilizado, sendo mais rápido do que o UMA, tendo suas aplicações para aplicativos em tempo real e aplicativo de tempo crítico
COMA(Cache Only Memory Architecture), nesse tipo, cada modulo de memória compartilhada na máquina é um cache, onde cada linha de memória possui uma etiqueta com o endereço e estado da linha.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
MPP (Massively Parallel Processors), são multicomputadores compostos por uma grande quantidade de processadores, os quais estão acoplados por uma forte rede de alta velocidade. Em sua maioria, são arquiteturas de um custo elevado, pois utilizam processadores específicos e uma rede de interconexão própria.
COW (Cluster of Workstations), são máquinas construídas a partir de computadores comuns ligados por redes de interconecção tradicional. Tal sistema cluster trata de um conjunto de computadores conectados em rede para o desenvolvimento de processamento paralelo.
5 – Considere um multiprocessador que usa um barramento compartilhado. O que acontece se três processadores tentarem acessar a memória global exatamente no mesmo instante?
Irá ocorrer um conflito entre os processadores, gerando erros ou deixando o processo lento.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
Não necessariamente, é fato que existe uma importância significativa na quantidade de núcleos com a velocidade de processamento, porém a capacidade da linguagem de programação utilizada em quebrar as tarefas em vários “threads”, de forma que eles alimentam os núcleos. Assim sendo, a quantidade de núcleos preciso estar em harmonia com a capacidade de se ter “threads” o suficiente para alimentar eles.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
Atualemente, de acordo com a pesquisa realiza, o processador da AMD EPYC 9004 possui 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.”
Situações que valem a pena utilizar o “cluster”:
– Crescimento exponencial
– Disponibilidade
– Cálculos complexos
– Grande crescimento na base de dados
– Expansão geográfico e descentralização de dados
– Aplicações de contâiners escaláveis
Situações que valem a pena utilizar o “cloud computing”:
– Para dispensar o hardware
– Para aumentar a segurança
– Colocar todos no mesmo nível
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 da GOOGLE quanto os da NASA tratam-se de um processamento fortemente acoplado, pois em ambos, tratam de um sistema que pode realizar mais de um programa ao mesmo tempo.
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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, onde uma instrução é usada
para várias tarefas no mesmo tempo.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Explique o sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
Multicomputador é um sistema de computadores em que há vários processadores que estão conectados entre si, cada processador possui memória única e conectam entre si por meio de uma rede de conexão.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
UMA: Solução de compromisso entre as arquiteturas NUMA e COMA. Cada processador possui uma cache local.COMA: Assemelham-se a uma arquitetura NUMA, cada nó de processamento possui parte da memória global.NUMA: Todos os processadores têm acesso a toda memória.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
MPP: apresentam um grande número de processadores independentes, trabalham em conjunto para processar grandes dados. Os processadores em MPP são tipicamente organizados em nós de processamento, que são conectados por meio de uma rede de conexão de alta velocidade.COW: são compostos por um conjunto de estações de trabalho independentes, que são conectadas por meio de uma rede de conexão de alta velocidade.
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 tentarem acessar a memória global no mesmo instante, eles terão que competir pelo uso do barramento.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
Não, pois existe outros adereços complementavéis que melhoram o desempenho do processamento, exemplo a memória cache
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
AMD EPYC 9004 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.”
O cluster é ideal para cargas de trabalho que necessitam de performance, maior segurança e controle de dados e é econômico a longo prazo. Ideal para empresas e organizações que fazem uso constante de recursos de computação. Já o Cloud computing é utilizado para trabalhos dinâmicos e que variam ao longo do tempo. É ideal para empresas que querem evitar um investimento inicial grande.
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 da Google são fortemente acoplados, pois trabalham de forma coordenada para processar e indexar grandes volumes de dados em tempo real, assim como os servidores de processamento de imagem da NASA, que processam grandes volumes de dados de imgem e geram informações úteis a partir das imagens capturadas.
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1) É um sistema SIMD, pois é uma única instrução para ser executada por todas as abelhas, ou seja, várias unidades de processamento executam simultaneamente a mesma instrução sobre diferentes conjuntos de dados.
2) Um multiprocessador consiste em um sistema que pode possuir duas ou mais CPUs, podendo lidar com várias tarefas ao mesmo tempo. O multicomputador consiste em um sistema que possui várias CPUs que estão conectadas através de uma rede para trabalhar em conjunto para realizar uma única tarefa.
Para um multicomputador cada processador possui sua própria memória local. Com os multiprocessadores pode-se encontrar dois tipos de configurações de memória: a memória compartilhada, onde todos os processadores utilizam o mesmo espaço de endereçamento, e a memória distribuída, em que cada processador possui seu próprio espaço de endereçamento.
3) O multiprocessador COMA, cada processador está equipado com sua própria cache, e a memória está distribuída entre os caches do conjunto de processadores.
O multiprocessador UMA todos os processadores possuem a mesma latência, pois conseguem acessar a mesma memória física.
O Multiprocessador NUMA possui um acesso mais rápido à memória local para cada processador presente, porem permite um acesso mais lento à memória de outros processadores através de uma rede de interconexão.
4) O MPP possui como características: Multicomputadores em paralelos, múltiplas memórias locais, interconexão por rede de alta velocidade, diversos processadores e programação complexa.
o COW possui como características: redes de estações dedicas a realizar processamento paralelo, as quais estão interconectadas por redes padrão ou de baixa latência, máquinas otimizadas para operações paralelas.
5) Caso três processadores tentem acessar a memória global ao mesmo tempo em um sistema de multiprocessamento com barramento compartilhado, haverá uma competição pelo barramento entre os três processadores. Sendo o barramento um recurso compartilhado, apenas um processador pode acessá-lo de cada vez. Fazendo com que o restante dos processadores tenha que esperar até que o barramento esteja livre. Tal problema irá reduzir significativamente o desempenho do sistema caso mais processadores tentem acessar a memória simultaneamente.
6) Sim o aumento no número de núcleos melhora o desempenho para certas aplicações, porem existem fatores limitantes que precisam ser considerados como: frequência de clock, cache, arquitetura, etc.
7) O processador com maior número de núcleos é o AMD EPYC 9654, que possui 96 núcleos e 192 threads.
8) Quando há baixa latência, por exemplo, o cluster deve ser usado. Comumente em sites com alta demanda e que usam torres de servidores.
Cloud computing quando é necessário executar tarefas variáveis e imprevisíveis, economizar espaço, centralizar informações, trabalhar remotamente e assim por diante. Isso é ideal para
empresa que possui escritórios em todo o mundo ou vários locais de trabalho remotos.
9) Os servidores do Google são classificados como sistemas fracamente acoplados. O Google usa grandes data centers e milhares de servidores distribuídos. Um sistema fracamente acoplado, onde há menos dependência entre os componentes do sistema, tem a capacidade de funcionar independentemente em pequenas partes de um grande conjunto de dados.
Servidores de processamento de imagens da NASA: Dependendo da aplicação, eles podem se encaixar em sistemas fortemente acoplados. O processamento fortemente acoplado é mais adequado para tarefas como processamento de imagens de satélite ou simulações de alta resolução, onde a sincronização e a comunicação eficiente entre vários processadores são essenciais. Nesses casos, os processadores precisam compartilhar dados frequentemente e de forma muito próxima, o que indica um sistema 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?
Este é um sistema SIMD pois através uma única instrução, o comando da rainha, as operarias foram colher néctar em diferentes rosas, no caso é como se fossem múltiplos dados.
2 – Diferencie Multicomputadores de Multiprocessadores. Expliqueo sistema de memória de cada um e exemplifique-os.
Multiprocessadores compartilham memória e recursos entre sí, já no caso dos multicomputadores são um sistema composto por vários computadores independentes que se comunicam através da rede. Como exemplo de uso temos os multiprocessadores aplicados em servidores de banco de dados e os multicomputadores usados em clusters de computação distribuída.
3 – Explique as classificações de Multiprocessadores apresentadas na imagem a seguir:
Em um sistema UMA (Uniform Memory Access) todos os processadores têm acesso uniforme a uma única memória compartilhada do sistema. Já no sistema COMA (Cache Only Memory Architecture) toda memória é organizada como cache, enquanto que no sistema NUMA (Non-Uniform Memory Access) cada processador tem sua memória local, que é mais rápida de acessar, porém um processador pode acessar a memória de outro processador, embora com maior latência.
4 – Explique as classificações de Multicomputadores apresentadas na imagem a seguir:
Multicomputadores do tipo MPP (Massively Parallel Processors) são compostos por um grande número de processadores interconectados por uma rede de alta velocidade dedicada, em que cada nó é composto por um processador e sua memória local exclusiva, o que permite que cada nó execute tarefas de forma independente. Já um COW (Cluster of Workstations) é um tipo de multicomputador composto por um conjunto de estações de trabalho (Workstations) conectadas por uma rede padrão.
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 ao mesmo tempo uma situação de contenção de barramento ocorre, logo somente um dos três processadores acessará o barramento compartilhado, enquanto que os outros terão de esperar para acessar o barramento, dessa forma o desempenho do sistema é afetado. Para contornar este problema, técnicas de sincronização devem ser empregados.
6 – Na sua opinião, quanto maior a quantidade de núcleos em um processador melhor é o seu processamento? Justifique a sua resposta.
Não necessariamente, como no caso da questão anterior, onde a memória compartilhada entre os processadores limita o desempenho fazendo com que um processador espere pelo outro para poder acessar o recurso compartilhado. Outro ponto é que o software deve ser otimizado para aproveitar todo o poder dos múltiplos processadores, dividindo processos em threads.
7 – Pesquise e relate qual o processador com maior quantidade de núcleos atualmente?
Atualmente, dia 21 de julho de 2024, o processador com maior quantidade 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.”
O cloud computing é mais indicado para aplicações iniciais com baixo investimento e escalabilidade variável, podendo aumentar ou diminuir seus recursos conforme necessidade, já um cluster é ideal para aplicações que requerem alto desempenho, como simulações científicas, além de obter controle de software e hardware possibilitando a execução de tarefas 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.
Os servidores de pesquisa do Google se encaixam como fracamente acoplado, permitindo escalabilidade e redundância. Já os servidores de processamento de imagens da NASA são fortemente acoplados, que facilitam o processamento paralelo e de baixa latência.
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