Pratica_04_Slides_de_Aula_Estudo_de_Caso_sobre_alguns_topicos

Prévia do material em texto

Prática 4
Estudo de Caso
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Dr. Eng. Edson Pedro Ferlin, MSc
Temas
• Sistemas Embarcados
• Computação Paralela
• Computação Reconfigurável
“Computadores integrados em 
equipamentos com funções específicas que 
atendem determinado requisito ou 
funcionalidade”
Sistemas Embarcados
Sistemas Computacionais
Hardware
Processador
Microprocessador
(80x86, 68000, Itanium, MIPS, Pentium, Core 2/i)
Microcontrolador
(PIC, 8051/8052, ATMega)
DSP
(TMS 320C55X)
Hardware Reconfigurável
(NIOS)
Volátil
SRAM
Não‐Volátil
EPROM
EEPROM
FLASH
Memória
Física
Serial
Paralela
USB
Rede
Wireless
RFID
GPRS
Bluetooth
Wi‐Fi
Comunicação
ENTRADA
•Conversor A/D
•Chaves/contatos
•Sensores:
•Temperatura
•Ph
•Luminosidade
•Pressão
•Tensão
SAÍDA
•Conversor D/A
•Displays
•LEDs
•Foto‐Acopladores
•Transistor
•Atuadores:
•Motores
•Relês
•Válvulas
Interfaceamento
Software (Firmware)
Assembly
Linguagem de Alto Nível
Programação
•Frequência
•Consumo de Energia
•Dissipação de Calor
•Processamento
•Armazenamento
•Tempo Real
•Espaço Físico
•Custo
•Interferências
•Vibração
•Condições Adversas
Funcionalidade
Características
“Processamento Paralelo existe a 
partir do momento em que dois ou 
mais processadores interagem entre 
si para resolverem uma determinada 
tarefa de forma coorperativa”
Processamento Paralelo
Arquiteturas Paralelas
Multiprocessador
Multicomputador
ou Cluster
Ganho em Tempo de Processamento
• Hardware (EPs e organização)
• Software (paralelismo e dependências)
Tempo de Processamento
0
2
4
6
8
10
12
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Nº de EPs
T
e
m
p
o
 
P
a
d
r
o
n
i
z
a
d
o
Tempo de Execução
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Nº Processadores
T
e
m
p
o
 
(
s
)
Dual
Mono
Speedup Ideal x Real
Speedup Ideal e Real
0
5
10
15
20
25
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19
Nº de Processadores
S
p
e
e
d
u
p
Ideal
Real
Speedup
0
2
4
6
8
10
12
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Nº Processadores
S
p
e
e
d
u
p Mono
Dual
Ideal
Exemplos de Máquinas Paralelas
Earth Simulator
NEC 
5120 Processadores 
(640x8) NEC SX-6 
500MHz
35,86 Tera Flops
10 Tera Bytes
Área (4 quadras de tênis, 
3 andares)
ASCI Q
Hewlett-Packard
4096 Processadores 
(1024x4) Alpha 21264
EV-68 1.25-GHz
13,88 Tera Flops
33 Tera Bytes
MCR Linux Cluster
Linux Networx
2304 Processadores 
(576x4) Intel Xeon
2.4 GHz
7,634 Tera Flops
4,6 Tera Bytes
ASCI White
IBM
8192 Processadores 
(512x16) Power3 
375MHz
7,304 Tera Flops
6 Tera Bytes
Área (2 quadras de 
basquete, 106 ton)
Seaborg
IBM
2944 Processadores 
(416x16) Power3+
375MHz
7,304 Tera Flops
2,304 Tera Bytes
Hyper Threading
Dual e Quad Core
Pentium D Quad‐Core
Dual‐Core
“Surgiram como uma implementação 
intermediária, entre os sistemas 
tradicionais de hardware e software”
Computação Reconfigurável
Computação Tradicional
• Circuito Integrado específico 
para a aplicação ou ASIC 
(Application‐Specific
Integrated Circuit)
• Microprocessadores
Flexibilidade x Desempenho
Dispositivos Reprogramáveis
Arquitetura Interna
Arquiteturas Reconfiguráveis
Arquiteturas em que os blocos lógicos
podem ser reconfigurados, na sua
lógica e funcionalidade interna, e os
blocos de interconexão, responsáveis
pela interligação desses blocos lógicos,
também podem ser reconfigurados.
33
Tipos de Arquiteturas
Hybrid
architectures
Array of
functional
units
Array of
processors
Array of
soft 
processors
Exemplos de Arquiteturas
 Sistema Dual com 8051
 Algoritmo Genético
 Fluxo de Dados
 Interface baseada no Processador NIOSII
Caso #1: Sistema Dual com 8051
Caso #2: Arquitetura Paralela 
aplicada a Algoritmos Genéticos
Tempo de uma geração
93%
2%
1%
4%
Avaliação
Seleção
Crossover
Mutação
Caso #3: Arquitetura Paralela 
baseada em Fluxo de Dados
• Conceito 
década de 70
• Não segue o 
modelo Von 
Neumann
Modelo Fluxo de Dados
-
20 
40 
60 
80 
100 
120 
140 
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
C
i
c
l
o
s
 
d
e
 
C
l
o
c
k
Quantidade de Cipher-Texto
Arquitetura
Caso #4: Interface 
Reconfigurável baseada no 
Processador NIOSII