Webs: febrero 2013

jueves, 28 de febrero de 2013

SMP, MPP, SPP

Procesamiento paralelo escalable (Scalable parallel processing / SPP).

Es un híbrido de SMP y MPP, que utiliza una memoria jerárquica de dos niveles para alcanzar la escalabilidad. La primera capa de memoria consiste de un nodo que es esencialmente un sistema SMP completo, con múltiples procesadores y su memoria globalmente compartida. Se construyen sistemas SPP grandes interconectando dos o más nodos a través de la segunda capa de memoria, de modo que esta capa aparece lógicamente, ante los nodos, como una memoria global compartida.

Fig.1

Fuente: http://publiespe.espe.edu.ec/articulos/sistemas/arquitectura/arquitectura.htm

La memoria de dos niveles reduce el tráfico de bus debido a que solamente ocurren actualizaciones para mantener coherencia de memoria. Por tanto, SPP ofrece facilidad de programación del modelo SMP, a la vez que provee una escalabilidad similar a la de un diseño MPP.

Fig.2

Fuente: http://publiespe.espe.edu.ec/articulos/sistemas/arquitectura/arquitectura.htm

Fig. Sun Enterprice 10000

Fuente: mario.elinos.org.mx/docencia/sistdist/fstudents/maquinas_multiprocesador.ppt

Fig. Sun Fire 6800

Fuente: mario.elinos.org.mx/docencia/sistdist/fstudents/maquinas_multiprocesador.ppt

MPP (Massively parallel processing)

El procesamiento masivamente paralelo (Massively parallel processing /MPP) es otro diseño de procesamiento paralelo. Para evitar los cuellos de botella en el bus de memoria, MPP no utiliza memoria compartida. En su lugar, distribuye la memoria RAM entr los procesadores de modo que se semeja una red. Cada procesador con su memoria distribuida asociada es similar a una computadora dentro de una red de procesamiento distribuido.

Figura 1

Fuente: http://publiespe.espe.edu.ec/articulos/sistemas/arquitectura/arquitectura.htm

CRAY T3E

• Capacidad de soportar hasta 40 procesadores escalable a 136

• Arquitectura MPP

• 5.1GB de memoria principal

• 128 MB de memoria distribuida por procesador

• Potencia pico de 36 Gflops

• Velocidad Disco duro de 150 GB

• Corre sistema operativo UNICOS/mk

Figura #2

Fuente: mario.elinos.org.mx/docencia/sistdist/fstudents/maquinas_multiprocesador.ppt

BLUE GENE

Blue Gene de IBM es un proyecto destinado a diseñar supercomputadoras que pueden alcanzar velocidades de operación en el PFLOPS (petaFLOPS) gama, con bajo consumo de energía.

El proyecto creó tres generaciones de supercomputadoras Blue Gene / L, Blue Gene / P y Blue Gene / P. Sistemas Blue Gene ha llevado desde hace varios años el TOP500 y Green500. Ranking de los supercomputadores más potentes y eficientes de energía más, respectivamente. Sistemas Blue Gene también han consistentemente obtuvo las primeras posiciones en la lista Graph500. El proyecto fue galardonado con la Medalla Nacional de 2008 de Tecnología e Innovación

Figura #3

Fuente: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d3/IBM_Blue_Gene_P_supercomputer.jpg/220px-IBM_Blue_Gene_P_supercomputer.jpg

SMP (Symmetric MultiProcessing)

La arquitectura SMP se caracteriza por el hecho de que varias unidades de procesamiento comparten el acceso a memoria, compitiendo en igualdad de condiciones por dicho acceso, es de allí de donde viene la denominación de simétrico A continuación se presentaran dos ejemplos de computadoras que usan esta arquitectura:

HP 9000 K

http://h20000.www2.hp.com/bizsupport/TechSupport/Document.jsp?lang=es&cc=lamerica_nsc_cnt_amer&taskId=120&prodSeriesId=2512091&prodTypeId=15351&objectID=c00354278, HP 9000 Enterprise Servers K-Class – Overview, HP, recuperado 28 de Febrero de 2013

El HP 9000 K-Class Server es potente, muy amplio, y representa un sólido multiprocesamiento simétrico (SMP) de aplicación que ofrece un rendimiento sin precedentes de gama media y un valor duradero. El HP 9000 K-Class Server se basa en los nuevos miembros de la familia HP Precision Architecture RISC (PA-RISC). A partir de la PA-7200, que cuenta con instrucciones de 64-bits y caché de rutas de datos, además de los registros internos de 64 bits, el servidor SMP Clase K es también una placa actualizable para la placa PA-8000 de 64-bits de ultra-alto rendimiento. Los servidores de Clase K-ofrecerán una gama de potencia 10 veces más dentro de su gabinete actual sistema compacto y asequible. El beneficio real de la CPU diseño sofisticado PA-7200 es la simplicidad resultante de la K-clase a nivel de sistema arquitectura que es rentable, modular, fácil de actualizar, confiable y capaz de alcanzar altos niveles de UNIX comerciales y técnicos de rendimiento hoy y en el futuro.

Tabla de principales características

Enterprise 6000/6500

La siguiente imagen muestra la organización lógica del procesador de la computadora Enterprise 6000/6500

http://www.new-npac.org/projects/cdroms/cewes-1999-06-vol1/nhse/hpccsurvey/orgs/sun/sun.html, Enterprise 6000/6500, Sun Microsystems, recuperado 28 de febrero de 2013

El sistema de configuración provee 16 slots de bus que pueden ser ocupados o por el procesador o puertos de entrada/salida, pero por lo menos debe haber uno de cada uno

Cada procesador es un UltraSparc con caché L1 de 16 KB y cachel L2 de 512 KB

El número máximo de procesadores soportado es 30 con un pico de rendimiento en 9 GFlops

El sistema de bus Gigaplane proporciona un máximo de ancho de banda de 2,67 GB/s, trabaja a 83,5 MHz

Sistema de Memoria

Desde que el sistema fue diseñado para soportar hasta 30 procesadores, y desde que cada procesador contiene hasta 2 GB, todo el sistema puede soportar hasta 16 memorias de manera intercalada

La caché de nivel 1 de cada procesador es de 16 KB

La memoria caché de nivel 2 tiene un tiempo de acceso aproximadamente de 40 ns, y la transferencia entre los dos niveles es de 16 bytes. Todo el tiempo de acceso es cercano a los 300 ns

Almacenamiento en disco de 10 Terabytes

Benchmarks (Realizado con LINPACK Benchmark)

Para Enterprise 6000 con:

4 procesadores a 250 MHz tiene un desempeño de 1126 Mflops/seg

6 procesadores a 250 MHz tiene un desempeño de 1607 Mflops/seg

8 procesadores a 250 MHz tiene un desempeño de 2038 Mflops/seg

14 procesadores a 250 MHz tiene un desempeño de 3112 Mflops/seg

16 procesadores a 250 MHz tiene un desempeño de 3493 Mflops/seg

24 procesadores a 250 MHz tiene un desempeño de 4389 Mflops/seg

30 procesadores a 250 MHz tiene un desempeño de 4755 Mflops/seg

Usando un procesador UltraSPARC II a 336 MHz para:

2 procesadores el mejor desempeño fue de 843 Mflops/seg y teóricamente 1344 Mflops/seg

4 procesadores el mejor desempeño fue de 1438 Mflops/seg y teóricamente 2688 Mflops/seg

6 procesadores el mejor desempeño fue de 1990 Mflops/seg y teóricamente 4032 Mflops/seg

8 procesadores el mejor desempeño fue de 2481 Mflops/seg y teóricamente 5376 Mflops/seg

14 procesadores el mejor desempeño fue de 3721 Mflops/seg y teóricamente 9408 Mflops/seg

16 procesadores el mejor desempeño fue de 3981 Mflops/seg y teóricamente 10752 Mflops/seg

24 procesadores el mejor desempeño fue de 4755 Mflops/seg y teóricamente 16128 Mflops/seg

30 procesadores el mejor desempeño fue de 5187 Mflops/seg y teóricamente 20160 Mflops/seg

Usando un procesador UltraSPARC I a 167 MHz para:

2 procesadores el mejor desempeño fue de 456 Mflops/seg y teóricamente 667 Mflops/seg

4 procesadores el mejor desempeño fue de 871 Mflops/seg y teóricamente 1333 Mflops/seg

8 procesadores el mejor desempeño fue de 1607 Mflops/seg y teóricamente 2667 Mflops/seg

12 procesadores el mejor desempeño fue de 2238 Mflops/seg y teóricamente 4000 Mflops/seg

16 procesadores el mejor desempeño fue de 2761 Mflops/seg y teóricamente 5333 Mflops/seg

20 procesadores el mejor desempeño fue de 3170 Mflops/seg y teóricamente 6667 Mflops/seg

24 procesadores el mejor desempeño fue de 3566 Mflops/seg y teóricamente 8000 Mflops/seg

BIBLIOGRAFIA

Que es SPP recuperado de http://publiespe.espe.edu.ec/articulos/sistemas/arquitectura/arquitectura.htm el 27 de febrero del 2013

SPP recuperado de mario.elinos.org.mx/docencia/sistdist/fstudents/maquinas_multiprocesador.ppt el 27 de febrero del 2013

MPP recuperado de http://publiespe.espe.edu.ec/articulos/sistemas/arquitectura/arquitectura.htm el 28 de febrero del 2013

http://www.new-npac.org/projects/cdroms/cewes-1999-06-vol1/nhse/hpccsurvey/orgs/sun/sun.html, Enterprise 6000/6500, Sun Microsystems, recuperado 28 de febrero de 2013

PRE-INFORMES

GUIAS DE ONDA

Son estructuras que consisten de un solo conductor. Hay dos tipos usados comúnmente: de sección rectangular y de sección circular. También hay elípticas y flexibles.

Sus pérdidas son menores que las de líneas de tx en las frecuencias usadas (arriba de 3 GHz); y también son capaces de transportar mayores potencias que una línea coaxial de las mismas dimensiones.

Ventajas.-

Blindaje total, eliminando pérdidas por radiación.
No hay pérdidas en el dieléctrico, pues no hay aisladores dentro.
Las pérdidas por conductor son menores, pues solo se emplea un conductor.
Mayor capacidad en el manejo de potencia.
Construcción más simple que un coaxial

Desventajas.-

· La instalación y la operación de un sistema de GO son más complejas. Por ejemplo:

· Los radios de curvatura deben ser mayores a una l para evitar atenuación.

· Considerando la dilatación y contracción con la temperatura, se debe sujetar mediante soportes especiales.

· Se debe mantener sujeta a presurización para mantener las condiciones de uniformidad del medio interior.

El tamaño mínimo de la guía para transmitir una cierta frecuencia es proporcional a la l de esa frecuencia.

Dicha proporcionalidad depende tanto de la forma de la guía como de la distribución de los campos (modos de transmisión) dentro de ella. En cualquier caso, hay una frecuencia mínima que puede ser transmitida, denominada frecuencia de corte del modo principal.

Guía de fibra óptica.-

Principio de operación:

El principio básico de operación de una guía de onda óptica o guía de onda dieléctrica, se fundamenta en la reflexión total interna de un rayo de luz en la interface de dos películas dieléctricas con diferentes índices de refracción. La figura 2 muestra una guía de onda, donde una película dieléctrica de índice de refracción nf, se encuentra insertada entre el substrato y otra película, cuyos índices de refracción son ns y nc, respectivamente. La condición a satisfacer es que nf>ns>nc. Típicamente, el grueso de la guía de onda es de 1 μm y la diferencia de índices entre núcleo y recubrimiento es del orden de 10-3 a 10-1. Suponiendo que la fuente óptica es coherente y monocromática, y que la guía de onda es un medio dieléctrico sin pérdidas e isotrópico, la reflexión total interna ocurre cuando el rayo de luz tiene un ángulo de incidencia Θi que posee un valor entre el llamado ángulo crítico Θc y 900. El ángulo crítico está dado por la expresión:

Fig.1 Corte transversal de una guía de fibra óptica

Fuente: http://www.fis.cinvestav.mx/~smcsyv/supyvac/18_4/SV1842105.pdf

Una guía de ondas, es un dispositivo mediante el cual, la luz se ve obligada a seguir trayectorias determinadas sin la necesidad de lentes. La acción constriyente, la realizan las paredes de las guías en el caso de las fibras ópticas.

En la figura se aprecia como los frentes de onda P-Q y L-H son frentes paralelos, pero que han seguido trayectorias diferentes hasta alcanzar su posición, por lo que sus caminos ópticos son diferentes (han tardado diferente tiempo en llegar), por lo que entre ellos existe un determinado desfase. La onda que ha realizado más reflexiones, llega con retraso con respecto a la que llega directamente. Además, en cada reflexión en la pared de la fibra, la onda realiza un salto de fase de radianes, por lo que la diferencia de fase total entre las dos ondas, será la suma de ambos desfases.

Fig.2 Propagación de la luz en una fibra óptica

Fuente: http://mazinger.sisib.uchile.cl/repositorio/ap/ciencias_quimicas_y_farmaceuticas/apquim-an-instr-7/c21c.html

Dentro de la fibra, se producen infinidad de reflexiones, que producen la superposición de infinitas ondas, que darán una resultante interferencial. A lo largo de la guía (fibra) sólo se pueden propagar los pulsos por reflexiones totales sucesivas, aquellas ondas cuyo ángulo de incidencia en las reflexiones sea mayor que el ángulo límite, y que además, la resultante interferencial no se anule, o sea, que los diferentes frentes de onda estén desfasados en un número entero de vueltas (una vuelta son 2 radianes), o sea = m·2, m = 0, 1, 2, ...

Fibra óptica

Modos de propagación:

Por lo tanto sólo un número discreto de ondas (no continuo) podrán propagarse indefinidamente a lo largo de la fibra, sin desaparecer. Son estas ondas que son capaces de propagarse indefinidamente las llamadas modos de propagación. Además, la condición de interferencia constructiva = m·2, no se puede cumplir simultáneamente para las componentes eléctrica y magnética de una onda dada, ya que si se cumple para una, no puede cumplirse para la otra (que se anulará), por lo que sólo puede propagarse uno de los dos modos:

· Modos transversales eléctricos (TE)
· Modos transversales magnéticos (TM).

INDICE DE REFRACCION

Cuando un haz de luz que se propaga por un medio ingresa a otro distinto, una parte del haz se refleja mientras que la otra sufre una refracción que consiste en el cambio de dirección del haz. Para esto se utiliza el llamado índice de refracción del material, que nos servirá para calcular la diferencia en el ángulo de incidencia y el de refracción del haz

Se llama índice de refracción absoluta “n” de un medio transparente al de la velocidad de la luz en el vacío (3x10^8 m/s) “Co” y la velocidad de la luz en ese medio, “v”.

N=Co/v

Dado que la velocidad de la luz siempre es menor en cualquier medio que en el vacio, el índice de refracción siempre será mayor que 1, ya que n=1 en el vacio.

MATERIAL	INDICE DE REFRACCION
Vacio	1
Aire	1.0003
Agua	1.33
Cuarzo	1.46
Sal rocosa	1.54
Diamante	2.42
Alcohol Etilico	1.36
Fibra de vidrio	1.5-1.9
Arseniuro de galio	3.6
Silicio	3.4

Figura #1 Refracción de la luz

Fuente: http://ocwus.us.es/pintura/usos-plasticos-del- color/temario/temas2_IMSWCT/page_08.htm/skinless_view

Figura #2 Refracción en prisma

Fuente: http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica_//ondas/reflex_trans/prisma/prisma.html

DISPOSITIVOS OPTOELECTRÓNICOS

Dispositivos Optoelectrónicos.-

La optoelectrónica es la técnica que trata la interacción entre la radiación luminosa y la corriente eléctrica en dispositivos semiconductores. Los dispositivos optoelectrónicos cumplen varias funciones: generar señales luminosas a partir de señales eléctricas o viceversa, estos dispositivos operan con longitudes de onda que van desde el infrarrojo hasta el ultravioleta. Los tipos de dispositivos optoelectrónicos son: Diodos emisores de luz, diodos láseres y fotodetectores.

Diodos Emisores de Luz.-

Es un semiconductor de unión p-n, como su nombre lo indica es un diodo capaz de emitir luz, cuando se lo energiza, en la unión que presenta existe generalmente una combinación de huecos y electrones, esta combinación requiere de la energía del electrón se desprenda en forma de calor y en cantidad más pequeña luz. Mientras más energía le llegue, más intensa será su luminosidad, en la actualidad existen diodos de diferentes colores: naranja, verde, amarillo, etc.

Fig. 1 Características Eléctricas/Ópticas de un LED a 25º

Fuente: Boylestad R. - Nashelsky L. (2003), Electrónica: teoría de circuitos y dispositivos electrónicos 8º Ed., Ciudad Juárez: México, Editorial Pearson Educación México

Diodo Láser.-

El diodo láser es un dispositivo optoelectrónico cuya emisión de radiación de alta pureza espectral, gran directividad y emisor de grandes cantidades de radiación, puede ser controlado por la corriente con la que se le excita, esto hace del láser un dispositivo indicado para comunicaciones.

La ganancia que tiene un diodo láser aumenta al aumentar la densidad volumétrica de los electrones.

IMAGEN

Fotodetectores.-

Un fotodetector (detector de fotones), es capaz de convertir un flujo de fotones en una magnitud medible ya sea corriente o voltaje. Los fotodetectores se dividen en dos grupos: Térmicos (el material del que están hechos calienta por radiación absorbida, este calentamiento provoca cambios en el comportamiento del material) y fotoeléctricos (la absorción de fotones resulta de la transición de electrones presentes en el material, generando una corriente).

Las características más importantes de los fotodetectores son: elevada sensibilidad, alta velocidad de respuesta, comportamiento lineal, tamaño reducido adaptado a la fibra óptica, estabilidad a cambios de temperatura y fiabilidad.

Tiempo de respuesta.-

El tiempo de respuesta se define como el tiempo que pasa desde que se envía una comunicación y se recibe la respuesta.

El tiempo de respuesta de un LED, está limitado por el tiempo necesario para que los portadores de carga se recombinen, tiempo que también depende de las concentraciones de los portadores y de los tiempos de transito. El tiempo de respuesta de un diodo láser es menor a la de un LED, mientras que el tiempo de respuesta de un fotoreceptor es mucho mas rápida.

Bibliografia

Alvaro Tejero Cantero,Pablo Ruiz Muzquiz, Marc Melendez Schofield. Apuntes de óptica II

Wayne Tomasi (2003).Sistemas de comunicaciones electrónicos.4ta Edición. México.

Daniel J. Pasto, Cari R. Ohnson (2003).Determinacion de estructuras organicas.1ra Edicion. España

Boylestad R. - Nashelsky L. (2003), Electrónica: teoría de circuitos y dispositivos electrónicos 8º Ed., Ciudad Juárez: México, Editorial Pearson Educación México

Prat V. Ll. – Bragós B. R. (1999), Ciruitos y dispositivos electrónicos: fundamentos de electrónica 6º Ed., Barcelona: España, Ediciones de la Universitat Politècnica de Catalunya

Vargas H. C. (2005), Interacciones fotónicas en películas semiconductoras y su caracterización, Manizales: Colombia, Impreso por Centro de publicaciones Universidad Nacional de Colombia

España B. M. C. (2005), Comunicaciones ópticas: Conceptos esenciales y resolución de ejercicios, España, Ediciones Díaz de Santos S. A.

San Miguel L. M. (2005), Fundamentos físicos de la informática y las comunicaciones, España, Editorial Thomson Paraninfo

http://www.ing.unlp.edu.ar/camposyo/Guia_Onda.pdf recuperado el 28 de febrero del 2013

R. A. Soref, Silicon-Based Optoelectronics, Proceedings of the IEEE, 81, 1687 (1993).

http://www.fis.cinvestav.mx/~smcsyv/supyvac/18_4/SV1842105.pdf

http://mazinger.sisib.uchile.cl/repositorio/ap/ciencias_quimicas_y_farmaceuticas/apquim-an-instr-7/c21c.html