Sesión de teoría: Introducción a la concurrencia (4/6)

Summary

Este video explica los diferentes niveles en los que se puede implementar la concurrencia, desde el hardware hasta el software. Comienza con el procesamiento de palabras y la ejecución simultánea de instrucciones en la CPU, pasando por el nivel de programa donde los hilos cooperan para ejecutar tareas simultáneamente dentro de un mismo programa. Finalmente, se aborda el nivel de aplicaciones, donde distintos programas compiten por los recursos del sistema. A lo largo de la explicación, se destacan las tecnologías clave como el procesamiento paralelo y la segmentación de instrucciones, así como el papel fundamental del sistema operativo en la gestión de la concurrencia.

Takeaways

• 😀 La concurrencia se puede implementar a diferentes niveles, desde el hardware hasta el software.
• 😀 El hardware se puede dividir en dos niveles de concurrencia: el nivel de operación y el nivel de instrucción.
• 😀 El nivel de operación en hardware implica el procesamiento simultáneo de varios bits, como en el caso de operaciones lógicas con palabras de 64 bits.
• 😀 El nivel de instrucción en hardware permite la ejecución simultánea de varias instrucciones utilizando múltiples núcleos o técnicas como el pipelining.
• 😀 El pipelining permite ejecutar varias instrucciones en paralelo, con cada una en diferentes fases del ciclo de procesamiento.
• 😀 En el software, el nivel de programa se refiere a la ejecución simultánea de hilos dentro de un mismo programa, como en un procesador de textos.
• 😀 Los hilos dentro de un programa cooperan para lograr un objetivo común, como mejorar la eficiencia del programa.
• 😀 El sistema operativo y el compilador deben ser adecuados para gestionar la concurrencia, asegurando que los hilos se distribuyan correctamente entre los procesadores.
• 😀 La concurrencia a nivel de aplicaciones implica la competencia entre diferentes programas que luchan por los recursos del sistema, como CPU y memoria.
• 😀 El sistema operativo es responsable de gestionar la competencia entre aplicaciones y garantizar que los recursos se distribuyan de manera eficiente entre los programas en ejecución.
• 😀 En el contexto de la concurrencia, los sistemas operativos modernos, como los basados en Unix, Linux o Windows, gestionan eficientemente tanto la cooperación de hilos como la competencia entre aplicaciones.

Q & A

¿Qué niveles de concurrencia se pueden implementar en un sistema de computación?

La concurrencia se puede implementar en varios niveles: en el hardware, a nivel de operación e instrucción, y en el software, a nivel de programa y aplicación.

¿Qué diferencia hay entre el nivel de operación y el nivel de instrucción en hardware?

El nivel de operación se refiere al procesamiento simultáneo de varios bits, usualmente en un tamaño de palabra de 64 bits. El nivel de instrucción, por otro lado, implica la ejecución simultánea de varias instrucciones utilizando técnicas como pipelining o varios procesadores.

¿Cómo se logra la concurrencia en el nivel de operación?

La concurrencia en el nivel de operación se logra a través de la capacidad del procesador para realizar operaciones lógicas en paralelo sobre varios bits a la vez, por ejemplo, procesando 64 bits simultáneamente en una operación lógica.

¿Qué es el pipelining en el contexto de la ejecución de instrucciones?

El pipelining es una técnica en la que un procesador ejecuta varias instrucciones de manera simultánea, pero cada una en una fase diferente del ciclo de ejecución, lo que permite maximizar la eficiencia al solapar las distintas etapas de procesamiento de instrucciones.

¿Qué significa que un procesador sea segmentado?

Un procesador segmentado es aquel que tiene múltiples fases de ejecución para procesar instrucciones, lo que le permite ejecutar varias instrucciones al mismo tiempo, cada una en una fase distinta del ciclo de procesamiento.

¿Qué son los hilos y cómo funcionan en el nivel de programa?

Los hilos son subtareas dentro de un mismo programa que se ejecutan de manera simultánea y cooperan para cumplir un objetivo común. Por ejemplo, en un procesador de texto, varios hilos pueden manejar tareas como la escritura, la visualización, la corrección ortográfica y la impresión al mismo tiempo.

¿Cuál es la diferencia entre cooperación y competencia en el contexto de los hilos?

La cooperación ocurre cuando los hilos dentro de un mismo programa trabajan juntos hacia un objetivo común, mientras que la competencia ocurre cuando múltiples programas independientes luchan por los recursos del sistema, como la CPU o la memoria.

¿Qué papel juega el sistema operativo en la concurrencia?

El sistema operativo es fundamental para la gestión de la concurrencia, ya que distribuye los recursos del sistema entre los diferentes hilos y programas. Debe asegurar que todos los hilos se ejecuten correctamente, gestionando el acceso a los procesadores y otros recursos.

¿Cómo puede el sistema operativo manejar más hilos que procesadores?

Cuando hay más hilos que procesadores disponibles, el sistema operativo se encarga de repartir los hilos entre los procesadores, asignando cuál se ejecutará en cada momento, asegurando que todos los hilos se ejecuten sin interferencias.

¿Qué ocurre en el nivel de aplicación respecto a la concurrencia?

En el nivel de aplicación, varios programas independientes compiten por los recursos del sistema, como la CPU, la memoria y el almacenamiento. El sistema operativo debe manejar esta competencia para asegurar un uso eficiente de los recursos disponibles.