ESTRUCTURA Y TECNOLOGÍA A DE COMPUTADORES

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1 Uversdad Rey Jua Carlos ESTRUCTURA Y TECNOLOGÍA A DE COMPUTADORES Lus Rcó Córcoles Lceso J. Rodríguez-Aragó Programa. Itroduccó. 2. Defcó de redmeto. 3. Meddas para evaluar el redmeto. 4. Programas para evaluar el redmeto. 5. Comparacó y resume del redmeto. 6. Ley de Amdahl. 7. Otras meddas para evaluar el redmeto. 8. Cometaros fales. 2

2 Bblografía D.A. PATTERSON, J.L HENNESSY. Estructura y dseño de computadores. Reverté, P. DE MIGUEL. Fudametos de los computadores. 7ª edcó, Parafo, 999. W. STALLINGS. Orgazacó y Arqutectura de Computadores. 5ª edcó, Pretce-Hall, Itroduccó Cuado vamos a adqurr u computador, es teresate que coozcamos el redmeto que os va a ofrecer. A la hora de dseñar u computador, es teresate cotar co herrametas que os permta evaluar sus prestacoes co objeto de poderar la relacó coste / redmeto del msmo. Vamos a estudar alguas formas de caracterzar el redmeto de u computador. 4

3 2. Defcó de redmeto El cocepto de redmeto se puede percbr desde dferetes putos de vsta: Tempo de respuesta: velocdad (tempo) de ejecucó. Productvdad: Número de tareas completadas e la udad de tempo. Cosderaremos el redmeto desde la perspectva del tempo de ejecucó: Redmet o = Tempo de ejecucó La máqua es veces más rápda que la máqua Y s: Redmeto Redmeto El tempo de ejecucó y el redmeto so recíprocos: aumetar el redmeto mplca dsmur el tempo de ejecucó. = Y Hablaremos de mejorar el redmeto Meddas para evaluar el redmeto Tempo de reloj, tempo de respuesta o tempo trascurrdo: Tempo desde que se laza ua tarea hasta que se completa. Icluye el tempo de espera de etrada / salda, el tempo cosumdo por otros procesos actvos e el sstema, etc. Tempo de ejecucó de UCP o tempo de ejecucó: Tempo cosumdo por la UCP e ejecutar el programa. No cluye el tempo de espera de etrada / salda, el tempo cosumdo por otros procesos actvos e el sstema, etc. Tempo de ejecucó de UCP = Tempo de ejecucó de UCP de usuaro + tempo de ejecucó de UCP del sstema. Redmeto de u sstema: Tempo trascurrdo e u sstema s carga. Redmeto de UCP: Recíproco del tempo de ejecucó. Tempo de ejecucó: a veces se mde e cclos de reloj. Frecueca de reloj: versa del cclo de reloj. 6

4 Meddas para evaluar el redmeto Tempo de ejecucó de UCP para u programa: Tempo UCP = Cclos UCP Tempo de cclo = Cclos UCP Frecueca de cclo CPI: cclos de reloj por struccó CPI medo: meda de cclos de reloj por struccó CPI medo ( CPI C ) = = CPI = Número struccoes Etoces: Cclos UCP = Número de struccoes Meda de cclos por struccó Cclos UCP = ( CPI C ) = 7 Meddas para evaluar el redmeto Se deduce que: Tempo UCP = Número struccoes CPI Tempo de cclo Número de struccoes CPI Tempo UCP = Frecueca de cclo Y por tato: Tempo UCP = = ( CPI C ) ( CPI C ) = Tempo UCP = Frecueca de cclo Tempo de cclo 8

5 4. Programas para evaluar el redmeto Carga de trabajo de u sstema: cojuto de programas ejecutados e el msmo a lo largo del día. Para comprobar el redmeto de u sstema, lo mejor es medr el tempo de ejecucó de la carga de trabajo (dfícl). Programas de prueba (bechmarks): programas pequeños específcamete escogdos para medr el redmeto. Vetajas: A meudo se puede esamblar a mao (útl s aú o hay complador). So fácles de estadarzar e dferetes máquas. Desvetajas: se presta a fraudes. Compladores específcamete dseñados para optmzar u bechmark. Mejoras específcas e la crcutería para optmzar fragmetos pequeños de códgo. Pruebas stétcas: programas artfcales costrudos para tetar eglobar las característcas de u cojuto de programas. So rreales y també se presta a optmzacoes frauduletas. Lo mejor es realzar pruebas co programas reales (utlzados regularmete, o be programas típcos), sobre todo s la máqua está ya fucoado. Reproducbldad de las meddas: fudametal (documetar la prueba). 9 Programas para evaluar el redmeto SPEC performace rato gcc espresso spce doduc asa7 l eqtott matrx300 fpppp tomcatv Bechmark Compler Ehaced compler Pruebas de cojuto de bechmarks de prueba e ua máqua co dos compladores dsttos. 0

6 5. Comparacó y resume del redmeto A meudo los vededores y los compradores ecesta u úco úmero para evaluar el redmeto de ua máqua. Este úmero resume el redmeto del cojuto de programas de prueba seleccoado. Problema: cómo calcular la medda resume? Comparacó los redmetos relatvos de dos máquas e Y respecto de u programa: Redmeto Redmeto Y = tempo de ejecucó tempo de ejecucó S la carga está formada por varos programas, el tempo de ejecucó puede ser la meda artmétca del tempo de ejecucó de todos ellos: MA = = tempo Y = p Comparacó y resume del redmeto Método sugerete para comparar los redmetos de dos máquas:. Normalzar los tempos de ejecucó para ua máqua de refereca. 2. Tomar el promedo de los tempos de ejecucó ormalzados. Problema: el resultado depede de cuál sea la máqua de refereca. Solucó: usar la meda geométrca e vez de la meda artmétca. MG = Rato del = tempo de ejecucó La meda geométrca es depedete de la ormalzacó: MG( ) = MG(Y ) MG Y 2

7 6. Ley de Amdahl Srve para evaluar el mpacto de ua mejora parcal e ua máqua e relacó al redmeto global de la msma. Tempo afectado por la mejora Tempo fal mejorado = + Tempo o afectado Catdad de la mejora Ua mejora puede repercutr e u aumeto del redmeto que puede compesar el aumeto de coste al corporarla. Redmeto co mejora Mejora e redmeto = = Redmeto s mejora Tempo cal s mejora Tempo fal mejorado Al mejorar u aspecto de la máqua, el mpacto de dcha mejora va e fucó de la fraccó de tempo e que ésta pueda aplcarse, y está lmtado por ella Otras meddas para evaluar el redmeto MIPS: mlloes de struccoes ejecutadas por segudo. Número de struccoes MIPS = 6 Tempo de ejecucó 0 No se tee e cueta las característcas de las struccoes: o se puede comparar máquas co dferetes repertoros de struccoes. Los MIPS varía etre dferetes programas de u msmo computador. Los MIPS puede varar versamete al redmeto. MIPS relatvos: MIPS ormalzados respecto de ua máqua de refereca. Tempo e máqua de refereca MIPS relatvos = MIPS refereca Tempo e la máqua MIPS de pco: velocdad máxma de ejecucó de struccoes. Se obtee co el CPI meor posble. MFLOPS: mlloes de operacoes de coma flotate por segudo. MOPS: mlloes de operacoes por segudo. 4

8 8. Cometaros fales Es mportate dseñar mejorado el redmeto s perder de vsta el coste que ello supoe: equlbro coste-redmeto. Dseño de alto redmeto: el coste es secudaro. Dseño de bajo coste: el redmeto es secudaro. Dseño coste/redmeto: busca el equlbro. Método correcto de calcular el redmeto: tempo de ejecucó de programas reales. Factores que fluye e el redmeto: Número de struccoes de los programas. Número de cclos de reloj por struccó. Frecueca del reloj. Arte del dseño de computadores: determar de forma precsa cómo las alteratvas fluye e el coste y el redmeto. 5

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