Medición del Rendimiento de Computadores

Transcripción

1 Arquitectura 08/09 Medición l Rendimiento Motivación: Qué medidas tiempo se utilizan para evaluar el rendimiento? Cómo finimos el tiempo cpu y el rendimiento l procesador? Qué parámetros condicionan el tiempo cpu? Qué medidas productividad se utilizan para evaluar el rendimiento? Qué ventajas e inconvenientes presentan dichas medidas? Qué tipos programas se utilizan para evaluar el rendimiento? 1

2 Arquitectura 08/09 Medición l Rendimiento Introducción Tiempo ejecución. Rendimiento l Procesador Medidas Productividad MIPS MFLOPS Programas evaluación (Benchmarks) 2

3 Arquitectura 08/09 Medición l Rendimiento Por qué se necesita medir el rendimiento? comparación l hardware las máquinas comparación l software las máquinas (compiladores) Propósito final: tomar cisiones compra sarrollar nuevas arquitecturas Basta con una sola medida? es más rápida una máquina 2 GHz que otra 1,5 GHz? Medidas utilizadas: 3

4 Arquitectura 08/09 Tiempo Ejecución Tiempo Respuesta (transcurrido, reloj, elapsed time) incluye todo (procesador, accesos a memoria, E/S, S.O., multiprogramación) en un sistema scargado da ia l rendimiento l computador o sistema útil, pero no muy acuado para efectuar comparaciones Tiempo CPU no incluye E/S ni tiempo ejecutando otros programas (multiprogramación) Tcpu = Tcpu (usuario) + Tcpu (sistema) Tcpu (sistema) = tiempo ejecutando código l S.O. Tcpu (usuario) tiempo dicado a la ejecución código nuestro programa da ia l Rendimiento l Procesador o Rendimiento CPU esta influido por 4

5 Arquitectura 08/09 Ciclo Reloj El rendimiento se calcula en función l ciclo reloj segundos ciclos segundos = x programa programa ciclo El tiempo se pue medir en ciclos reloj T t Tiempo ciclo (T) = tiempo entre dos eventos reloj (período reloj) Frecuencia reloj (f) = ciclos / segundo 5

6 Arquitectura 08/09 Ciclos por Instrucción Son iguales el número instrucciones y el ciclos?, NO el número ciclos pen la organización hardware el número cambia para cada procesador Consumen todas las instrucciones igual nº ciclos?, NO las multiplicaciones/divisiones consumen mas que las sumas/restas las instrucciones flotantes consumen mas que las enteras las que accen a memoria consumen mas que las que accen a registros Ciclos por Instrucción (CPI) número ciclos promedio consumido por las instrucciones un programa permite comparar organizaciones alternativas que soportan una misma ISA Si NI = nº instrucciones l programa 6

7 Arquitectura 08/09 Rendimiento l Procesador NI = nº instrucciones l programa CPI = ciclos por Instrucción T = tiempo ciclo nº total ciclos = NI x CPI TCPU (usuario) = nº total ciclos x tiempo ciclo = (NI x CPI ) x T TCPU = T x NIi x CPIi (i = tipo instrucción) CPI = CPIi X Fi (Fi = frecuencia aparición instrucciones i) NI = función(compilador, Lenguaje máquina) CPI = función(lenguaje máquina, Organización) T = función(organización, Tecnología) 7

8 Arquitectura 08/09 Medidas Productividad 8

9 Arquitectura 08/09 MIPS Millones Instrucciones Por Segundo NI NI 1 f MIPS = = = = Tejecucion x 10 6 TCPU x 10 6 CPI x T x 10 6 CPI x 10 6 Mayor velocidad implica mayor valor MIPS (a priori) NI Tejecucion = MIPS x

10 Arquitectura 08/09 MIPS Inconvenientes: MIPS pen l juego instrucciones difícil comparar máquinas con JI diferentes MIPS pen l programa ( su mezcla instrucciones) MIPS pue llegar a variar inversamente al rendimiento medida no consistente ( solución: 10

11 Arquitectura 08/09 MFLOPS Millions of FLoating Point Operations Per Second Nº Operaciones Flotantes MFLOPS = Tejecucion x 10 6 Aplicable a programas con Operaciones Flotantes: sumas, restas, multiplicaciones, divisiones Simple precisión o Doble precisión 11

12 Arquitectura 08/09 MFLOPS Inconvenientes: MFLOPS penn si se dispone o no FPU (Floating Point Unit) MFLOPS penn si están o no soportadas funciones complejas (multiplicación, división, raíz cuadrada, seno, coseno, etc.) MFLOPS penn la mezcla I. enteras y flotantes l programa MFLOPS penn la mezcla operaciones flotantes (operaciones mas complejas tienen un mayor tiempo ejecución) solución: 12

13 Arquitectura 08/09 Medición l Rendimiento La única medida objetiva es el Tiempo Ejecución Cualquier otra medida ofrece una visión parcial nº instrucciones por programa nº ciclos por programa nº ciclos por instrucción nº segundos por ciclo nº ciclos por segundo nº instrucciones por segundo 13

14 Arquitectura 08/09 Resumen Vocabulario NI CPI Tejecucion T f MIPS MFLOPS número instrucciones (máquina) (ciclos por instrucción) tiempo ejecución (segundos por programa) tiempo ciclo (segundos por ciclo) frecuencia reloj (ciclos por segundo) (millones instrucciones por segundo) (millones operaciones flotantes por segundo) 14

15 Arquitectura 08/09 Programas Evaluación (Benchmarks) Carga ial para la evaluación: Programas Usuario + Comandos S.O. ( Carga Trabajo, Workload ) Problema: No disponibilidad los computadores para correr la Carga Trabajo Alternativa: Cargas neutrales ejecutadas por los fabricantes u organismos evaluadores Tipos programas evaluación (benchmarks): 15

16 Arquitectura 08/09 Benchmarks sintéticos Simulan la frecuencia instrucciones y operandos un abanico programas reales (código artificial) Ejemplos: Dhrystone (código entero) Whetstone (código flotante) Inconvenientes: optimizaciones l fabricante solo para la mejora ese tipo programas compiladores tectores benchmarks su pequeño tamaño da lugar a un rendimiento óptimo l sistema memoria 16

17 Arquitectura 08/09 Programas tamaño reducido Pequeños programas entre 10 y 100 líneas con resultado conocido Incluyen normalmente bucles, repitiéndose mucho algunas instrucciones Fáciles simular durante el diseño la máquina (compilador no disponible) Fáciles estandarizar Ejemplos: programas ornación multiplicación matrices, etc. Flops: resolución integrales Linpack: resolución sistemas ecuaciones lineales Inconvenientes: optimizaciones l fabricante solo para la mejora ese tipo programas rendimiento óptimo l sistema memoria 17

18 Arquitectura 08/09 Optimizaciones específicas para Benchmarks 18

19 Arquitectura 08/09 Aplicaciones reales Programas uso común que forman parte las cargas trabajo Compiladores y Editores texto Bases datos y Hojas cálculo Programas científicos Ejemplos: Conjunto programas SPEC y benchmark SYSmark (PCs) SPEC = Programas consensuados por el conjunto fabricantes Los mas utilizados para medir rendimiento y eficiencia l compilador Actualizaciones continuas: SPEC 92, SPEC 95, SPEC 2000, SPEC 2006 SYSmark: 19

20 Arquitectura 08/09 Problema 2.2 1) MIPS con copro = f CPU / (CPI con copro x 10E6) = MIPS sin copro = f CPU / (CPI sin copro x 10E6) = 2) NI con copro = MIPS con copro x 10E6 x Tej con copro = NI sin copro = MIPS sin copro x 10E6 x Tej sin copro = 3) NI con copro = = N Iter x (NI enteras básicas + NI flotantes) NI enteras básicas = NI sin copro = = N Iter x (NI enteras básicas + NI enteras emulación) NI enteras emulación = NI medio enteras / flotante = NI enteras emulación / NI flotantes = 4) MFLOPS nativos = Nº Operaciones flotantes x NIter / (Tej con copro x 10E6) = Nº Op. Normalizadas = (nº sum + nº res + nº mul + nº conv + nº comp) x 1 + nº div x 4 = MFLOPS normalizados = Nº Op. Normalizadas x NIter / (Tej con copro x 10E6) = 5) Nº Op. en funciones = Nº total Op. flotantes - Nº basico Op. flotantes = Nº invocaciones función = nº atan + nº sin + nº cos + nº sqrt + nº exp + nº log = Nº medio Op. / función = Nº Op. en funciones / Nº invocaciones función = 20