Organización de Computadoras 66.20

Transcripción

1 Organización de Dr. Ing. José Luis Hamkalo Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires

2 Fundamentos de Diseño de Intel 4004: el primer microprocesador 2

3 Fundamentos de Diseño de Intel 4004: el primer microprocesador 2300 transistores Federico Faggin: creador del primer microprocesador 3

4 Proceso de fabricación de un circuito integrado 4

5 Proceso de fabricación de un circuito integrado 5

6 Wafer de 8 pulgadas con 564 MIPS64 R20K 6

7 Tendencias Tecnológicas Planear pensando en futuros cambios de tecnología Tecnologías de implementación cruciales Tecnología de lógica de circuitos integrados (ley de Moore) Densidad +35% por año (se duplica cada 2 años) DRAM semiconductora Densidad +50% por año (se cuadruplica cada 3 años) Tecnología de discos magnéticos Densidad +100% por año (se cuadruplica cada 2 años) Tecnología de redes 10 Mb/seg a 100 Mb/seg 10 años a 100 Mb/seg a 1 Gb/seg 5 años 7

8 Tendencias Tecnológicas Progreso de integración de transistores en CI de Memoria y Microprocesadores intel 8

9 Tendencias Tecnológicas Año Tecnología Performance/costo relativa 1951 Vacuum tube Transistor Integrated circuit (IC) Very large scale IC (VLSI) 2,400, Ultra large scale IC 6,200,000,000 9

10 Tendencias Tecnológicas ~100 Mflops Cray 1, 1976: $5-9 M Pentium 4 PC, 2001: $1K 10

11 Evolución del Desempeño 60 años de Evolución tecnológica u$s 1000 (2006) >> u$s (1980) Mejoras Avances tecnológicos Decada 1970, microprocesadores Lenguajes de alto nivel (C) Sistemas operativos estandar (UNIX) Innovaciones en el diseño Decada 1980, RISC Paralelismo entre instrucciones Pipeline Múltiple emisión Caches Ultimos 20 años mejorando al 50% anual! 11

12 Desempeño de Uniprocesadores Limitado por: disipación de calor (potencia), ILP, latencia de memoria. 12

13 La Brecha CPU-Memoria 13

14 Evolucíón de los Sistemas de Cómputo Reinado del Microprocesador PCs Workstations Minicomputadoras Servers Mainframes Multiprocesadores Supercomputadoras Multiprocesadores masivos Centro de la revolución Arquitectura Compilador Enfoque cuantitativo 14

15 Introducción (4). Mercados de de escritorio PCs y workstations Precio-desempeño óptimo Tiempo de respuesta Servidores Disponibilad Escalabilidad Trabajos por unidad de tiempo Procesadores embarcados Desempeño a precio mínimo Mínimo consumo de potencia 15

16 Mouse Óptico LED ilumina el escritorio Cámara de baja resol. Procesador básico de Imágenes detecta mov. Botones y rueda. Supera al mouse mecánico de bolita. 16

17 La tarea del diseñador de computadoras 17

18 Medición y reporte de desempeño Parámetro para medir desempeño: tiempo de ejecución Comparación entre dos máquinas: x es n veces más rápida que y: Tiempo de reloj de pared Tiempo de CPU 18

19 Elección de programas para evaluar el desempeño Aplicaciones reales Aplicaciones modificadas Kernels Benchmarks de juguete Benchmarks sintéticos 19

20 Suites de Benchmarks Benchmarks de escritorio SPEC CPU Benchmarks de Servers TPC Benchmarks de embarcados EDN 20

21 Enteros Punto Flotante 21

22 Enfoque cuantitativo Observación empírica Experimentación Simulación 22

23 Principios Cuantitativos Hacer rápido el caso común Favorecer el caso frecuente frente al infrecuente A menudo el caso frecuente es el simple Herramientas Cuantitativas Ley de Amdahl Ecuación de desempeño de CPU 23

24 Ley de Amdahl 24

25 Ejemplo: A common transformation required in graphics engines is square root. Implementations of floating-point (FP) square root vary significantly in performance, especially among processors designed for graphics. Suppose FP square root (FPSQR) is responsible for 20% of the execution time of a critical graphics benchmark. One proposal is to enhance the FPSQR hardware and speed up this operation by a factor of 10. The other alternative is just to try to make all FP instructions in the graphics processor run faster by a factor of 1.6; FP instructions are responsible for a total of 50% of the execution time for the application. The design team believes that they can make all FP instructions run 1.6 times faster with the same effort as required for the fast square root. Compare these two design alternatives. Answer We can compare these two alternatives by comparing the spee dups: Improving the performance of the FP operations overall is slightly better because of the higher frequency. 25

26 Ecuación de Desempeño de CPU Definición: 26

27 Diferentes CPIs CPI i : promedio para cada grupo i (grupo ALU, grupo Load/Store, etc.). CPI: promedio para la toda la aplicación. CPI también se define individualmente para cada instrucción (ADD, SUB, BEQ, etc.). 04/09/2017 Fundamentos de Diseño de 27

28 Ecuación de Desempeño de CPU. Parámetros interrelacionados Conteo de Instrucciones: Arquitectura del conjunto de Instrucciones y compilador CPI: Organización y Arquitectura del conjunto de Instrucciones Período del Reloj: Técnología del Hardware y Organización. 28

29 Ejemplo 29

30 Otras Medidas de Desempeño: MIPS y MFLOPS MIPS: Millones de Instrucciones por Segundo Fuertemente dependiente de la Arquitectura del conjunto de instrucciones. NO es adecuada para evaluar desempeño. MFPLOS: Millones de Operaciones de Punto Flotante por Segundo. 30

31 FIN 31