UNIDAD 1. ORGANIZACIÓN BÁSICA Y DISEÑO DEL COMPUTADOR Ing. Elizabeth Guerrero V.

MIPS Otra alternativa al tiempo para intentar estimar el rendimiento son los MIPS: Millones de Instrucciones por Segundo. Es fácil de entender y es inversa al tiempo de ejecución Tiene problemas: No permite comparar computadores con diferentes juegos de instrucciones MIPS varía entre programas del mismo computador Cantidad de instrucciones Frecuencia de reloj MIPS = = Tiempo de ejecución x 106 CPI x 106

Ley de Amdahl El aumento posible del rendimiento por una mejora, está limitado a la magnitud de la parte mejorada. Tiempo de ejecución afectado por la mejora Tiempo de ejecución no afectado Tiempo de ejecución después de la mejora = + Magnitud de la mejora

Ejercicio 1 Deseamos comparar el rendimiento de dos sistemas diferentes: S1 y S2. El sistema S1 cuesta 10000 $ y el sistema S2 cuesta15000 $. Se han realizado las siguientes medidas sobre estos sistemas: Programa Tiempo en S1 (seg) 1 10 5 2 3 4 Decimos que una máquina es más efectiva en coste que otra si la razón del rendimiento dividida por el coste es mayor. Un usuario está solamante se interesa por el rendimiento del programa 1. ¿Qué máquina es más efectiva en coste para correr solo el programa 1? ¿En cuánto? ¿Qué sistema tiene mejor rendimiento para esta carga de trabajo? ¿En cuánto? Si la frecuencia de reloj del sistema S1 es 20 MHz y la de S2 es de 30 MHz, encontrar los ciclos de reloj por instrucción para el programa 1 en ambos sistemas, sabiendo que las instrucciones ejecutadas en S1 es de 20x10^6 y en S2 es de 16x10^6

Ejercicio 2 Los procesadores P1, P2 y P3 ejecutan el mismo conjunto de instrucciones. Sus frecuencias de reloj y CPI son: Procesador Frecuencia de reloj CPI P1 2 GHz 1.5 P2 1.5 GHz 1.0 P3 3 GHz 2.5 ¿Qué procesador presenta el mejor rendimiento? Si el procesador P2, ejecuta un programa en 10 seg., ¿Cuál es el número de ciclos utilizado y el número de instrucciones del programa? Para el procesador P1, estamos intentando reducir en 30% el tiempo de ejecución. Pero esto conlleva un incremento de 20% del CPI. ¿Qué frecuencia de reloj nos daría esta reducción de tiempo?

Ejercicio 3 Calcule el IPC para cada procesador Frecuencia de reloj Nro. de instrucciones Tiempo P1 2 GHz 20 x 109 7 seg. P2 1.5 GHz 30 x 109 10 seg. P3 3 GHz 90 x 109 9 seg. Calcule el IPC para cada procesador Calcule la frecuencia de reloj para P2, de tal forma que reduzca su tiempo de ejecución al de P1. Calcule el número de instrucciones para P2, que reduzca su tiempo de ejecución al de P3

Ejercicio 4 Considere dos implementaciones distintas del mismo conjunto de instrucciones. Hay 4 tipos de instrucciones. Frecuencia Reloj CPI Clase A CPI Clase B CPI Clase C CPI Clase D P1 1.5 GHz 1 2 3 4 P2 2 GHz Dado un programa con 106 instrucciones, dividida en clases como: 10% Clase A, 20% Clase B, 50% Clase C y 20% Clase D, ¿Cuál implementación es más rápida? ¿Cuál es el CPI global para cada implementación?

Ejercicio 5 Número de instrucciones para un programa Aritméticas Almacenamiento Carga Salto TOTAL 500 50 100 700 Asumiendo que las instrucciones aritméticas toman 1 ciclo, carga y almacenamiento 5 ciclos y los saltos 2 ciclos, ¿Cuál es el tiempo de ejecución del programa en un procesador de 2 GHz? Calcule el CPI para el programa Si el número de instrucciones de carga puede ser reducido a la mitad, ¿cuál es la aceleración y el CPI?

Ejercicios 6 y 7 Considere dos implementaciones: P1 y P2, del mismo conjunto de instrucciones. Hay 5 clases de instrucciones (A, B, C, D y E). La frecuencia de reloj y el CPI para cada clase se indican a continuación: Frec. Reloj CPI A CPI B CPI C CPI D CPI E 6 P1 1.0 GHz 1 2 3 4 P2 1.5 GHz 7 Asuma que el rendimiento pico es definido como la mayor frecuencia a la cual un computador puede ejecutar cualquier secuencia de instrucciones. ¿Cuáles son los rendimientos pico de P1 y P2 expresados en instrucciones por segundo?

Ejercicios 6 y 7 Si el número de instrucciones ejecutadas en cierto programa es dividido en partes iguales, exceptuando para la clase A, que se ejecuta el doble de veces que las demás. ¿Qué computador es más rápido? ¿Cuánto más rápido es? Si el número de instrucciones ejecutadas en cierto programa es dividido en partes iguales, exceptuando para la clase E, que se ejecuta el doble de veces que las demás. ¿Qué computador es más rápido? ¿Cuánto más rápido es?

Respuestas Ejercicio 1: a) S1 1x10^-5 en 1,33 veces Ejercicio 5: b) S2 rendimiento=0,11 c) CPIS1 (P1)= 10 ciclos/inst CPIS2 (P1)= 9,4 ciclos/inst Ejercicio 2: CPU 2 15x109 ciclos fr ≈ 2.57 GHz Ejercicio 3: IPC1 ≈ 0.7 instr/ciclo IPC2 ≈ 0.5 instr/ciclo IPC3 ≈ 0.3 instr/ciclo frD ≈ 2.14 GHz #instr. = 27x109 Ejercicio 4: La implementación 2 CPIG1 = 2.5 ciclos/inst CPIG2 = 2 ciclos/inst Ejercicio 5: te = 0.675 ps CPI ≈ 1.93 CPI ≈ 1.57 Ejercicio 6: RPicoP1 = 109 inst/seg RPicoP2 = 0.75x109 inst/seg El Comp. 2 es 1.3125 veces más rápido El Comp. 2 es 1.3 veces más rápido Ejercicio 7: RPicoP1 = 109 inst/seg RPicoP2 = 1.5x109 inst/seg El Comp. 2 es 1.03125 veces más rápido El Comp. 2 es 1.07 veces más rápido