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

Rendimiento Calcular el rendimiento de un computador es una tarea complicada Por cierto; ¿Qué significa que la máquina A tiene mejor rendimiento que la máquina B? ¿Qué significa que A es más rápida que B? ¿Qué velocidad o velocidades nos interesan? ¿Es más rápida la computadora que: ejecuta cierta tarea más rapido? (Tiempo de respuesta) ejecuta mayor cantidad de tareas por unidad de tiempo? (Ancho de banda)

Definiciones Tiempo de respuesta (Tiempo de ejecución): Tiempo total requerido para ejecutar una tarea. Incluye los tiempos de disco, memoria, I/O, SO, CPU, etc. (Computadores personales e incrustados) Ancho de banda (productividad): Número de tareas ejecutadas por unidad de tiempo (Servidores) ¿Qué mejoramos si: Reemplazamos en una máquina un procesador por otro que ejecuta las mismas instrucciones en menor tiempo? Aumentamos la cantidad de procesadores del computador?

Fórmula de rendimiento 1 ¿RendimientoA > RendimientoB? ¿A es n veces más rápido que B? RendimientoA = Tiempo de ejecuciónA 1 1 > => teB > teA teA teB RendimientoA teB RendimientoA = n * RendimientoB => = RendimientoB teA

Ejercicio Si la computadora A ejecuta un programa en 6 segundos y la computadora B ejecuta el mismo programa en 9 segundos, ¿Cuántas veces mejor es el rendimiento de A con respecto al rendimiento de B? Respuesta: La computadora A es 1.5 veces mejor que la computadora B

Ambientes multitarea Tiempo de ejecución de CPU (Tiempo de CPU): Cantidad de tiempo que la CPU tarda en ejecutar una tarea Tiempo de CPU de usuario: Tiempo utilizado sólo en cierto programa Tiempo de CPU del sistema: Tiempo que utiliza el CPU en ejecutar otras tareas, como soporte o por la ejecución de otros programas Por simplicidad, supondremos al hablar de rendimiento y tiempo de ejecución, que la CPU está ejecutando únicamente una tarea: La que estamos considerando en ese momento.

Ciclos de reloj Casi todas las computadoras son construidas usando un reloj (Oscilador de cristal), que es utilizado para sincronizar los eventos u operaciones: determinando cuándo ocurren (el paso) en el hardware. Estos intervalos de tiempo, se denominan ciclos de reloj Los ciclos de reloj (Ej: 400 picosegundos (ps)) se suelen transformar o usar como frecuencia de reloj (2.5 gigahertz (GHz)) Para un programa dado: Tiempo de ejecución de CPU = Ciclos de reloj x Tiempo del ciclo de reloj Tiempo de ejecución de CPU = Ciclos de reloj / Frecuencia de reloj

Ejercicio El programa X tarda 6 segundos en ejecutarse en la computadora A, que tiene una frecuencia de reloj de 2 GHz. Queremos diseñar una computadora B, que ejecute el mismo programa, pero en sólo 5 seg. Por otro lado, sabemos que podemos aumentar la frecuencia de reloj; pero si la aumentamos, tenemos que modificar el diseño, provocando que el programa consuma 10% más ciclos de reloj en el programa. ¿Qué frecuencia de reloj deberíamos usar para lograr el objetivo? Respuesta: 2,64 GHz

Instrucciones Ciclos de reloj Por Instrucción (CPI): Número promedio de ciclos de reloj por instrucción, para un programa dado. Es un promedio para todas las instrucciones ejecutadas en el programa. Ciclos de reloj de CPU = # Instrucciones x CPI

Ejercicio La computadora A tiene un ciclo de reloj de 300 ps. de duración, y un CPI de 2, para cierto programa X. El computador B tiene un ciclo de reloj de 500 ps., y un CPI de 1.3, para el mismo programa. ¿Cuál de las dos computadoras ejecuta el programa más rápido? (Suponer que las dos computadoras usan el mismo conjunto de instrucciones) Respuesta: La computadora A

Ecuación clásica de rendimiento Tiempo por ciclo de reloj Tiempo de CPU = Conteo de Instrucciones x CPI x Conteo de Instrucciones x CPI Tiempo de CPU = Frecuencia de reloj Estas fórmulas resultan útiles porque separan los tres factores que afectan el rendimiento

Rendimiento de un programa Componente ¿Qué afecta? ¿Cómo? Algoritmo Conteo de Instrucciones y CPI CPI: Al usar instrucciones más lentas o más rápidas Lenguaje de programación CPI: Ej.: El lenguaje puede usar abstracción de datos y requerir llamadas indirectas (más lentas) Compilador Arquitectura del Conjunto de Instrucciones Conteo de Instrucciones, frecuencia de reloj y CPI