Prestaciones. Tiempo y productividad

Unidad Temática 1

Prestaciones

Tiempo y productividad

El tiempo de ejecución o tiempo de respuesta es el tiempo que tarda en completarse un trabajo, y es útil para el usuario. La productividad es el número de operaciones o ejecuciones completadas por unidad de tiempo, y es útil para el administrador del sistema.

La relación entre ambas es:

[pic 1]

Principios de las comparaciones

Para comprar distintas alternativas:

• Si son dos computadores  e , se escoge el más lento  para que actúe como referencia.[pic 2][pic 3][pic 4]
• Cuando se examina un conjunto de diseños, se escoge un computador (incluido o no en el conjunto) para que actúe como referencia común.

En las comparaciones elementales entre dos computadores  e  se pueden obtener dos parámetros:[pic 5][pic 6]

• Tiempo de ejecución:  y [pic 7][pic 8]
• Productividad: [pic 9]

La aceleración  entre ambos computadores es:[pic 10]

[pic 11]

[pic 12]

Fraseología:

• “ es  veces más rápido que ”[pic 13][pic 14][pic 15]
• “ es un  más rápido que ”[pic 16][pic 17][pic 18]

Principios cuantitativos del diseño de computadores

Prestaciones del procesador

[pic 19]

Los tres parámetros no se pueden reducir sin afectar a los demás, y dependen de:

• : arquitectura del juego de instrucciones, compilador[pic 20]
• : arquitectura del juego de instrucciones, organización[pic 21]
• : tecnología, organización[pic 22]

La ley de Amdahl

Describe como afecta un cambio de una parte del proceso en el total de la comparación. Si sabemos que  es la fracción de tiempo que cambia y  es la aceleración que se le aplica a la fracción, entonces tenemos que el tiempo de proceso resultante es:[pic 23][pic 24]

[pic 25]

Por tanto, la aceleración global queda como:

[pic 26]

La fracción de tiempo que no se mejora impone una cota superior en la aceleración

[pic 27]

Ley de Amdahl en comparaciones múltiples

La ley de Amdahl se puede generalizar para múltiples fracciones (), a cada una de las cuales se le aplica una aceleración local distinta.[pic 28]

[pic 29]

Por otro lado, una aceleración local puede estar compuesta por varias () aceleraciones locales independientes:[pic 30]

[pic 31]

Medida de prestaciones

Tiempo total de ejecución:

[pic 32]

Media aritmética:

[pic 33]

Tiempo de ejecución ponderado:

[pic 34]

Donde  representa la frecuencia del programa  en la carga del trabajo.[pic 35][pic 36]

SPEC (R veces más rápido que la referencia):

[pic 37]

MIPS (Millones de instrucciones por segundo):

[pic 38]

Es directamente proporcional a las prestaciones, pero no tiene en cuenta el número de instrucciones ejecutadas y depende del programa que se considere. Además depende también del juego de instrucciones y si existe coprocesador puede ser inversamente proporcional a las prestaciones.

MFLOPS (Millones de operaciones en coma flotante por segundo)

[pic 39]

No es aplicable a programas que no hagan uso de coma flotante y depende del repertorio de instrucciones de coma flotante.

Unidad Temática 2

Segmentación

Periodo de reloj

Caso ideal

[pic 40]

Supone el mismo retardo en todos módulos.  es el retardo del circuito original,  es el número de etapas.[pic 41][pic 42]

Caso real

[pic 43]

Se tiene en cuenta módulos con retardos variables, registros inter-etapa y desfase del reloj.  es el retardo del módulo ,  es el retardo del registro inter-etapa y  es el desfase del reloj.[pic 44][pic 45][pic 46][pic 47]

Aceleración

[pic 48]

Siendo  el tiempo para procesar  datos en unidad original y  ídem, pero en la unidad segmentada. Ahora teniendo en cuenta las dos definiciones de :[pic 49][pic 50][pic 51][pic 52]

Caso ideal

[pic 53]

Caso real

[pic 54]

Productividad

[pic 55]

Siendo  los datos procesados y  el tiempo necesario para ello[pic 56][pic 57]

Diferenciando entre unidad no segmentada y unidad segmentada:

Unidad no segmentada

[pic 58]

Unidad segmentada

[pic 59]

Ciclo de instrucción

No segmentado

[pic 60]

Segmentado

[pic 61]

Riesgos de datos

[pic 62]

Riesgos de control

Reducción latencia de salto (fase ID)

[pic 63]

Operaciones multiciclo

Dependencias y riesgos

[pic 64]

Predictores dinámicos

Branch Prediction Buffers

BTB con histéresis

[pic 65]

BTB con saturación

[pic 66]

Suponiendo que tiene  bits de entrada:[pic 67]

• [pic 68]
• [pic 69]
• La predicción debe fallar  veces antes de modificarla[pic 70]

BTB de dos niveles

[pic 71]

BTB híbrido

[pic 72]

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