FACULDADE FUCAPI Arquitetura de Computadores Parte I

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1 FACULDADE FUCAPI Arquitetura de Computadores Parte I, M.Sc. Doutorando em Informática (UFAM) Mestre em Engenharia Elétrica (UFAM) Engenheiro de Telecomunicações (FUCAPI)

2 Referências HENNESSY, John L.; PATTERSON, David A. Arquitetura de computadores: uma abordagem quantitativa. Rio de Janeiro: Campus, STALLINGS, William. Arquitetura e organização de computadores. 8. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, WEBER, Raul Fernando. Arquitetura de computadores pessoais. 2.ed. Porto Alegre: Sagra Luzzato, PATTERSON, David A.; HENNESSY, John L. Computer Organization & Design: the hardware / software interface. Editora Morgan Kaufmann. San Francisco,

3 Introdução 3

4 Conceitos Básicos Arquitetura do Computador Refere-se aos atributos que são visíveis para o programador. Conjunto de instruções, quantidade de bits utilizados para representar os caracteres. Organização do Computador Unidades operacionais e suas interconexões que implementam as especificações da sua arquitetura. Estrutura interna do processador Barramentos internos Tecnologia de memórias Interface com sistema de E/S 4

5 Conceitos Básicos É comum termos uma série de computadores com a mesma arquitetura, mas organizações diferentes. Exemplo: A família IBM System/360, constituída de mainframes compatíveis em arquitetura. 5

6 Conceitos Básicos Estrutura Define o modo como os componentes estão interrelacionados. Função Corresponde a operação de cada componente individual como parte da estrutura. Funções básicas de um computador: Processamento de dados; Armazenamento de dados; Transferência de dados; Controle. 6

7 Função do Computador Função do Computador: Processamento, armazenamento e transferência de dados, e controle. 7

8 Estrutura do Computador A estrutura de um computador é dividida em: Unidade Central de Processamento (CPU) Memória Principal Entrada / Saída (E/S) ou Input / Output (I/O) Sistemas de Interconexão (Barramentos) 8

9 Evolução dos Computadores A primeira geração de computadores digitais de propósito geral utilizava válvulas. O primeiro computador desse tipo, o ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer Computador e Integrador Numérico Eletrônico), pesava 30 toneladas e ocupava 140 m 2 de área. O ENIAC tinha válvulas e consumia 160 kw de potência. Podia realizar até 5 mil operações por segundo. Um número decimal de 10 dígitos era armazenado utilizando um anel de 10 válvulas. 9

10 Evolução dos Computadores O ENIAC, foi construído de 1943 à 1946, e funcionou por 10 anos. O objetivo principal era a realização de cálculos balísticos para a Segunda Guerra. Válvula 10

11 Evolução dos Computadores Com o rápido desenvolvimento dos transistores, entre 1952 e 1960, as válvulas tornaram-se obsoletas e foi este avanço tecnológico que permitiu a criação de máquinas muito mais rápidas, menores e mais baratas. É a segunda geração de computadores. Transistor Válvula 11

12 Evolução dos Computadores A terceira geração surge a partir de meados do anos 60 com a evolução da integração dos transistores, processo conhecido como VLSI (Very Large Scale Integration). Isso permitiu a construção de circuitos menores, leves e que despendem menos energia. Circuito Integrado (CI) 12

13 Evolução dos Computadores A quarta geração inicia a partir do final dos anos 70, e expande com a popularização dos computadores pessoais nos anos 90. Atualmente, sistemas computacionais estão integrados em dispositivos móveis (celulares e tablets) com capacidade de processamento vezes superior ao primeiro computador digital. 13

14 Classes de Computadores Computadores Desktop Propósito geral, variedade de software Sujeito ao balanceamento de custo/desempenho Computadores Servidores Baseado em rede Alta capacidade, desempenho e confiabilidade Vão desde pequenos até mega servidores Computadores Embarcados Escondidos como componentes do sistema Severas restrições de energia/desempenho/custo 14

15 Máquina de von Neumann O modelo (ou arquitetura) de Von Neumann foi concebido a partir de 1946, quando John von Neumann e sua equipe desenvolveram um novo projeto de computador de programa armazenado. Projetado pela IAS (Princeton Institute for Advanced Studies), este computador foi largamente difundido, influenciando muitos projetos subsequentes de outras máquinas. John von Neumann 15

16 Máquina de von Neumann A arquitetura de Von Neumann é baseado no conceito de programa armazenado, possibilitando que uma máquina digital armazene seus programas no mesmo espaço de memória que os dados, podendo assim manipular tais programas. A máquina possui os seguintes componentes: Memória principal: armazena dados e programas; Unidade Lógica e Aritmética (ULA): realiza as operações; Unidade Central de Processamento (CPU): composta por diversos registradores; Unidade de Controle (CU): cuja função é a mesma da tabela de controle da Máquina de Turing Universal: buscar um programa na memória, instrução por instrução, e executá-lo sobre os dados de entrada. 16

17 Máquina de von Neumann Diagrama de Arquitetura da Máquina de von Neumann. 17

18 Memória Principal: Arquitetura de Computadores Máquina de von Neumann Unidade com mil posições de memória, denominadas palavras, cada uma constituída por 40 bits; Uma palavra pode conter duas instruções de 20 bits, constituída de um código de operação (opcode) de 8 bits e um endereço de memória de 12 bits, que referencia uma palavra na memória; Armazena tanto dados como instruções; Os números são representados por 39 bits, ficando um para determinar o sinal; 18

19 Máquina de von Neumann Armazenamento de uma instrução 19

20 Unidade de Controle (UC): Arquitetura de Computadores Máquina de von Neumann Controla a operação do computador, buscando instruções na memória e executando-as uma de cada vez; Tanto a UC quanto a ULA contêm células de armazenamento denominadas registradores; 20

21 Registradores: Arquitetura de Computadores Máquina de von Neumann Registrador temporário de dados (Memory Buffer Register - MBR), contém uma palavra com dados a ser armazenada na memória ou vinda da mesma; Registrador de endereçamento à memória (Memory Address Register MAR), contém o endereço da palavra a ser lida ou escrita na MBR; Registrador de Instruções (Instruction Register IR), contém o opcode que está sendo executado; 21

22 Registradores: Arquitetura de Computadores Máquina de von Neumann Registrador de armazenamento temporário de instruções (Instruction Buffer Register IBR), armazena temporariamente a instrução contida na porção à direita em uma palavra; Contador de programa (Program Counter PC), contém o endereço de memória da próxima instrução a ser buscada na memória; Acumulador (Accumulator AC) e quociente de multiplicação (Multiplier Quocient MQ), armazena temporariamente os operandos e os resultados de operações efetuados na ULA; 22

23 Máquina de von Neumann Máquina de von Neumann com registradores 23

24 Máquina de von Neumann A operação da máquina de von Neumann consiste na execução repetida de ciclo de instruções. Cada ciclo de instrução consiste em 3 subciclos: buscar (fetch), decodificar (decode) e executar (execute). 24

25 Ciclo de busca: O código da próxima operação é carregado no IR e a parte correspondente ao endereço é carregada no MAR. A instrução pode ser obtida do IBR ou da memória, carregando a palavra correspondente no MBR e, a partir daí, no IBR, no IR e no MAR. Ciclo de decodificação: O circuito de controle interpreta o código de operação; Ciclo de execução: O circuito de controle executa a instrução, enviando os sinais de controle apropriados, para fazer com que os dados sejam transferidos ou para que uma operação seja executada pela ULA. Arquitetura de Computadores Máquina de von Neumann 25

26 Máquina de von Neumann Possui um total de 21 instruções divididas em grupos: Transferência de dados: responsáveis pela transferência de dados entre a memória e os registradores da ULA ou entre registradores da ULA; Desvio incondicional: responsáveis pela alteração da sequência de execução de dados da UC; Desvio condicional: desvio efetuado através de um teste de condição; 26

27 Processador É um circuito de transistores e outros components elétricos em um chip que pode processor programas, armazenar informações ou realizar cálculos. O processador é o núcleo da CPU, e possui várias vantagens como custo e escalabilidade. 27

28 Processador O processador é uma unidade computacional que interage com a memória para pegar e armazenar instruções e dados. 28

29 Processador Evolução do mercado de processador. 29

30 Processadores CISC e RISC RISC (Reduced Instruction Set Computer; em português, "Computador com um conjunto reduzido de instruções"): linha de arquitetura de processadores que utilizam um conjunto simples e pequeno de instruções que levam aproximadamente a mesma quantidade de tempo para serem executadas. Exemplo: SPARC, MIPS e PowerPC. CISC (Complex Instruction Set Computer; em português, "Computador com um Conjunto Complexo de Instruções"): linha de arquitetura de processadores capaz de executar centenas de instruções complexas diferentes sendo, assim, extremamente versátil. Exemplos: 386 e 486 da Intel. 30

31 Processadores CISC e RISC CISC (Tamanho do código reduzido) X RISC (Desempenho) ARQUITETURA RISC CISC Implementação do Controle Hardware Micro-programação Comprimento das Instruções Fixo Variável Número de Registradores Tipicamente Alto (32 à 128) Tipicamente Baixo (4 à 16) Execução das Instruções Alta superposição baseado em pipeline Baixa superposição Número de Instruções Médio (tipicamente 64) Alto (mais de 100) Instruções de Desvio Desvio atrasado. Hardware para predição de desvios. Normal (condicional ou absoluto) 31

32 Camadas do Sistema Computacional Software de Aplicação Escrito em linguagens de alto nível. Software do Sistema Compilador: traduz código em alto nível para código de máquina. Sistema Operacional: trata E/S; gerencia memória; escalona tarefas e compartilhamento de recursos Hardware Processador, memória, controladores de E/S. 32

33 Camadas do Sistema Computacional Visão das camadas de um sistema computacional APLICAÇÃO SOFTWARE COMPILADOR / BIBLIOTECAS E PROCEDIMENTOS SISTEMA OPERACIONAL ARQUITETURA DO COMPUTADOR HARDWARE CONJUNTO DE INSTRUÇÕES (ISA) ORGANIZAÇÃO DO SISTEMA COMPUTACIONAL CIRCUITOS (IMPLEMENTAÇÃO DAS FUNÇÕES) SEMICONDUTORES FÍSICOS 33

34 Níveis de Representação do Código 34

35 Arquitetura do Conjunto de Instruções (ISA) O primeiro passo em qualquer projeto de processador deverá ser decidir um ISA (Instruction Set Architecture). O ISA é a interface, fornecida pela arquitetura, para o mundo exterior, e define: Instruções suportadas com seus opcode (A representação binária das instruções mnemônicas); O tamanho (número de bits) dos dados, instruções, endereço dos dados, endereço das instruções; Outra informação necessária para o compilador como o número de registro no arquivo de registros. 35

36 Mesmo componentes para todos os tipos de computador: desktop, servidor e embarcado. Entrada/ Saída inclui: Dispositivo de interface com o usuário: display, teclado, mouse Dispositivo de armazenagem: hard disk, CD/DVD, Flash Adaptadores de rede: comunicação com outros computadores Arquitetura de Computadores Componentes do Computador 36

37 Componentes do Processador Os processadores modernos possuem: núcleo (core), processador gráfico, memória Cache, memória de controle. 37

38 Componentes do Processador Diagrama do processador AMD Athlon. 38

39 Desempenho 39

40 Algoritmo Determina o número de operações executadas. Linguagem de Programação, Compilador e Arquitetura Determina o número de instruções de máquina executadas por operação. Sistema de Memória e Processador Determina quão rápida as instruções são executadas Sistema de E/S (incluindo Sistema Operacional SO) Determina quão rápida as operações de E/S são executadas. Arquitetura de Computadores Sobre o Desempenho 40

41 Definindo Desempenho Qual o avião tem o melhor desempenho? Maior Alcance Maior Capacidade Maior Velocidade 41

42 Tempo de Resposta É a quantidade de tempo para realizar uma tarefa. É muito utilizada como medida de desempenho em computadores desktop e embarcados. Vazão Indica o trabalho total realizado por unidade de tempo. Ex.: tarefas (ou transações) realizadas por hora em um servidor. Como o tempo de resposta e vazão são afetados por substituir o processador com uma versão mais rápida ou adicionar mais processadores? Arquitetura de Computadores Tempo de Resposta e Vazão 42

43 Exercício As seguintes mudanças para um sistema computacional aumenta vazão, diminui tempo de resposta, ou ambos? 1. Substituir o processador em um computador com uma versão mais rápida? 2. Adicionar processadores a um sistema que usa vários processadores para tarefas separadas por exemplo, procurando na World Wide Web? 43

44 Exercício As seguintes mudanças para um sistema computacional aumenta vazão, diminui tempo de resposta, ou ambos? 1. Substituir o processador em um computador com uma versão mais rápida? Diminuir tempo de resposta quase sempre melhora vazão. Neste caso, ambos tempo de resposta e vazão são melhorados 2. Adicionar processadores a um sistema que usa vários processadores para tarefas separadas por exemplo, procurando na World Wide Web? Nenhuma tarefa é executada mais rápida, assim somente vazão é aumentada. Se a demanda por processamento for alta, o sistema pode forçar enfileiramento dos processos. Neste caso, ambos são melhorados 44

45 Desempenho Relativo Define-se Desempenho = 1 Tempo de execução Afirma-se que X é n vezes mais rápido do que Y quando Desempenho X Desempenho Y = Tempo de Execução Y Tempo de Execução X = n Exemplo: Tempo necessário para executar um programa 10s em A, 15s em B Tempo de Execução B = 15 Tempo de Execução A 10 = 1,5 Assim A é 1,5 vezes mais rápido do que B. 45

46 Exercício O desempenho do computador C é quatro vezes mais rápido do que o desempenho do computador B, o qual executa uma dada aplicação em 28 segundos. Quanto tempo o computador C levará para executar aquela aplicação? O computador C executará em: Tempo de Execução B Tempo de Execução C = n Tempo de Execução C = 28 4 = 7s 46

47 Medindo Tempo de Execução Tempo decorrido Tempo de resposta total, incluindo todos os aspectos Processamento, E/S, sobrecarga do SO, tempo ocioso Determina desempenho do sistema Tempo de CPU Tempo gasta no processamento de uma determinada tarefa Desconta tempo de E/S, outras tarefas compartilhadas Compreende o tempo de CPU do usuário e o tempo de CPU do sistema Diferentes programas são afetados diferentemente pela CPU e desempenho do sistema 47

48 Relógio da CPU Operação de hardware digital é governado por um relógio de taxa constante Período do relógio: duração de um ciclo de clock Exemplo: 0.25 ns = 250 ps = s Frequência do relógio (taxa): ciclos por segundo Exemplo: 4.0 GHz = 4000 MHz = Hz 48

49 Tempo de CPU O tempo de CPU é definida como Tempo de CPU = Ciclos de Relógio Tempo de Ciclo Tempo de CPU = Ciclos de Relógio Taxa de Relógio Desempenho melhorado por Redução do número de ciclos de relógio Aumento da taxa de relógio Engenheiros de hardware devem sempre balancear taxa de relógio contra contagem de ciclo 49

50 Exemplo de Tempo de CPU Sabendo que o computador A possui um relógio de 2 GHz e tempo de CPU de 10s, projete o computador B com tempo de CPU de 6s, cujo relógio é 1,2 vezes mais rápido que os ciclos de relógio de A. Quão rápido deve ser o relógio do computador B? Taxa de Relógio B = Ciclos de Relógio B Tempo de CPU B = 1,2 Ciclos de Relógio A 6s Ciclos de Relógio A = Tempo de CPU A Taxa de Relógio A Ciclos de Relógio A = 10s = Taxa de Relógio B = 1, s = s = 4 GHz 50

51 A Contagem de Instrução (IC Instruction Count) para um Programa é determinado pelo programa, ISA e compilador. Ciclos de Relógio = Cont. Instrução Ciclos por Instrução Tempo de CPU = Cont. Instrução CPI Tempo de Ciclo Cont. Instrução CPI Tempo de CPU = Taxa de Relógio Ciclos médios por instrução Determinado pelo hardware da CPU Se diferentes instruções têm diferentes CPI (clock cycles per instruction) CPI médio afetado pela mistura de instruções Arquitetura de Computadores Contagem de Instrução e CPI 51

52 Exemplo de CPI O computador A: Tempo de Ciclo = 250 ps, CPI = 2.0 O computador B: Tempo de Ciclo = 500 ps, CPI = 1.2 Possuem a mesma ISA Qual é o computador mais rápido e por quanto tempo? Tempo de CPU A = Cont. Instrução CPI A Tempo de Ciclo A Tempo de CPU A = IC 2,0 250ps = IC 500ps Mais rápido Tempo de CPU B = Cont. Instrução CPI B Tempo de Ciclo B Tempo de CPU B = IC 1,2 500ps = IC 600ps Tempo de CPU B Tempo de CPU A = IC 600ps IC 500ps = 1,2 Por esta quantidade 52

53 CPI em Mais Detalhes Se diferentes classes de instrução levam diferentes números de ciclos Ciclos de Relógio = n i=1 CPI i Cont. Instrução i A média ponderada do CPI é calculado como CPI = Ciclos de Relógio Cont. Instrução = i=1 n CPI i Cont. Instrução i Cont. Instrução Frequência Relativa 53

54 Exemplo de CPI (1) Um projetista de compilador está decidindo entre dois segmentos de código para um computador O projetista está considerando duas sequências de código que requerem as seguintes ICs (Instruction Count Contagem de Instrução) 54

55 Exemplo de CPI (1) Sequências de códigos alternativos compilados usando instruções em classes A, B e C A sequência 2 é mais rápido (mesmo com 1 instrução a mais) 55

56 Resumo de Desempenho O desempenho pode ser resumido na seguinte equação Tempo CPU = Instruções Programa O desempenho depende Ciclos Relógio Instrução Segundos Ciclo Relógio Algoritmo: afeta IC, possivelmente CPI Linguagem de programação: afeta IC, CPI Compilador: afeta IC, CPI ISA: afeta IC, CPI, T ciclo 56

57 Exercício Uma dada aplicação escrita em Java executa em 15 segundos em um processador desktop. Um novo compilador Java solicita somente 0,6 instruções referente ao antigo compilador, porém aumenta o CPI por 1,1. Quão rápido nós podemos esperar que a aplicação execute usando este novo compilador? Tempo A = Cont. Instrução CPI A T. Ciclo Tempo B = 0,6 Cont. Instrução 1,1 CPI A T. Ciclo Tempo B = 0,6 IC 1,1 CPI A T. Ciclo Tempo A IC CPI A T. Ciclo = 0,6 1,1 = 0,66 Tempo B = 0,66 Tempo A = 0,66 15 segundos = 9,9 segundos 57

58 Tendências de Potência Comportamento de crescimento da taxa de clock e da potência dos processadores Intel em 25 anos. Houve uma redução da potência, em 20 anos, devido a redução da tensão, que caiu de 5 V para 1 V, que corresponde a redução por geração de 15% 58

59 Tendências de Potência Com o uso da tecnologia CMOS na fabricação de microprocessadores, a potência consumida é chamada de potência dinâmica. A potência dinâmica pode ser calculada através da relação P = C c V 2 F c A potência depende da carga capacitiva (C c ) de cada transistor, da tensão aplicada (V) e da frequência chaveada (F c ) com a qual o transistor é comutado (ON OFF). A frequência chaveada depende da taxa de clock. 59

60 Potência Relativa Suponha que um novo processador A tem 85% da carga capacitiva do processador antigo B 15% de redução da tensão e 15% redução da frequência Qual a o impacto da potência dinâmica? P A P B = 0,85 C B 0,85 V 2 B 0,85 F B C B V 2 = 0,85 2 = 0,52 B + F B O novo processador utiliza metade da potência do processador antigo. 60

61 Desempenho do Processador Limite da potência: Não se pode reduzir a tensão ou remover mais calor. Como melhorar o desempenho? 61

62 Multiprocessadores Microprocessadores de vários núcleos Mais do que um processador por chip. Ex.: Quadcore: 4 processadores (núcleos) por chip. Requer programação paralela explicitamente Compare com paralelismo a nível de instrução Hardware executa múltiplas instruções ao mesmo tempo Escondido do programador Difícil de realizar Programação para desempenho Balanceamento de carga Otimizando comunicação e sincronização 62

63 Benchmark são programas usados para medir desempenho Supostamente típico da carga de trabalho real Standard Performance Evaluation Corp (SPEC) Desenvolve benchmarks para CPU, I/O, Web, etc. SPEC CPU2006 Tempo decorrido para executar uma seleção de programas Desprezível E/S, foco no desempenho da CPU Normaliza em relação a máquina de referência: divide o tempo de execução da referência pelo medido (SPECratio). O resultado indica o quanto o desempenho é mais rápido. O SPECratio é o inverso do tempo de execução multiplicado pelo tempo de referência. Arquitetura de Computadores SPEC CPU Benchmark 63

64 SPEC CPU Benchmark O SPEC CPU2006 consiste de um conjunto de 12 benchmarks de números inteiros (CINT2006) e 17 benchmarks de ponto-flutuante (CFP2006). A medida de desempenho do conjunto de benchmarks executados, CINT2006 ou CFP2006, é resumida em uma média geométrica dos valores de SPECratios. n n i=1 Taxa de Tempo de Execução (SPECratio) Onde n é o total de programas do benchmark. 64

65 SPEC CPU Benchmark Exemplo de benchmark SPEC CINT2006 rodando em um AMD Opteron X4 65

66 SPEC Power Benchmark Reporta o consumo de potência de servidores em diferentes níveis de carga de trabalho Desempenho é medido em ssj_ops/sec, ou operações por segundos Potência: Watts (Joules/sec) A fórmula overall ssj_ops per Watt, ou ssj_ops total por Watt, define o consumo de potência por acréscimo de 10% de desempenho, em um faixa de 0 % à 100 %. Overall ssj_ops per Watt = 10 i=0 ssj_ops i 10 i=0 power i 66

67 SPEC Power Benchmark SPECpower_ssj2008 rodando em AMD Opteron X4 2,3 GHz com 16 GB de RAM e 500 GB de HD. 67

68 É a lei que governa o speedup na utilização de processadores paralelos em relação ao uso de apenas um processador. O speedup é a relação do tempo de execução de uma tarefa de um processador e o tempo de execução em N processadores. O ganho de desempenho que pode ser obtido melhorando uma determinada parte do sistema é limitado pela fração de tempo que essa parte é utilizada pelo sistema durante a sua operação. Tempo Melhorado = Arquitetura de Computadores Lei de Amdahl Tempo Afetado + Tempo Não Afetado Ganho de Desempenho (G) 68

69 Lei de Amdahl Exemplo: Suponha que um programa rode em 100 s, com operações de multiplicação responsáveis por 80 s do tempo total. Qual o ganho de desempenho (melhoria) total, sabendo que o programa deve rodar 5 vezes mais rápido? Tempo Melhorado = Tempo Afetado Ganho de Desempenho (G) + Tempo Não Afetado = 80 G = 80 G + 20 G = 80 0 = Não existe um ganho (G) para realizar um aumento de 5 vezes. 69

70 Armadilha de Melhoria Armadilha: Espera-se a melhoria de um aspecto de um computador para aumentar o desempenho geral em uma quantidade proporcional ao tamanho da melhoria. A lei de Amdahl nos lembra que a oportunidade de melhoria é afetada por quanto tempo o evento consome. Colorário da Lei de Amdahl: tornar o caso comum rápido tenderá a melhorar o desempenho melhor do que otimizar o caso raro. Esta diretriz simples nos lembra que, em muitos casos, a frequência com a qual um evento ocorre pode ser muito maior que a frequência de outro. 70

71 Falácia: Computadores com baixa utilização, usam pouca potência. Olhar de volta para o benchmark de potência X4 Em 100% de carga: 295W Em 50% de carga: 246W (83%) Em 10% de carga: 180W (61%) Centro de dados do Google Principalmente opera em 10% 50% de carga Em 100% de carga menos do que 1% do tempo Servidores com 10% de uso podem consumir até 2/3 de sua potência. Considerar projeto de processadores para considerar a potência proporcional a carga. Ex.: 10% de potência em 10% de carga. Arquitetura de Computadores Falácia: Baixa Potência em Ocioso 71

72 Armadilha: Métrica de Desempenho Armadilha: Uso de métrica que não considera todos os fatores. MIPS: Millions of Instructions Per Second Computadores mais rápidos têm maior taxa de MIPS Não leva em consideração Diferença nos ISAs entre computadores Diferenças em complexidades entre instruções CPI varia entre programas em uma dada CPU MIPS = Contagem de Instrução Tempo de Execução 10 6 MIPS = Contagem de Instrução Contagem de Instrução CPI Taxa de Relógio 10 6 = Taxa de Relógio CPI

73 Exercício sobre MIPS Considere as seguintes medidas de desempenho para um programa Medida Computador A Computador B Contagem de Instrução 10 bilhões 8 bilhões Taxa de Relógio 4 GHz 4 GHz CPI Qual computador tem a maior taxa de MIPS? Qual computador é mais rápido? 73

74 Exercício sobre MIPS Solução Qual computador tem a maior taxa de MIPS? MIPS A = Taxa de Relógio A CPI A 10 6 = = MIPS B = Taxa de Relógio B CPI B 10 6 = = 3, Qual computador é mais rápido? Tempo de CPU A = Cont. Instrução A CPI A Taxa de Relógio A = = 2,5 s Tempo de CPU B = Cont. Instrução B CPI B Taxa de Relógio B = = 2,2 s 74

75 Observações Finais Custo/desempenho está melhorando Devido ao desenvolvimento da tecnologia subjacente Camadas hierárquicas de abstração Em hardware e software Arquitetura do conjunto de instruções A interface hardware/software Tempo de execução: a melhor medida de desempenho Potência é um fator limitante Usar paralelismo para melhorar desempenho 75