Exemplo Amdahl. O speedup total é dado por:

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2 Revisão da prova Questão 20: A exploração do paralelismo em nível de instruções em uma arquitetura superescalar é realizada identificando no fluxo de instruções aquelas que são independentes a fim de que sejam processadas simultaneamente... 2

3 Revisão da prova Questão 18: Em um computador, todas as atividades necessitam de sincronização. O clock serve justamente a este fim, ou seja, basicamente, atua como um sinal para sincronismo. A medição do clock é feita em hertz (Hz), a unidade padrão de medidas de frequência, que indica o número de oscilações ou ciclos que ocorre dentro de uma determinada medida de tempo, no caso, segundos. Por exemplo, o processador Intel Core 2 Duo, com clock de 2,4 GHz executa: a. 2 bilhões de tarefas por segundo b. 4,8 bilhões de tarefas por segundo c. 4 bilhões de tarefas por segundo d. 2,4 bilhões de tarefas por segundo? 3

4 Exemplo Amdahl Considere uma melhoria em uma CPU que resultou em uma computação dez vezes mais rápida em relação a CPU original. Esta CPU é ocupada com computação apenas 40% de todo tempo. Qual é o speedup total obtido pela introdução da melhoria? Solução: Caso comum: 40% Fração X = 0.4 Speedup X = 10 O speedup total é dado por: Speedup total = 1 1 FractionX + Fraction X Speedup X 4

5 Exemplo Amdahl Considere uma melhoria em uma CPU que resultou em uma computação dez vezes mais rápida em relação a CPU original. Esta CPU é ocupada com computação apenas 40% de todo tempo. Qual é o speedup total obtido pela introdução da melhoria? Solução: Caso comum: 40% Fração X = 0.4 Speedup X = 10 O speedup total é dado por: Speedup total = =

6 Exercício 1 Suponha que um programa seja executado em 100 segundos em um computador. Considere que a multiplicação é responsável por 80 segundos do tempo de execução. O quanto precisamos melhorar (speedup X ) se quisermos que o programa seja executado 4 vezes mais rápido? Dica: Speedup total = 4 Speedup total = 1 1 FractionX + Fraction X Speedup X 6

7 Exercício 1 Resolução Suponha que um programa seja executado em 100 segundos em um computador. Considere que a multiplicação é responsável por 80 segundos do tempo de execução. O quanto precisamos melhorar (speedup X ) se quisermos que o programa seja executado 4 vezes mais rápido? Solução: Speedup total = 4 Caso comum: 80% do tempo da computação = 0.8 Speedup total = 1 1 FractionX + Fraction X Speedup X 4 = =... Speedup X = 16 Speedup X 7

8 Exercício 2 Um programa é executado por 1 segundo em um processador com tempo de ciclo de clock de 50 nseg e vazão de 15 MIPS. 1. Quantos CPI tem esse programa? CPI = f CLOCK / MIPS*10 6 f CLOCK = 1/ T CLOCK 8

9 Exercício 2 Resolução Um programa é executado por 1 segundo em um processador com tempo de ciclo de clock de 50 nseg e vazão de 15 MIPS. 1. Quantos CPI tem esse programa? T CLOCK = 50 nseg f CLOCK = 1/ T CLOCK = 20 MHz CPI = f CLOCK / MIPS*10 6 = 20* 10 6 / 15* 10 6 = 1,33 9

10 Exercício 3 Um programa é executado por 1 segundo em um processador com tempo de ciclo de clock de 50 nseg e vazão de 15 MIPS. 2. Vamos assumir que, dada alguma técnica de otimização, a vazão do programa é otimizada. Neste novo cenário, 40% das instruções do programa são executadas com CPI = 1, enquanto a fração remanescente de instruções (60%) é executada com a mesma CPI calculada no exercício anterior (1,33). Qual é o speedup do cenário 2 para o cenário 1? Qual é a vazão expressa em MIPS? Speedup 2 = CPI 1 / CPI 2 Speedup = 1 / [(1-F E )+F E /Speedup E ] Speedup 2 = MIPS 2 / MIPS 1 10

11 Exercício 3 Resolução Um programa é executado por 1 segundo em um processador com tempo de ciclo de clock de 50 nseg e vazão de 15 MIPS. 2. Vamos assumir que, dada alguma técnica de otimização, a vazão do programa é otimizada. Neste novo cenário, 40% das instruções do programa são executadas com CPI = 1, enquanto a fração remanescente de instruções (60%) é executada com a mesma CPI calculada no exercício anterior (1,33). Qual é o speedup do cenário 2 para o cenário 1? Solução: F E = 0,40 SpeedUp E = CPI 1 / CPI E = 1,33 / 1 = 1,33 Qual é a vazão expressa em MIPS? Solução: Speedup = 1 / [(1-F E )+F E /Speedup E ] = 1 / (0,6 + 0,4 / 1,33) = 1,11 Speedup = MIPS 2 / MIPS 1 MIPS 2 = Speedup * MIPS 1 = 1,11 * 15 = 16,65 11

12 Exercício 4 Um programa é executado por 1 segundo em um processador com tempo de ciclo de clock de 100 nseg e CPI = 1,5. Qual é a vazão expressa em MIPS? CPI = f CLOCK / MIPS*10 6 f CLOCK = 1/ T CLOCK 12

13 Exercício 4 Um programa é executado por 1 segundo em um processador com tempo de ciclo de clock de 100 nseg e CPI = 1,5. Qual é a vazão expressa em MIPS? T CLOCK = 100 nseg f CLOCK = 1/ T CLOCK = 10 MHz MIPS = f CLOCK / CPI *10 6 = 10* 10 6 / 1,5* 10 6 = 6,66 13

14 Exercício 5 Um programa é executado por 1 segundo em um processador com tempo de ciclo de clock de 100 nseg e CPI = 1,5. Vamos assumir que dada alguma técnica de otimização, 30% das instruções do programa são executadas com CPI=1, enquanto a fração remanescente é executada com a mesma CPI. Qual é o speedup do cenário 2 em relação ao 1? Qual é a vazão expressa em MIPS? Speedup E = CPI 1 / CPI E Speedup = 1 / [(1-F E )+F E /Speedup E ] Speedup 2 = MIPS 2 / MIPS 1 14

15 Exercício 5 Vamos assumir que dada alguma técnica de otimização, 30% das instruções do programa são executadas com CPI=1, enquanto a fração remanescente é executada com a mesma CPI. Qual é o speedup do cenário 2 em relação ao 1? Solução: F E = 0,30 SpeedUp E = CPI 1 / CPI E = 1,5 / 1 = 1,5 Speedup = 1 / [(1-F E )+F E /Speedup E ] = 1 / (0,7 + 0,3 / 1,5) = 1,11 Qual é a vazão expressa em MIPS? Solução: Speedup = MIPS 2 / MIPS 1 MIPS 2 = Speedup * MIPS 1 = 1,11 * 6,66 = 7,4 15

16 Exercício 6 Vamos considerar um computador executando o seguinte conjunto de instruções: 1. Qual é o CPI médio assumindo que o período de clock é de 5 ns? 2. De quanto é o speedup assumindo que, introduzindo uma cache de dados otimizada, instruções de LOAD levarão 2 ciclos de clock? 3. Qual é o speedup assumindo que, introduzindo uma unidade de desvio otimizada, instruções de desvio levarão 1 ciclo de clock? 4. Qual é o speedup assumindo a introdução de 2 ALUs trabalhando em paralelo? 5. Qual é o speedup assumindo a introdução de todas as otimizações feitas acima? 16

17 Exercício 6 Vamos considerar um computador executando o seguinte conjunto de instruções: n CPI m = i=1 (CPIi Fi ) Onde Fi = I i IC, frequência da instrução 1. Qual é o CPI médio assumindo que o período de clock é de 5 ns? Solução: CPI 1 = CPI m = 0,5 * 1 + 0,2 * 5 + 0,1 * 3 + 0,2 * 2 = 2,2 Qual é a taxa de vazão expressa em MIPS, no caso 1? MIPS = f CLOCK / (CPI *10 6 ) = 200 * 10 6 / 2,2 * 10 6 = 90,9 17

18 Exercício 6 Vamos considerar um computador executando o seguinte conjunto de instruções: 2. Quanto é o Speedup assumindo que, introduzindo uma cache de dados otimizada, instruções de LOAD levarão 2 ciclos de clock? Solução: CPI 2 = CPI m = 0,5 * 1 + 0,2 * 2 + 0,1 * 3 + 0,2 * 2 = 1,6 Speedup = CPI 1 / CPI 2 = 2,2 / 1,6 = 1,375 18

19 Exercício 6 Vamos considerar um computador executando o seguinte conjunto de instruções: 3. Qual é o Speedup assumindo que, introduzindo uma unidade de desvio otimizada, instruções de desvio levarão 1 ciclo de clock? Solução: CPI 3 = CPI m = 0,5 * 1 + 0,2 * 5 + 0,1 * 3 + 0,2 * 1 = 2 Speedup = CPI 1 / CPI 3 = 2,2 / 1,6 = 1,1 19

20 Exercício 6 Vamos considerar um computador executando o seguinte conjunto de instruções: 4. Qual é o Speedup assumindo a introdução de 2 ALUs trabalhando em paralelo? Solução: CPI 4 = CPI m = 0,5 * 0,5 + 0,2 * 5 + 0,1 * 3 + 0,2 * 1 = 1,95 Speedup = CPI 1 / CPI 4 = 2,2 / 1,95 = 1,13 20

21 Exercício 6 Vamos considerar um computador executando o seguinte mix de instruções: 5. Qual é o Speedup assumindo a introdição de todas as otimizações feitas acima? Solução: CPI 5 = CPI m = 0,5 * 0,5 + 0,2 * 2 + 0,1 * 3 + 0,2 * 1 = 1,15 Speedup = CPI 1 / CPI 5 = 2,2 / 1,15 = 1,91 21