Quants cicles farien un processador 3 GHz?

Equació del rendiment

L' equacions de rendiment

L' equació de rendiment analitza el temps d' execució com a producte de tres factors que són relativament independents dels altres.

Comptador d' instruccions

Els arquitectes de l' ordinador poden reduir el recompte d' instruccions afegint- hi més instruccions poderoses de les instruccions establertes. No obstant això, això pot incrementar tant el temps com el rellotge, o tots dos.

Rellotges per instrucció

Els arquitectes d'ordinadors poden reduir el PCI utilitzant més nivells d' instruccions paral·lelisme. Si afegeixen instruccions més complexes, sovint incrementa el PCI.

Temps del rellotge

El temps del rellotge depèn de la velocitat transistor i la complexitat del treball Fet en un sol rellotge. El temps del rellotge es pot reduir quan es disminueix la mida transistor. Tanmateix, el consum d'energia augmenta quan el temps del rellotge es redueix. Augmenta la quantitat de calor generada.

Comptador d' instruccions

El nombre d' instruccions (IC) és una mesura dinàmica: el nombre total de Les execucions d' instruccions involucrades en un programa. Està dominat per operacions repetitives com bucles i recursives.

El recompte d' instruccions està afectat pel poder de la instrucció establerta. Diferents conjunts d' instruccions poden fer diferents quantitats de treball en un sol Les instruccions. Les instruccions dels processadors CISC sovint poden aconseguir tant com dos o tres instruccions del processador RISC. Algunes instruccions de processador CISC han construït el bucle de manera que puguin Accedeix tantes vegades les execucions d' instrucció RISC.

Per predir els efectes dels canvis incrementals, els arquitectes usen Les traces d' execució dels programes de referència per obtenir les instruccions comptades. Si el canvi incremental no canvia l' instrucció establerta aleshores la El recompte d' instruccions normalment no canvia. Si hi ha petits canvis en la instrucció establerts llavors es traça la informació Es pot usar per estimar el canvi en el recompte d' instruccions.

Per a propòsits comparatives, dues màquines amb conjunts d' instruccions diferents Es pot comparar amb les distribucions de la mateixa llengua d'alt nivell Codi en les dues màquines.

Rellotges per instrucció

Rellotges per instrucció (CPI) és una mitjana efectiva. Està mitjana sobre totes les execucions d' instrucció en un programa.

El PCI està afectat per l'el· lelisme d' instruccions i per instrucció La complexitat. Sense el paral· lelisme, les instruccions solen prendre 4 o més cicles a executar. Les instruccions que executen bucles tenen com a mínim un rellotge per bucle Iteració. Piponing (o una execució superposada d' instruccions) pot portar la mitjana per instruccions simples a prop d'un rellotge per instrucció. Supercalar paral· lelisme (envia múltiples instruccions per cicle) Dóna la mitjana a una fracció de rellotge per instrucció.

Per als rellotges de càlcul per instrucció com una mitjana efectiva, els casos són categories d' instruccions, com branques, carregadors i botigues. Es poden extreure còpies de les categories de les traces d'execució. El coneixement de com l' arquitectura gestiona cada categoria dóna el Temps per instrucció per aquesta categoria.

Temps del rellotge

Temps del rellotge (CT) és el període del rellotge que sincronitza el circuits en un processador. És el recíproc de la freqüència del rellotge.

Per exemple. un processador 1 GHz té una època de cicle de 1. 0 ns i un processador 4 GHz té una època de cicle de 0.5 ns.

El temps del rellotge està afectat per la tecnologia de circuits i la complexitat de la Treball fet en un sol rellotge. Les portes lògiques no operen instantàniament. Una porta té un retard de propulsió al que depèn del nombre d' entradas la porta ( fan in ) i el nombre d' altres entrades connectat Sortida de la porta ( sortida del ventilador ). Augmentant o bé el ventilador a dins o el ventilador alenteix la propagació És l'hora. El temps del cicle està arranjat per ser el temps de propulsió total del pitjor cas a través de portes que produeixen un senyal requerit en el proper cicle. El temps total d' una propulsió de casos passa al llarg d'una o més senyal Camineu pel circuit. Aquests camins s' anomenen camins crítics .

Durant els últims 35 anys, la tecnologia de circuits integrats ha estat en gran mesura afectat per una equació d' escalat que indica com individual transistor Les dimensions s' han d' alterar quan es redueixin les dimensions globals. Les equacions escalats prediuen un increment en la velocitat i una reducció de El consum de potència per transistor amb la mida reduint. La tecnologia ho ha millorat cada 3 anys, dimensions lineals Ha disminuït un factor de 2. El consum d'energia transisor ha disminuït per un factor similar. Velocitat augmentada per un factor similar fins al voltant del 2005. En aquell moment, el consum d'energia va arribar al punt on era l'aire fresc No n'hi ha prou per mantenir processadors guais si el corrent va ser el més alt És possible la velocitat del rellotge.

Sentència de problema

Suposeu que un programa (o una tasca de programa) necessita 1 mil milions d' instruccions a Executa en un processador executant- se a 2 GHz. Suposem que el 50% de les instruccions executades en tres cicles de rellotge, Executa el 30% en cicles de 4 rellotge, i el 20% executa en 5 cicles del rellotge. Quin és l' hora d' execució pel programa o tasca?

Solució

Tenim el recompte d' instruccions: 10 9 instruccions. El rellotge es pot calcular ràpidament des de la taxa de rellotge a ser 0. 5×10 -9 segons. Només hem de calcular els rellotges per instrucció com a efectiu Valor:

Llavors tenim

Temps d' execució = 1. 0×10 9 × 3. 7 × 0. 5×10 -9 sec = 1,5 s

Sentència de problema

Suposeu que el processador en l' exemple anterior s' ha redissenyat de manera que Totes les instruccions que s' executen inicialment en 5 cicles ara s' executen en 4 cicles. Degut a canvis en el circuit, la taxa de rellotge ha de disminuir de 2. 2.0 GHz a 1.9 GHz. Quina és la millora total dels percentatges?

Formulari de solució

Podem determinar ràpidament la millora del percentatge per primera vegada trobar la Relació entre abans i després de l'actuació. L' equació de rendiment implica que aquesta relació serà un producte de tres factors: una proporció de rendiment per al recompte d' instruccions, una actuació Relació per al PCI o el seu recíproc, instrucció aprovació, i a Relació de rendiment pel temps del rellotge o la seva freqüència recíproca, freqüència del rellotge. Podem ignorar el primer factor d'aquest problema des de 1.0: el El recompte d' instruccions no ha canviat. Ens quedem per determinar la relació de rendiment per al PCI i, ja que nosaltres són freqüències del rellotge, la relació de rendiment pel rellotge freqüències.

Solució

La relació de rendiment per a les freqüències ha de ser inferior a 1. 0: si n' hi ha d' altres Els factors són els mateixos i un ritme de rellotge més lent implica pitjor rendiment. Aquest factor de la proporció de millora ha de ser 1,9/2.

Per als rellotges per instrucció, teníem un valor de 3.7 abans del canvi. calculam rellotges per instrucció després del canvi com a efectiu Valor:

Ara, els rellotges menors per instrucció volen dir una instrucció més alta a través de rendiment I per tant millor rendiment, esperem aquesta part de l'actuació Relació per ser més gran que 1. 0, això és, 3. 7/3. 5.