ARQUITECTURA DE MÁQUINAS COMPUTADORAS III Introducción

1. ARQUITECTURA DE MÁQUINAS COMPUTADORAS IIIIntroducción Ing. José Díaz Chow

2. Introducción a la Asignatura PresentaciónContacto Schedule Diagnóstico Syllabus

3. Docente • José LeónidasDíaz Chow • Ingeniero en computación • ProfesorasistenteFacultad de Electrotecnia y Computación. • Director del Banco de Proyectos del SistemaNacional de InversiónPública (SNIP) • Miembroprofesional ACM: • http://member.acm.org/~xdc2k • E-mail: jdiazchow@acm.org • Contacto: • http://www.snip.gob.ni/xdc/amc3 • E-mail: jdiaz@snip.gob.ni

4. Introducción a la Asignatura Horarios (5T1-Co)

5. Introducción a la Asignatura Horarios (5T2-Co)

6. Introducción a la Asignatura Diagnóstico • ¿Por qué otra AMC? • ¿Qué recuerdan de AMC2? • ¿Qué temas creen integran AMC3 a partir de lo abordado en AMC2?

7. Introducción a la Asignatura Diagnóstico • ¿Qué creen ustedes que estudiaremos en esta asignatura? • Lluvia de Ideas: • Objetivos • Contenidos • Relación con AMC1 y AMC2 • Mapa Conceptual

8. Introducción a la Asignatura Syllabus [Objetivo general] • Obtener conocimientos de las técnicas de evaluación del desempeño del sistema de cómputo y las tecnologías de diseño que se han desarrollado para mejorar las prestaciones de las computadoras modernas.

9. Introducción a la Asignatura Syllabus [ObjetivosEspecíficos]

10. Introducción a la Asignatura Syllabus [Contenidos]

11. Introducción a la Asignatura Syllabus [Evaluación]

12. Introducción a la Asignatura Syllabus [Recursos] • Todosdisponibles en el portal web de la asignatura: • Documentación • Libros • Folleto de la asignatura • Artículos • Presentaciones • Guías de Clasesprácticas • Guíasy herramientas de laboratorios

13. Bibliografía • Arquitectura de Computadoras y procesamientoparalelo. • Kai Hwang • Fayé A. Briggs • Cubretodo el contenido de la asignatura. • Abundantesejemplos de implementación de arquitecturasreales.

14. Bibliografía • Arquitectura de Computadoras – Un enfoquecuantitativo. • John Hennessy • David Patterson • Especialmenteútil en unidades 1 y 2, aunquecubretodo el contenido de la clase. • Enfoqueevaluativo de la arquitectura.

15. Bibliografía • Modern Computer Architecture. • Rafiquzzaman & Chandra • Enfoquesintético de muchostemas. • Arquitectura de Computadoras. • Morris Mano • Enfoquemásbienorganizacional, excelenteabordaje de los multiprocesadores.

16. Bibliografía • Organización y arquitectura de Computadores. • William Stallings • Enfoque general. Ejemplos de arquitecturasmodernas. • Organización de Computadoras. • Hamacher/ Vranesic/ Zaky • Fundamentosanteriores.

17. Unidad 1: PARALELISMO Y MEJORA DEL RENDIMIENTO Ing. José Leónidas Díaz Chow

18. 1. Evaluación del Desempeño ¿De qué? ¿Cómo? • Evaluación • Evaluación de la Computadora

19. Las computadoras son cadavezmáspoderosas • ¿Verdad o falsedad? • ¿Cómopuedosaberlo? • EVALUAR (Dar valor, valorar) • Medible • ¿Como ingeniero, dispongo de la técnicaapropiada?

20. ¿Qué quiero yo de una Computadora? • Ofertas de PC : • ¿ Quécaracterísticaspresentan? • ¿Cuál o cuáles me interesanmás a mí? • ¿Porqué?

21. Algunascaracterísticas de Aviones

22. Evaluación del Desempeño • ¿Por qué es importante saber qué tan bueno es el desempeño de cada avión? • ¿Por qué es importante saber qué tan bueno es el desempeño de una Computadora? • ¿Para qué me sirve?

23. Evaluación del Desempeño • Determinarrendimiento • Medir Categorizar • Comparar • Toma de decisiones • Aplicación • Mejorar • Reemplazar

24. Evaluación del Desempeño • Determinarrendimiento • DiferentesMomentos • Diseño • Construcción • Explotación

25. Conceptos de Evaluación • Entidad: Objeto en evaluación [Computador] • Concepto cuantificable: Lo que deseamos evaluar de la entidad: rendimiento, calidad, etc. • Factores: atributos o características de la entidad que determinan el concepto cuantificable. Deben ser medibles directa o indirectamente (magnitudes). • Medida: valor de una magnitud obtenido mediante un instrumento de medición confiable. • Métrica.

26. Métrica • El método de medición definido y la escala de medición [ISO 14598--1:1999]. • Medidasestándarizadas • Permitencomparararquitecturasdisímiles • Base para el establecimiento de indicadores de desempeño

27. Métricas de desempeño • Externas: • Latencia o tiempo de respuesta. • Productividad • Disponibilidad • Interna • Utilización

28. Métricas de desempeño • Externas: • Latencia o tiempo de respuesta. t • Productividad. w • Disponibilidad. d • Interna • Utilización. g

29. Consideraciones de Costo • ¡Desempeño a CualquierCosto! • EvaluaciónCosto-Beneficio • Consideracioneseconómicas: ROI y TCO • Avancestecnológicos Eficiencia • Menorconsumo de material • Menorconsumo de energía • Efectoscomerciales • Masificación y economías de escala

30. Técnicas de Evaluación • Medida del rendimiento de la ejecución • Sistema real • Modelado analítico • Sistema real o proyectado • Modelado por simulación • Sistema real o proyectado. • Modelado Híbrido

31. Rendimiento • El tiempo de ejecución (t) es la medidaquemejorcaracteriza el rendimiento de la computadora. • Rendimientoestá en proporcióninversa al tiempo de ejecución:

32. Rendimiento • Una computadora A ejecuta un programa de prueba p en 10 segundos. ¿Cuántoessurendimiento? • ¿ Qué utilidad ? •  Comparar 2 computadoras

33. Rendimiento • A ejecuta un programa p en 10 segundos y B ejecuta p en 12. ¿Cuántoes el rendimiento de cadauna? ¿Cuálrindemás? • A rinde más

34. Rendimiento: • La relación del rendimiento de dos Computadoras X e Y: n = Rx/Ry. • n representa cómo es el rendimiento de X respecto al rendimiento de Y. • n se conoce como ganancia “G” (si X es un reemplazo de Y) o como aceleración (A) o mejora de rendimiento (si X es una evolución de la misma arquitectura de Y).

35. Rendimiento • A ejecuta un programa p en 10 segundos y B ejecuta p en 12. ¿Cuántoes el rendimiento de cadauna? ¿Cuálrindemás? • n > 1  Ra > Rb

36. Rendimiento • Incremento neto de rendimiento: • n’ = n – 1 • Porcentaje de superación en rendimiento de dos PC: • n% = ( n – 1) * 100% • También esto se puede expresar como:

37. Rendimiento • A ejecuta un programa p en 10 segundos y B ejecuta p en 12. Determine incremento de rendimientoneto y el incrementonetoporcentual.

38. Factores que determinan el tiempo de ejecución • Período del pulso de reloj base del procesador: Pulso más ancho, mayor latencia. • Y por ende la Frecuencia de reloj, ya que • Podemos decir que: • La constante c acá corresponde al número total de ciclos de reloj que consumió el programa.

39. Factores que determinan el tiempo de ejecución • Ejemplo : Suponga que la máquina A ejecuta un programa p en 10s y su CPU tiene una frecuencia de reloj de 100MHz. Usted está diseñando una máquina B y quiere que ésta ejecute p en solamente 6 segundos aunque sabe que para ello requiere una mayor frecuencia de reloj y como consecuencia, serán requeridos 20% más de ciclos para completar p. ¿Qué frecuencia debe tener B para lograr el objetivo?

40. Factores que determinan el tiempo de ejecución • Modelo: • Solución: • Datos : (20% más)

41. Cálculo del tiempo de Ejecución El tiempo de ejecución depende netamente del total de ciclos requeridos para ejecutar el programa y del período o duración del ciclo. Un programa es una serie de instrucciones (N) a ejecutar. Cada instrucción consume una cantidad de ciclos. La cantidad total de ciclos que emplea una máquina para ejecutar un programa corresponde a la suma de los ciclos que consumen cada una de sus instrucciones. Por tanto:

42. Cálculo del tiempo de Ejecución Es posible determinar grupos de instrucciones que tienen la misma cantidad de ciclos de ejecución. Siendo CPIla cantidad de ciclos por instrucción que utilizan las instrucciones del grupo i-ésimo y Nila cantidad total de instrucciones del grupo i-ésimo ejecutadas.

43. Cálculo del tiempo de Ejecución En algunas arquitecturas incluso, el CPI es constante o se puede aproximar con bastante precisión como la cantidad media de ciclos por instrucción, con lo cual, t se podría definir como: Donde CPI es la cantidad constante de ciclos por instrucción y N es el total de instrucciones ejecutadas.

44. Ley de Amdahl • Uno para Todos y Todos para Uno • ¿Qué pasa si Uno no es para Todos? • Cuando el rendimiento de una PC es mayor como efecto de introducir una mejora, decimos que tenemos una aceleración de rendimiento.

45. Ley de Amdahl • La aceleración global del sistema, sin embargo, estará limitada por la fracción de tiempo en que dicha mejora es efectiva. • Papel de la Utilización • Ag = Rmejorado/Roriginal • Rmejorado = Rnuevo * % tiempo usada mejora + Roriginal * % tiempo sin usar mejora

46. Ley de Amdhal • Siendo tg el nuevo tiempo de ejecución global del sistema al incorporar la mejora, t el tiempo de ejecución original sin mejora, n la ganancia o aceleración parcial que la mejora proporciona, y g, la fracción mejorada (utilización) o el porcentaje de tiempo real que la mejora es efectiva, entonces: • tg = t tramo en que la mejora es efectiva + t tramo sin mejora

47. Ley de Amdhal

48. Ley de Amdhal Ejemplo: Si una máquina se mejora duplicando la frecuencia del CPU, pero la mejora solo es efectiva durante el 60% del ciclo de instrucción por el acceso a memoria, la aceleración global del sistema sería: Ag = 1 / 0.4 + (0.6/2) = 1/ 0.7 = 1.43 Nota: g = 0.6 y n = 2

49. Ley de Amdhal • Conclusiones: • Agilizar el casocomún. • Evitarlasexcepciones en el mainstream de procesamiento(penalizar a todosporunospocos).

50. Métricas populares de rendimiento: MIPS MIPS Millones de Instrucciones (ejecutadas) por Segundo. Velocidad o frecuencia de ejecución de instrucciones. Métrica del tipo productividad. Es una frecuencia, expresa el rendimiento en proporción inversa al tiempo lo cual es adecuado porque mayores MIPS indican máquinas más rápidas. El problema: “si se emplea como método comparativo, debe tenerse cuidado que las máquinas tengan características similares”.