1 Α. Βαφειάδης Αναβάθμισης Προγράμματος Σπουδών Τμήματος Πληροφορικής Τ.Ε.Ι Θεσσαλονίκης Μάθημα Προηγμένες Αρχιτεκτονικές Υπολογιστών Κεφαλαίο Πρώτο Αρχιτεκτονική και απόδοση Υπολογιστών Μέρος: Πρώτο Καθηγητής: Α. Βαφειάδης 2007

2 Α. Βαφειάδης Περιεχόμενα Πρώτου Κεφαλαίου Ημερομηνίες σταθμοί στην ανάπτυξη των υπολογιστών Βασικά αρχιτεκτονικά στοιχεία των σύγχρονων υπολογιστών Εξέλιξη της τεχνολογίας Αξιολόγηση της απόδοσης μιας αρχιτεκτονικής Η επίδοση της CPU Ο νόμος του Amdahls

3 Α. Βαφειάδης Η εξέλιξη

4 Α. Βαφειάδης Η εξέλιξη της Τεχνολογίας Τεχνολογία ολοκληρωμένων κυκλωμάτων Πυκνότητα τρανζίστορ /chip 60% με 80% τον χρόνο Ημιαγωγή μνήμη Πυκνότητα τρανζίστορ /chip 60% τον χρόνο Μαγνητικοί δίσκοι Χωρητικότητα 50% τον χρόνο

5 Α. Βαφειάδης Οι επεξεργαστές Χαρακτηριστικά των CPU Συσκευασίες CPU Πτυχιακή

6 Α. Βαφειάδης Αξιολόγηση μιας Αρχιτεκτονικής Αξιολόγηση Αρχιτεκτονικής σημαίνει Αξιολόγηση της επίδοσης των υπολογιστών που την υλοποιούν

7 Α. Βαφειάδης Χρόνος εκτέλεσης προγράμματος Το πιο συνηθισμένο κριτήριο επίδοσης είναι ο χρόνος εκτέλεσης του ίδιου προγράμματος σε δύο υπολογιστές Χ και Υ. Έτσι θα λέμε ότι ένας υπολογιστής X είναι n φορές ταχύτερος από έναν άλλο υπολογιστή Y αν [Χρόνος εκτέλεσης] Υ / [Χρόνος εκτέλεσης] Χ = n Σημείωση : Το πρόγραμμα τρέχει μόνο του σε μη ανταγωνιστικό περιβάλλον

8 Α. Βαφειάδης Χρόνοι εκτέλεσης προγράμματος CPU execution time Ο χρόνος απασχόλησης της CPU από ένα πρόγραμμα χρήστη user CPU execution time System CPU execution time (windows XP task monitor, εντολή time στο UNIX ) Elapsed time ή turnaround time Ο χρόνος από την στιγμή έναρξης μέχρι την στιγμή λήξης #time 90.7u 12.9s 2:39 65% Αυτό σημαίνει ότι User CPU time = 90.7 sec System CPU time 12.9 sec Elapsed time 2:29 min ή 159 sec

9 Α. Βαφειάδης Απόδοση η επίδοση υπολογιστών Μια πιο ρεαλιστική προσέγγιση είναι να ορίσουμε την απόδοση(performance) του υπολογιστή Χ σαν το αντίστροφο του χρόνου εκτέλεσης [Απόδοση] X = 1/ [Χρόνος εκτέλεσης] X Αυτό πρακτικά σημαίνει ότι η απόδοση του υπολογιστή Χ είναι n φορές μεγαλύτερη σε σχέση με τον Υ, όταν: [Απόδοση] X [Χρόνος εκτέλεσης] Y = = n [Απόδοση] Y [Χρόνος εκτέλεσης] X

10 Α. Βαφειάδης Benchmarks (Μετροπρογράμματα) Πραγματικά προγράμματα, π.χ. μεταφραστές, επεξεργαστές κειμένου, εργαλεία CAD, κλπ Πυρήνες προγραμμάτων, δηλαδή μικρά αποσπάσματα κώδικα που χρησιμοποιούνται συχνά από πολλά προγράμματα. Οι πυρήνες Livermore Loops και Linpack είναι τα πιο γνωστά παραδείγματα. Μικρά προγράμματα που όμως χρησιμοποιούντα συχνά, π.χ. Quicksort Συνθετικά benchmarks, π.χ. τα Whetstone και Dhrystone, τα οποία έχουν την ίδια φιλοσοφία με τους πυρήνες και προσπαθούν να προσομοιώσουν το μίγμα των εντολών που παρουσιάζονται σε μεγάλες εφαρμογές.

11 Α. Βαφειάδης Mη αξιόπιστες Μονάδες Μέτρησης MIPS million instructions per second MFPLOPS floating-point operations per second,

12 Α. Βαφειάδης Αξιόπιστες μέθοδοι μέτρησης Dhrystone και Whetstone Benchmarks Προτάθηκε το 1984 από τον R.P. Wecker, και το Dhrystone είναι ένα benchmarkbenchmark program γραμμένο σε C, Pascal ή Java το οποίο αξιολογεί ένα σύστημα με βάση τη δυνατότητα του στους ακέραιους υπολογισμούςprogram Το πρόγραμμα εκτελεί μονό ακέραιες πράξεις και δεν έχει καθόλου ι/ο λειτουργίες ούτε κλήσεις προς το λειτουργικό σύστημα Dhrystones per second είναι η αντίστοιχη μονάδα μέτρησης και εκφράζει το πλήθος των επαναλήψεων του προγράμματος σε ένα δευτερόλεπτο. Το αντίστοιχο πρόγραμμα για τις πράξεις κινητής υποδιαστολής ονομάζεται Whetstone

13 Α. Βαφειάδης SPEC Benchmarks The Standard Performance Evaluation Corporation (SPEC) είναι ένα μη κερδοσκοπικός οργανισμός ο οποίος δημιουργεί, οργανώνει και συντηρεί πρότυπα benchmarks τα οποία εφαρμόζονται στους υπολογιστές προκείμενου να μετρήσουν την απόδοση τους Ο SPEC εκτός από την ανάπτυξη των λεγομένων benchmark suites σχολιάζει και δημοσιοποιεί αποτελέσματα τα όποια στέλνονται σε αυτόν από τους κατασκευαστές

14 Α. Βαφειάδης CPU Benchmark SiSoft sandra lite XI.sp2

15 Α. Βαφειάδης Internet connection benchmark

16 Α. Βαφειάδης Κατηγορίες SPEC CPU CPU2006 CPU2000 CPU95 CPU92 Graphics/Applications SPECviewperf® 8.1 SPECapcSM for 3ds max™ 7 SPECapcSM for Maya 6.5 SPECapcSM for Pro/ENGINEERTM Wildfire 2.0 SPECapcSM for Pro/ENGINEERTM 2001 SPECapcSM for Solid Edge V14™ SPECapcSM for SolidWorks 20 SPECapcSM for UGS NX 3

17 Α. Βαφειάδης Κατηγορίες SPEC High Performance Computing, OpenMP, MPI HPC2002 OMP2001 MPI2006 HPC96 Java Client/Server jAppServer2004 jAppServer200 jAppServer2001 JBB2005 JBB2000 VM98 Mail Servers MAIL2001 SPECimap

18 Α. Βαφειάδης Κατηγορίες SPEC Network File System SFS97_R1 (3.0) SFS97 (2.0) SFS93 (LADDIS) Web Servers WEB2005 WEB99 WEB99_SSL WEB 96

19 Α. Βαφειάδης CINT2000 (Integer Component of SPEC CPU2000): Benchmark Language Category 164.gzip C Compression 175.vpr C FPGA Circuit Placement and Routing 176.gcc C C Programming Language Compiler 181.mcf C Combinatorial Optimization 186.crafty C Game Playing: Chess 197.parser C Word Processing 252.eon C++ Computer Visualization 253.PerlbmkC PERL Programming Language 254.gap C Group Theory, Interpreter 255.vortex C Object-oriented Database 256.bzip2 C Compression 300.Twolf C Place and Route Simulator

20 Α. Βαφειάδης CFP2000 (Floating Point Component of SPEC CPU2000): Benchmark Language Category 168.wupwise Fortran 77 Physics / Quantum Chromodynamics 171.swim Fortran 77 Shallow Water Modeling 172.mgrid Fortran 77 Multi-grid Solver: 3D Potential Field 173.applu Fortran 77 Parabolic / Elliptic Partial Differential 177.Mesa C 3-D Graphics Library 178.galgel Fortran 90Computational Fluid Dynamics 179.art C Image Recognition / Neural Networks 183.equake C Seismic Wave Propagation Simulation 187.facerec Fortran 90 Image Processing: Face Recognition 188.ammp C Computational Chemistry 189.lucas Fortran 90 Number Theory / Primality Testing 191.fma3d Fortran 90 Finite-element Crash Simulation 200.sixtrack Fortran 77 High Energy Nuclear Physics Accelerator 301.apsi Fortran 77 Meteorology: Pollutant Distribution