i Throughput: Ο ρυθμός ολοκλήρωσης έργου σε συγκεκριμένο χρόνο

Σχετικά έγγραφα
Ιόνιο Πανεπιστήμιο Τμήμα Πληροφορικής Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Απόδοση ΚΜΕ. (Μέτρηση και τεχνικές βελτίωσης απόδοσης)

i Όλες οι σύγχρονες ΚΜΕ είναι πολυπλοκότερες!

Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας

Παραλληλισμός σε επίπεδο εντολών

Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας. Επανάληψη: Απόδοση ΚΜΕ. ΚΜΕ ενός κύκλου (single-cycle) Παραλληλισμός σε επίπεδο εντολών. Υπολογιστικό σύστημα

Εισαγωγή στην Αρχιτεκτονική Η/Υ

Εισαγωγή στην Αρχιτεκτονική Η/Υ

Το μάθημα συνοπτικά (1) Το μάθημα συνοπτικά (2) Τι είναι ένα υπολογιστικό σύστημα ;

Ιεραρχία Μνήμης. Ιεραρχία μνήμης και τοπικότητα. Σκοπός της Ιεραρχίας Μνήμης. Κρυφές Μνήμες

Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας (ΚΜΕ) Τμήματα ΚΜΕ (CPU) Ένα τυπικό υπολογιστικό σύστημα σήμερα. Οργάνωση Υπολογιστών (Ι)

Το μάθημα συνοπτικά (1) Το μάθημα συνοπτικά (2) Τι είναι ένα υπολογιστικό σύστημα ;

Ιόνιο Πανεπιστήμιο Τμήμα Πληροφορικής Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Κρυφές Μνήμες. (οργάνωση, λειτουργία και απόδοση)

Οργάνωση Υπολογιστών (Ι)

Τεχνολογίες Κύριας Μνήμης

i Στα σύγχρονα συστήματα η κύρια μνήμη δεν συνδέεται απευθείας με τον επεξεργαστή

Οργάνωση Υπολογιστών (ΙI)

Κύρια μνήμη. Μοντέλο λειτουργίας μνήμης. Ένα τυπικό υπολογιστικό σύστημα σήμερα. Οργάνωση Υπολογιστών (ΙI)

Ιόνιο Πανεπιστήμιο Τμήμα Πληροφορικής Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Εικονική Μνήμη. (και ο ρόλος της στην ιεραρχία μνήμης)

Αρχιτεκτονικές Συνόλου Εντολών

Βασικές συσκευές Ε/Ε. Είσοδος Έξοδος στον υπολογιστή. Ένα τυπικό υπολογιστικό σύστημα σήμερα. Οργάνωση Υπολογιστών (IΙI) Μ.

Οργάνωση Υπολογιστών (IΙI)

; Τι περιέχεται στη συσκευασία ενός μικροεπεξεργαστή σήμερα;

Ιεραρχία Μνήμης. Εικονική μνήμη (virtual memory) Επεκτείνοντας την Ιεραρχία Μνήμης. Εικονική Μνήμη. Μ.Στεφανιδάκης

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ. Α Γενικού Λυκείου (Μάθημα Επιλογής)

Τμήμα Λογιστικής. Εισαγωγή στους Ηλεκτρονικούς Υπολογιστές. Μάθημα 8. 1 Στέργιος Παλαμάς

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ Α ΤΑΞΗ

Μάθημα 3: Αρχιτεκτονική Υπολογιστών

Διασυνδετικοί Δίαυλοι. Τι διασυνδέει ένας δίαυλος; Μεταφορά δεδομένων. Διασύνδεση Εισόδου-Εξόδου. Μ.Στεφανιδάκης

Chapter 4 (1) Αξιολόγηση και κατανόηση της απόδοσης

Διασύνδεση Εισόδου-Εξόδου

Chapter 4 ( ή 1 στο βιβλίο σας)

Αρχιτεκτονική Υπολογιστών

Οργάνωση επεξεργαστή (1 ο μέρος) ΜΥΥ-106 Εισαγωγή στους Η/Υ και στην Πληροφορική

Είναι το «μυαλό» του υπολογιστή μας. Αυτός κάνει όλους τους υπολογισμούς και τις πράξεις. Έχει δική του ενσωματωμένη μνήμη, τη λεγόμενη κρυφή

Το ολοκληρωμένο κύκλωμα μιας ΚΜΕ. «Φέτα» ημιαγωγών (wafer) από τη διαδικασία παραγωγής ΚΜΕ

1. Οργάνωση της CPU 2. Εκτέλεση εντολών 3. Παραλληλία στο επίπεδο των εντολών 4. Γραμμές διοχέτευσης 5. Παραλληλία στο επίπεδο των επεξεργαστών

Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας Τμήμα Μηχανικών Η/Υ, Τηλεπικοινωνιών και Δικτύων

Οργάνωση επεξεργαστή (2 ο μέρος) ΜΥΥ-106 Εισαγωγή στους Η/Υ και στην Πληροφορική

Μάθημα 3.2: Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας

ΕΠΛ 001: ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΤΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ. Επανάληψη

Κεφάλαιο 4 ο. Ο Προσωπικός Υπολογιστής

ΕΙΔΙΚΟΤΗΤΑ: ΤΕΧΝΙΚΟΣ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΜΑΘΗΜΑ: ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ

*Ένας υπολογιστής είναι στην πραγματικότητα ένα σύστημα πολλών μερών που συνεργάζονται μεταξύ τους.

Ηλεκτρονικός Υπολογιστής

Ενότητα 4. Εισαγωγή στην Πληροφορική. Αναπαράσταση δεδοµένων. Αναπαράσταση πληροφορίας. υαδικοί αριθµοί. Χειµερινό Εξάµηνο

ΕΠΛ 003: ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΤΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ. Επανάληψη

Το υλικό του υπολογιστή

Μάθημα 4: Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας

; Γιατί είναι ταχύτερη η λήψη και αποκωδικοποίηση των εντολών σταθερού μήκους;

ΜΑΘΗΜΑ 1- MULTIPLE CHOICE

Κεφάλαιο Το υπολογιστικό σύστημα Η εξέλιξη του ανθρώπου πραγματοποιήθηκε χάρη στην ικανότητά στον χειρισμό εργαλείων.

ΠΡΟΒΛΗΜΑ ΕΠΕΓΕΡΓΑΣΙΑ. (Είναι οι σκέψεις και οι πράξεις που κάνουμε για να λυθεί το πρόβλημα) ΕΙΣΟΔΟΥ - ΕΞΟΔΟΥ

O επεξεργαστής: Η δίοδος δεδομένων (datapath) και η μονάδα ελέγχου (control)

ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΑΥΞΗΣΗΣ ΤΗΣ ΑΠΟΔΟΣΗΣ ΤΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ I

Κεφάλαιο 4. Διδακτικοί Στόχοι. Για την αναγκαιότητα, τον τρόπο συνεργασίας, τις δυνατότητες και τον τρόπο εγκατάστασης των περιφερειακών συσκευών.

Εφαρµογές Πληροφορικής Υπολογιστών. Κεφάλαιο 3 Το υλικό του υπολογιστή

Αρχιτεκτονική Υπολογιστών

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Υλικό και Λογισμικό Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Δομή, Οργάνωση και Λειτουργία Υπολογιστών 6

Εισαγωγή στην Επιστήμη των Υπολογιστών

Αρχιτεκτονικές Συνόλου Εντολών (ΙΙ)

Βασίλειος Κοντογιάννης ΠΕ19

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

Αρχιτεκτονική Υπολογιστών

Μαλούτα Θεανώ Σελίδα 1

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ, ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΕΠΛ 001: ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΤΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΕΠΛ 003: ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΤΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΚΑΙ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Λειτουργικά Συστήματα (διαχείριση επεξεργαστή, μνήμης και Ε/Ε)

Τι είναι ένα λειτουργικό σύστημα (ΛΣ); Μια άλλη απεικόνιση. Το Λειτουργικό Σύστημα ως μέρος του υπολογιστή

Φόρμα Σχεδιασμού Διάλεξης (ημ/α:15/10/07, έκδοση:0.1 ) 1. Κωδικός Μαθήματος : 2. Α/Α Διάλεξης : 1 1. Τίτλος : 1. Εισαγωγή στην Αρχιτεκτονική Η/Υ

Εισαγωγή Συμβόλαιο Μαθήματος

Chapter 5. Ο επεξεργαστής: διαδρομή δεδομένων και μονάδα ελέγχου. Ενδέκατη (11 η ) δίωρη διάλεξη.

ΠΛΕ- 027 Μικροεπεξεργαστές 6ο μάθημα: Αρχιτεκτονική πυρήνα: υλοποίηση με διοχέτευση

ΕΘΝΙKΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ. Ονοματεπώνυμο: ΑΜ:

ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΑΝΩΤΕΡΗΣ ΚΑΙ ΑΝΩΤΑΤΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΠΑΓΚΥΠΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2009 ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

Μηχανοτρονική. Τμήμα Μηχανικών Παραγωγής και Διοίκησης 7 ο Εξάμηνο,

Εντολές γλώσσας μηχανής

ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΑΝΩΤΕΡΗΣ ΚΑΙ ΑΝΩΤΑΤΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΠΑΓΚΥΠΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2014

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

Κεφάλαιο 1.5: Τα βασικά μέρη ενός υπολογιστή

Απόδοση Υπολογιστικών Συστημάτων

ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ HARDWARE ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Αρχιτεκτονική Επεξεργαστών Ψ.Ε.Σ

Συστήματα σε Ολοκληρωμένα Κυκλώματα

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΕΣ

Ηλεκτρονικοί Υπολογιστές Δ Εξάμηνο

Αρχιτεκτονικές Συνόλου Εντολών (ΙΙ)

Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών

Αρχιτεκτονική x86(-64) 32-bit και 64-bit λειτουργία. Αρχιτεκτονική x86(-64) Αρχιτεκτονική επεξεργαστών x86(-64) Αρχιτεκτονικές Συνόλου Εντολών (ΙΙ)

MULTIPLE CHOICE REVISION: ΜΑΘΗΜΑ 1-2

Αρχιτεκτονική Υπολογιστών

Β τάξη. ΕΝΟΤΗΤΑ 1 Κεφάλαιο 2: Το εσωτερικό του Υπολογιστή. Εικόνα 2.1: Η Κεντρική Μονάδα.

ΠΛΕ- 074 Αρχιτεκτονική Υπολογιστών 2

Χρονισμός και Απόδοση Υπολογιστικών Συστημάτων

Στοιχεία από την αρχιτεκτονική των μικροϋπολογιστών

Προχωρηµένα Θέµατα Αρχιτεκτονικής

και η µονάδα ελέγχου (control) O επεξεργαστής: Η δίοδος δεδοµένων (datapath) Εντολές διακλάδωσης (branch beq, bne) I Type Σχεδίαση datapath

Πληροφορική Ι. Μάθημα 6 ο Εκτέλεση πράξεων, Αρχιτεκτονική Η/Υ. Τμήμα Χρηματοοικονομικής & Ελεγκτικής ΤΕΙ Ηπείρου Παράρτημα Πρέβεζας

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΕΡΩΤΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

Φουκαράκη Χρυσούλα - ΓΕΛ Γαζίου

Το εσωτερικό ενός PC. Τεχνολογία Η/Υ & Πληροφοριών - 05 Κεντρική μονάδα Χουρδάκης Μανόλης

Transcript:

Ιόνιο Πανεπιστήμιο Τμήμα Πληροφορικής Αρχιτεκτονική Υπολογιστών 6-7 Απόδοση ΚΜΕ (Μέτρηση και τεχνικές βελτίωσης απόδοσης) http://mixstef.github.io/courses/comparch/ Μ.Στεφανιδάκης Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας (ΚΜΕ) Central Processing Unit (CPU) Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας συχνά και το σύστημα γραφικών μέσα στον επεξεργαστή οθόνη σύστημα γραφικών ποντίκι, πληκτρολόγιο, εκτυπωτές, σαρωτές... διασυνδετικός δίαυλος Ie (x6) έως 8GB/s USB έως 5Gbit/s CPU core north bridge south bridge έως ΜB/s CPU core > 9GB/s κρυφή (3 ου επιπέδου) M-bus (mem bus) 5+ GB/s (multi-channel) SATA 6ΜB/s DRAM σκληροί δίσκοι, CD/DVD, δικτυακή σύνδεση οι ρυθμοί μεταφοράς που δίνονται είναι οι θεωρητικά μέγιστοι! Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Απόδοση ΚΜΕ... Απόδοση ΚΜΕ Εκτέλεση προγραμμάτων Υπολογιστικό σύστημα Η απόδοση εξαρτάται από όλα τα επιμέρους τμήματά του Υλικό και λογισμικό Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας Πόσο γρήγορα εκτελείται ένα πρόγραμμα Επίσης σε αρχιτεκτονικές ειδικού σκοπού: αξιοπιστία, κατανάλωση ενέργειας Πώς επηρεάζει η αρχιτεκτονική την απόδοση Πόσο γρηγορότερα εκτελείται ένα πρόγραμμα μετά από μια αρχιτεκτονική αλλαγή i Throughput: Ο ρυθμός ολοκλήρωσης έργου σε συγκεκριμένο χρόνο Χρόνος εκτέλεσης (execution( time) Επίσης: response time Ο συνολικός χρόνος εκτέλεσης ενός προγράμματος Μαζί με επιβάρυνση λειτουργικού συστήματος Αύξηση απόδοσης Μείωση χρόνου εκτέλεσης Για υπολογιστή Χ: Απόδοση(Χ) = Χρόνος Εκτέλεσης(Χ) Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Απόδοση ΚΜΕ 3 Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Απόδοση ΚΜΕ 4

Συγκρίνοντας δύο υπολογιστές Απόδοση ΚΜΕ Ο Χ εκτελεί ένα πρόγραμμα σε sec και ο Υ σε 5 sec. Πόσο πιο γρήγορος είναι ο Χ Συγκρίνοντας αποδόσεις Έστω υπολογιστές Χ και Υ Εάν: Απόδοση(Χ) > Απόδοση(Υ) Τότε (και αντίστροφα): Χρόνος Εκτέλεσης(Χ) < Χρόνος Εκτέλεσης(Υ) Απόδοση(Χ) Απόδοση(Υ) = Χρόνος Εκτέλεσης(Υ) Χρόνος Εκτέλεσης(Χ) = n Ο Χ είναι n φορές γρηγορότερος από τον Υ Χρόνος εκτέλεσης στην ΚΜΕ Ο χρόνος για τον οποίο η ΚΜΕ εκτελεί εντολές του προγράμματος Όχι χρόνος για Ε/Ε ή άλλες διεργασίες Χρόνος προγράμματος χρήστη Για το πρόγραμμα καθεαυτό Χρόνος συστήματος Λειτουργίες ΛΣ για την εξυπηρέτηση του προγράμματος Δεν πρέπει να ξεχνάμε όμως Χρόνος εκτέλεσης: εξαρτάται ε από όλα τα επιμέρους τμήματα του συστήματος Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Απόδοση ΚΜΕ 5 Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Απόδοση ΚΜΕ 6 Βασικά μεγέθη μέτρησης απόδοσης ΚΜΕ Χρόνος εκτέλεσης ΚΜΕ (χρήστη) Πώς υπολογίζεται το CPI όταν υπάρχουν διαφορετικοί τύποι εντολών Κύκλος ρολογιού (περίοδος) Clock Cycle (CC) Η διάρκεια ενός ρολογιού κατά τον οποίο η ΚΜΕ εκτελεί τις μικρότερες βασικές λειτουργίες Σταθερό μέγεθος Κύκλοι ρολογιού ανά εντολή Clocks Per Instruction (CPI) Οι απαιτούμενοι κύκλοι ρολογιού για την ολοκλήρωση μιας εντολής Ενδεχομένως διαφορετικό μέγεθος ανά τύπο εντολής Αριθμός εντολών Instruction Count (IC) Ο αριθμός των εντολών Χρόνος Εκτέλεσης ΚΜΕ για ένα πρόγραμμα ExecTime = IC x CPI x CC Τι μπορεί να κάνει ο σχεδιαστής ΚΜΕ για να βελτιώσει την απόδοση Να μειώσει τον κύκλο ρολογιού (CC)( Nα α μειώσει τον αριθμό ανά εντολή (CPI) Οι εντολές παραμένουν ως έχουν Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Απόδοση ΚΜΕ 7 Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Απόδοση ΚΜΕ 8

Παράδειγμα Συσχέτιση με λογισμικό Τύπος εντολής CPI Ακολουθία κώδικα A A 4 Επιλογή μεταξύ ακολουθιών εντολών Ποια ακολουθία εκτελεί τις περισσότερες εντολές Ποια είναι ταχύτερη Ποιο το μέσο CPI σε κάθε περίπτωση [Patterson-Hennessy Computer Organization and Design, 3rd ed] B B C 3 C! Το υλικό (ISA) καθορίζει και τα τρία μεγέθη (IC, CPI και CC) Αλγόριθμος Καθορίζει το IC Ενδεχομένως καθορίζει το CPI, ευνοώντας ορισμένους τύπους εντολών (π.χ. κινητής υποδιαστολής) Γλώσσα προγραμματισμού - Μεταγλωττιστής Καθορίζει το ΙC (μετάφραση εντολών υψηλού επιπέδου) Καθορίζει το CPI απαιτώντας/χρησιμοποιώντας συγκεκριμένους τύπους εντολών Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Απόδοση ΚΜΕ 9 Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Απόδοση ΚΜΕ Μετροπρογράμματα Ο νόμος του Amdahl Benchmarks Για τη μέτρηση της απόδοσης Και τη σύγκριση μεταξύ υπολογιστών Θα πρέπει να αντιπροσωπεύουν τις πραγματικές εφαρμογές Υπό ρεαλιστικές συνθήκες εκτέλεσης και δεδομένα εισόδου Χωρίς εσωτερικές ειδικές βελτιστοποιήσεις Δυνατότητα επανάληψης μέτρησης Διαφορετικά για ανόμοιες κλάσεις υπολογιστών s, servers, embedded systems Ένα πρόγραμμα τρέχει για sec σε έναν υπολογιστή και εκτελεί πολλαπλασιασμούς για 8 sec. Πόσο πρέπει να βελτιώσω τη ταχύτητα του πολλαπλασιασμού για να πενταπλασιάσω τη συνολική απόδοση Η βελτίωση της συνολικής απόδοσης ενός συστήματος μέσω της εισαγωγής ενός νέου χαρακτηριστικού, περιορίζεται από το βαθμό χρήσης αυτού του νέου χαρακτηριστικού Οι περισσότερο χρησιμοποιούμενες περιπτώσεις πρέπει να είναι γρήγορες! Όχι βελτιστοποίηση των σπάνιων περιπτώσεων! Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Απόδοση ΚΜΕ Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Απόδοση ΚΜΕ

ΚΜΕ ενός (single-cycle) ΚΜΕ ενός (single-cycle) Κάθε εντολή ολοκληρώνεται σε έναν κύκλο ρολογιού επόμενη διεύθυνση +d + εντολών MUX MUX + εντολή έλεγχος διακλάδωσης op R R offs δεδομένων MUX CPI = Σε κάθε έναν κύκλο ρολογιού ολοκληρώνεται μια εντολή ή κάθε εντολή απαιτεί έναν κύκλο ρολογιού Πόσο πρέπει να είναι το CC Ίσο με τη διάρκεια της μεγαλύτερης λειτουργίας! Μη αποδοτικό σχήμα Όλες οι εντολές δεν απαιτούν τον ίδιο χρόνο Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Απόδοση ΚΜΕ 3 Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Απόδοση ΚΜΕ 4 Παράδειγμα ΚΜΕ (multi-cycle) Εντολή Αριθμητική Διακλάδωση Ανάγνωση ς Εγγραφή ς IF ID Σύνολο 4 ps 3 ps 6 ps 5 ps CC πρέπει να είναι 6 ps (single cycle CPU) Αν ήταν δυνατή η χρήση με μεταβλητό CC (πρακτικά αδύνατο!) Ποια η βελτίωση της απόδοσης 5% ανάγνωση, % εγγραφή, 45% αριθμητικές, % διακλάδωσης EX DM WB CPI > Κάθε εντολή χωρίζεται σε έναν μεταβλητό αριθμό βημάτων Κάθε βήμα απαιτεί έναν κύκλο ρολογιού Πόσο πρέπει να είναι το CC Ίσο με τη διάρκεια του μεγαλύτερου βήματος Μέρη της ΚΜΕ μπορούν να χρησιμοποιηθούν για περισσότερες από μία φορές κατά την εκτέλεση μιας εντολής Καταχωρητές για τη συγκράτηση αποτελεσμάτων μεταξύ βημάτων Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Απόδοση ΚΜΕ 5 Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Απόδοση ΚΜΕ 6

Παράδειγμα: Εντολή load (βήμα IF) Παράδειγμα: Εντολή load (βήμα ID) προσπέλαση R! Η εντολή load απαιτεί τα περισσότερα βήματα για να εκτελεστεί! ανάκληση εντολής R mem[r + offset] +d υπολογισμός νέου R mem[r + offset] Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Απόδοση ΚΜΕ 7 Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Απόδοση ΚΜΕ 8 Παράδειγμα: Εντολή load (βήμα EX) Παράδειγμα: Εντολή load (βήμα DM) πρόσθεση R+offset ανάγνωση mem[r+offset] R mem[r + offset] R mem[r + offset] Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Απόδοση ΚΜΕ 9 Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Απόδοση ΚΜΕ

Παράδειγμα: Εντολή load (βήμα WB) Μονάδα Ελέγχου ΚΜΕ Σε κάθε βήμα, μερικά τμήματα μένουν ανενεργά. Πώς θα μπορούσαμε να τα εκμεταλλευτούμε αποθήκευση σε R R mem[r + offset] Πολυπλοκότητα σημάτων ελέγχου Σε κάθε βήμα εκτέλεσης της εντολής Ανάλογα με το είδος της εντολής Διατήρηση προηγούμενης κατάστασης Μέθοδοι υλοποίησης Αυτόματα πεπερασμένων καταστάσεων Ακολουθιακά λογικά κυκλώματα Παραγωγή σημάτων ελέγχου ανάλογα με εισόδους και τρέχουσα κατάσταση Μικροπρόγραμμα Καθορισμός σημάτων μέσω μικροεντολών Εσωτερικά στην ΚΜΕ (δεν αλλάζουν μετά τη σχεδίαση) Για υλοποίηση σύνθετων εντολών με πολλά βήματα και πολλαπλά περάσματα από το datapath Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Απόδοση ΚΜΕ Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Απόδοση ΚΜΕ Απόδοση ΚΜΕ Πλεονεκτήματα Δεν απαιτείται ο μέγιστος χρόνος για το CC Μέρη της ΚΜΕ χρησιμοποιούνται με πολλαπλό τρόπο κατά την εκτέλεση μιας εντολής Μειονεκτήματα Η μονάδα ελέγχου γίνεται πολυπλοκότερη Η πολυπλοκότητα πιθανόν να ακυρώνει τα πλεονεκτήματα! Σήμερα Οι ΚΜΕ υψηλής απόδοσης χρησιμοποιούν πρόσθετες τεχνικές παραλληλισμού σε επίπεδο εντολών (instruction level parallelism ILP) (στο επόμενο μάθημα...) Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Απόδοση ΚΜΕ 3