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8/17/2019 Problemas de Rendimiento
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Problemas de Rendimiento
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1. Acabas de terminar el diseño de un nuevo procesador y su compilador asociado.
Esta máquina trabaja a 1 GHz y tiene unas características que se muestran en la
tabla siguiente (M1). Debes decidir si producir el diseño tal cual está o si emplear
algún tiempo más en realizar algunas mejoras. Existen dos tipos de mejoras:
hardware y software. Las mejoras hardware consisten en aumentar la frecuencia
del procesador a 1.2 GHz y modificar un poco el diseño con lo cual se obtienenunas características que se muestran también en la tabla siguiente (M2). Las
mejoras software consisten en mejorar el compilador de forma que genere menor
número de instrucciones, con lo cual se obtiene la utilización de instrucciones
mostrada en la tabla siguiente (M3).
M1 M2 M3
Tipo CPI Frecuencia
de uso
CPI Frecuencia
de uso
% instruc ejecutadas
respecto a M1
A 2 40% 2 40% 90%
B 3 25% 2 25% 90%
C 3 25% 3 25% 85%
D 5 10% 4 10% 95%
La decisión está en producir la máquina M1, la M2, o la M3 (para M3 considere
por ejemplo, si la máquina M1 ejecutaba 1000 instrucciones de la clase A, M3
ejecutará 0.9 x 1000 = 900 instrucciones de la clase A).
Responda a las siguientes cuestiones:
a. (1,0 ptos) ¿Cuál es el CPI de cada máquina?
b. (1,0 ptos) ¿Cuánto más rápida es M2 que M1?
c.
(1,0 ptos)¿Cuánto más rápida es M3 que M1?
d. (2,0 ptos) El equipo de trabajo señala que es posible implementar las mejoras
de hardware y de software en un procesador M4, ¿cuántas veces es más rápida
M4 que M1?
2. (3 puntos) Considere el siguiente mix de instrucciones para determinado
programa:
Tipo de instrucción Frecuencia de aparición Ciclos de ejecución
ALU 45% 1
LOAD 15% 3STORE 30% 4
BRANCH 10% 2
a. (1.5 puntos) Calcule el tiempo de CPU del programa, al ejecutarlo en un
computador cuyo CPU opera a una frecuencia interna de reloj de 2GHz, si sabe
que el programa consta de 12000 instrucciones.
b. (1.5 puntos) ¿Cuál de las dos alternativas de optimización del CPU brindaría los
mejores resultados para la ejecución de este programa: incrementar la
frecuencia de reloj a 2.6GHz o agregar una mejora que acelere las operacionesSTORE a 2 ciclos de reloj?
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3. (3 puntos) Estamos interesados en dos implementaciones de una máquina. Una
con hardware especial de punto flotante y otra sin él. Considerar un programa P,
con la siguiente mezcla de instrucciones:
Tipo de instrucción Frecuencia de aparición Ciclos de ejecución
Multiplicación en punto
flotante
10% 6
Suma en punto flotante 15% 4
División en punto flotante 5% 20
Instrucciones enteras 70% 2
La máquina MFP (máquina con punto flotante), tiene hardware de punto flotante y
puede ejecutar directamente las operaciones en punto flotante. La máquina MNFP
(máquina sin puntos flotante) no tiene hardware de punto flotante y por ello debe
realizar las operaciones en punto flotante mediante instrucciones con manejo deenteros. Todas las instrucciones con números enteros necesitan dos ciclos de
reloj. El número de instrucciones enteras necesarias para implementar cada una de
las operaciones en punto flotante es como sigue:
Operación en punto flotante Número de instrucciones con
enteros para realizarla
Multiplicación en punto
flotante
30
Suma en punto flotante 20
División en punto flotante 50
Ambas máquinas tienen una frecuencia de reloj de 100MHz. Determine los MIPS y
MFLOPS nativos para ambas máquinas.
4. Una Agencia de Turismo Aventura ofrece una atractiva excursión: Se recorren en
Jeep un trayecto que dura 5 horas. Posteriormente sigue un sendero que se puede
recorrer a pie y dura 8 horas, o a caballo con una duración de 4 horas. ¿Cuál es el
Speedup que se logra usando el caballo?
5.
Una mejora en un procesador permite correr programas 10 veces más rápido queel procesador original, pero la mejora sólo se puede usar el 40% del tiempo. ¿Cuál
es el Speedup que es gana con la mejora?
6. Se puede mejorar la velocidad de una CPU en un factor de 5 por 5 veces el costo.
La CPU se usa el 50% del tiempo (el otro 50% se espera por I/O). El costo de la CPU
es 1/3 del costo del computador. ¿Es una buena inversión desde la perspectiva del
costo/desempeño?
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7. Un diseñador de compiladores tiene el siguiente dilema: se desea generar código
de máquina para una instrucción de alto nivel. Existen dos alternativas y ambas
consideran 3 clases de instrucciones de máquina:
La clase A tiene CPI = 2
La clase B tiene CPI = 1
La clase C tiene CPI = 3
Alternativa 1:
1 instrucciones clase A
2 instrucción clase B
2 instrucciones clase C
Alternativa 2:
3 instrucciones clase A
2 instrucción clase B
1 instrucción clase C
¿Cuál alternativa conviene?
8. El diseño del procesador PI, realizado hace varios años, posee las siguientes
características: Frecuencia de funcionamiento de 500 MHz, cuatro tipos de
instrucciones (A, B, C, D) cada una con un CPI de 1, 2, 4 y 6 ciclos respectivamente,
y frecuencias de uso de estos tipos de instrucciones de 40%, 15%, 25% y 20%,
respectivamente. Recientemente se ha realizado un diseño mejorado del
procesador PI, llamado PII, en el que se ha conseguido que la frecuencia de
funcionamiento llegue a los 800 MHz, y donde las instrucciones del tipo D ya no se
utilizan. En su lugar, cada instrucción tipo D se sustituye por dos instrucciones tipo
B, más sencillas.
a)
(1.5 ptos) Explique qué factores de la ecuación del tiempo de CPU se venmodificados en el procesador PII y por qué.
b) (1.0 ptos) ¿Cuánto más rápida es PII respecto a PI?
c) (1.5 ptos) ¿Qué parte de la ganancia de rendimiento se debe al aumento de la
frecuencia y cuál se debe a la sustitución de las instrucciones tipo D?
9. (4.0 ptos) Suponer que se sustituye la CPU Celeron de un computador compatible
por otro CPU Pentium III (PIII) y que este cambio hace que la máquina mejore en
un factor 4. Suponer que el costo de la CPU PIII es de $150.00 y el costo de la CPU
Celeron es la tercera parte. Como la CPU PIII no requiere más potencia, los demás
componentes del computador se mantiene igual. Si la CPU se utiliza el 60% deltiempo y el tiempo restante lo emplea en las operaciones de E/S. Suponer que el
costo del CPU es el 25% del computador
Se pide:
a. ¿Cuál es la aceleración obtenida con el cambio realizado?
b. Desde el punto de vista de costo/rendimiento, ¿Se justifica la inversión
realizada?
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10. Imagina por un momento que has terminado la carrera y ahora trabajas para la
empresa EUIntel que se dedica al diseño y fabricación de sistemas
computadores. Esta empresa ha introducido una mejora en su procesador
Sextium que consiste en disminuir el tiempo de ejecución de las instrucciones de
acceso a memoria por 3. Tu primer trabajo en la empresa consiste en diseñar un
programa de prueba que consiga un speedup (incremento de velocidad) de 2 para
así poder impresionar a los usuarios y convencerles de que se compren el nuevo
procesador.
a) (2.0 ptos) ¿Qué características debe tener el programa que te han encargado
diseñar? Explica la respuesta.
b) (2.0 ptos) ¿Crees que podrías diseñar un programa que obtenga un speedup
de 3? Razona la respuesta.
11. (4 ptos) Se tiene una CPU con la frecuencia de 100 MHz y un ciclo de máquina
equivalente a 1*T (1 periodo). Dado el siguiente programa en lenguaje assembler
que calcula el promedio de 200 datos de 16 bits almacenados en memoria a partirde la dirección de memoria 500H. A partir de este programa encontrar: el CPI y los
MIPS del procesador.
12. Se desea mejorar el repertorio de instrucciones de un computador, y para ello se deben
analizar las siguientes alternativas, todas ellas tienen el mismo costo:
Mejorar las instrucciones de suma
Mejorar las instrucciones de salto condicional
Mejorar las instrucciones de carga-almacenamiento
Mejorar el resto de las instrucciones
En la tabla siguiente se recoge el porcentaje de veces que se emplean las instrucciones
después de realizar la prueba benchmark SPECint2006 y el factor de mejora que se puede
observar en cada una de ellas son:
Tipo de instrucción Porcentaje de empleo Factor de mejora
Instrucciones de suma 25% 5
Instrucciones de salto condicional 43% 4
Instrucciones de carga-almacenamiento 32% 2
Resto de instrucciones 4% 7
Se pide:
MOV AX, 2000H ……. 1C
MOV BX, 500H ……. 1C
MOV CX,200 ……. 1C
SUMA: ADD AX, [BX] …..... 2C
INC BX ……. 1C
INC BX ……. 1C
LOOP SUMA ……. 3C
MOV BX, 200 ……. 1C
DIV BX ……. 4C
MOV PROMEDIO, AX ……. 2C
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a) Indicar cuál de las mejoras anteriores es la que recomendaríamos.
b) Si un programa tardaba antes de la mejora 28,3 segundos en ejecutarse calcule cuánto
tardará con la mejora que hemos elegido en el ítem anterior (a).
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