problemas de rendimiento

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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