slides clase09 rendimiento

8/18/2019 Slides Clase09 Rendimiento

1/30

Arquitectura de Computadores II

Clase #9

Facultad de IngenieríaUniversidad de la República

Instituto de ComputaciónCurso 2!


2/30

Rendimiento

"eremos


3/30

"er a trav$s de la %niebla& del mar'eting (omar opciones inteligentes )ntender el problema*motivación

+,or qu$ algunos programas se comportan me-or endeterminado .ard/are 0 no en otro1

+u$ 3actores del rendimiento de un sistema dependen del.ard/are1

4 5e-emplo6 se necesita una nueva m7quina8 o un nuevo sistemaoperativo1

+Cómo a3ecta el set de instrucciones al rendimiento1 +: laorgani;ación1

Rendimiento 5,er3ormance


4/30

+Cu7l es me-or1

(iempo de e-ecución de una tarea (iempo de )-ecución8 tiempo de respuesta8 latencia

(areas por día8 .ora8 semana8 seg8 ns (.roug.put

Plane

Boeing 747

Concorde

Speed

610 mph

1350 mph

DC toParis

6.5 hours

3 hours

Passengers

470

132

Throughput(pmph)

286,700

178,200


5/30

(iempo de e-ecución o respuesta 5latencia

+Cu7nto tiempo lleva e-ecutar un traba-o1

+Cu7nto .a0 que esperar por el resultado de una consulta a la

base de datos1

(.roug.put

+Cu7ntos traba-os pueden e-ecutarse a la ve;1

+Cu7l es el tiempo de e-ecución total de varias tareas1

+Cu7ntos traba-os terminan por unidad de tiempo1

,reguntas típicas

+Cu7nto se me-ora si agregamos un procesador al servidor1

+u$ me-ora se obtiene agregando una nueva m7quina1

Rendimiento del Computador6

(I)


6/30

5millones de instrucciones por segundo ?Recuento de Instrucciones*5(iempo@)-ec !B

)-emplo

Dos di3erentes compiladores se prueban en una m7quina de !


7/30

(iempo transcurrido 8 etc

Una medida útil8 pero di3ícil de usar para comparar sistemas

(iempo de C,U o cuenta )*>8 o el tiempo que se emplea en e-ecutar otros

programas 5en sistemas multitarea

>e puede dividir en tiempo del sistema 0 tiempo de usuario

(iempo de )-ecución


8/30

De3inición de ,er3ormance

,er3ormance6 unidades de e-ecución por unidad de tiempo


9/30

(iempo discreto en %tic's& de relo-6

(iempo de ciclo ? tiempo entre tic's ? período 5seg*ciclo

Frecuencia del relo- 5ciclos * seg 5! E; ? ! ciclo*seg Un relo- de 2


10/30

)cuación de per3ormance de C,U

Identi3icamos tres 3actores que a3ectan la per3ormance CPI6 # ciclos * # instrucciones

Recuento de instrucciones6 # de instrucciones del programa

Frecuencia 5o período6 # de ciclos por segundo

Un error .abitual es considerar que uno o dos de estos3actores son determinantes de la per3ormance Caso típico6 3recuencia de relo-

? Frecuencia del Relo- * 5C,I !B

Tiempo CPU = Segundos = Instrucciones x Ciclos x Segundos

Programa Programa Instrucciones Ciclo

Tiempo CPU = Segundos = Instrucciones x Ciclos x Segundos

Programa Programa Instrucciones Ciclo

Tiempo de CPU=#ciclos× período

Tiempo de CPU=#instrucciones×#ciclos#instrucciones

× período


11/30

Aspectos de la ,er3ormance dela C,U

Recuento Inst C,I Ciclo de Relo-

,rograma KCompilador K 5K

>et de InstG K K

=rgani;ación K K

(ecnología K


12/30

Ciclos por Instrucción

%Frecuencia de Instrucciones&

)n un set de n 5categorías de instrucciones

CPI =∑ j=1

n

CPI j× F

j , siendo CPI

j=

#ciclos j

#ocurrencias j , F

j=

#ocurrencias j

#instrucciones

#ciclos=∑ j=1

n

#ciclos j=∑ j=1

n #ciclos j

#ocurrencias j

×#ocurrencias j

CPI =#ciclos

#instrucciones=∑

j=1

n #ciclos j

#ocurrencias j×

#ocurrencias j

#instrucciones

C,I - debe medirse8 0a que la re3erencia t$cnica no tiene en cuenta8

por e-emplo8 misses de cac.e o retardos en pipelineG


13/30

)-emplo6 C7lculo de C,I 5!*2

Mezcla Típica

=p Freq C,I F -MC,I - 5N (iempo

AOU HN ! GH 5PPN

Ooad 2N 2 GQ 52N

>tore !N 2 G2 5!PN

ranc. 2N 2 GQ 52N

!GH


14/30

)-emplo6 C7lculo de C,I 52*2

C P I d e la

m á q u i n a

C P I d e la

m á q u i n a

5 x 30 + 1 x 20 + 2 x 20 + 2 x 10 + 2 x 20

100

= 2.7 ciclos/instrucción

5 x 30 + 1 x 20 + 2 x 20 + 2 x 10 + 2 x 20

100

= 2.7 ciclos/instrucción

M e z c l a d e

I n s t r u c c i o n e s

M e z c l a d e

I n s t r u c c i o n e s

Donde se

gasta el

tiempo?

Donde se

gasta el

tiempo?


15/30

)-emplo6

Impacto del ranc. >tall >e asume C,I ? !G ignorando bi3urcaciones 5ideal

)n realidad se produce un %stall& de P ciclos porbi3urcación

>i PN bi3urcaciones8 %stall& P ciclos en PN

Op Freq Cycles F j x CPI j (% Tiempo)

Otras 70% 1 7 (!7%)

"i#$rc !0% 1& ('!%)

C,I real? !G9

Oa m7quina real es !*!G9 ? GH2 veces %m7s r7pida& 5osea el doble de lentaS


16/30

Oe0 de Amda.l 5!*P Aceleración 5>peedup debida a me-ora )6

ExTime sin E Performance con E

Speedup(E) = ------------- = -------------------

ExTime con E Performance sin E

Oa aceleración global depende no sólo del 3actor de aceleración de la me-ora8 sinotambi$n del tiempo que se aprovec.a esa me-ora

)-emplo6 Consideramos un programa que se e-ecuta en ! segsT la multiplicaciónes responsable de segsG del totalG +Cu7nto debemos me-orar lamultiplicación para que el programa se e-ecute Q veces m7s r7pido1

,rincipio6 me-orar el caso m7s común


17/30

Oe0 de Amda.l 52*P

T old=T no afectadoT afectado oldT

ne=T

no afectadoT

afectado ne

T ne=T

no afectado

T afectado old

speed!pafectado

, donde speed!pafectado

=T

afectado old

T afectado ne

T ne=1−F"acci#nafectada T oldF"acci#nafectadaT old

speed!pafectado

speed!ptotal=

T old

T ne=

1

1−F"acci#nafectadaF"acci#n

afectada

speed!pafectado

=bservación6 Fraccióna3ectada es con respecto a (old


18/30

Oe0 de Amda.l 5P*P

)-emplo6 Instrucciones de ,unto Flotante me-orada para correr a 2KT pero únicamente !N

del tiempo se consume en instrucciones de ,unto Flotante

Speeduptotal =1

0.9 + 0.1 / 2= 1.0!

speed!ptotal=

T old

T ne

=1

1−F"acci#n afectada F"acci#n

afectada

speed!pafectado


19/30

Oe0 de Amda.l6 e-emplo 5!*2

Queremosejecutarunprogramaen N CPUs

Se emplea el 30%

del tiempo ejecutandocódigo que no se puedeparalelizar

CPs & ! *

+celeraci,-

Calcularemos aceleración

paraN = 2, 3, 4, 5, ∞


20/30

Oe0 de Amda.l6 e-emplo 52*2

S =

1

(30 % + (70% / N) ) / 100 %

CPs & ! *

+celeraci,- 1 1. &1 &! !!

S( )∞

2 3 # CPUs


21/30

Vernels )tractos %clave& de programas reales

>0nt.etic benc.mar's Filoso3ía similar a 'ernels8 intentan promediar 3recuencia de

operaciones de un gran con-unto de programas típicos4 W.etstone 5num$rico8 D.r0stone 5)*> datos

F7cil de estandari;ar8 pero4 ,ueden ser %violados&

,rogramas reales >e usan programas que representan una carga de traba-o

típica8 para determinada clase de aplicaciones4 Compiladores de C8 procesadores de teto8 .erramientas CAD


22/30

enc.mar' >uites Combinaciones de benc.mar's8 en3ocados en algún aspecto

relevante6 >,)CC,U28 >,)Cint!998 >,)C3p!9928 >,)CWeb8>,)C>F>8 (,CXC8 etcG

>,)C 5>0stem ,er3ormance )valuation Cooperative Oas compaYías se ponen de acuerdo en un con-unto de programas 0

entradas reales

Aún pueden ser %violados&

uen indicador de per3ormance 50 tecnología de compiladores

>,)C98 928 9H8 28 2

Oos programas varían entre generaciones de >,)C


23/30

>,)C C,U26benc.mar's de enteros


24/30

>,)C C,U26benc.mar's de punto 3lotante


25/30

Oa C,U no es todootros benc.mar's >,)C

>,)Cint 0 >,)C3p miden tareas de computación intensiva8en3ati;ando los siguientes elementos de la arquitectura6 C,U Arquitectura de memoria

Compiladores = atacan otros elementos tales como el sistema operativo8

la red8 los gr73icos o el subsistema de )*>G )isten otrosbenc.mar's8 por e-emplo para6 Zrap.ics and Wor'station ,er3ormance Eig. ,er3ormance Computing8 =pen


26/30

Reportes de per3ormance

Oos reportes deben permitirreproducir las mediciones deper3ormance


27/30

Resumen de per3ormance 5!*P Interesa tener U número que resuma la per3ormance de un

sistema


28/30

Resumen de per3ormance 52*P ,)C benc.mar's6 >pecRatio ? (iempo de )-ecución ormali;adocon respecto a una %m7quina canónica&8 5: corre n veces m7sr7pido que K )n cociente de ratios de dos sistemas = in3lu0e la re3erenciaS

,ara promediar ra;ones 5como >pecRatio se usa la


29/30

Resumen de per3ormance 5P*P

W5! pesa igual ,! 0 ,2

W52 peso inversamente proporcional a (iempo de )-ecución en

W5P peso inversamente proporcional a (iempo de )-ecución en A

Comparar resultados de di3erentes medias6

/istema + /istema " /istema C 0(1) 0(&)Prorama P1 (ses) ! ! 2 GH G99Prorama P& (ses) ! ! 2 GH G9!Tiempo total (ses) !! !! QMe2ia aritm3tica4 0(1) HGH HH 2Me2ia aritm3tica4 0(&) 9!G99 !UG!9 2

Me2ia aritm3tica4 0(!) !G999 !G9 2

5ormaliza2o a + 5ormaliza2o a " 5ormaliza2o a+ " C + " C + "

Prorama P1 ! ! 2 G! ! 2 GH GH

Prorama P& ! G! G2 ! ! G2 H HMe2ia aritm3tica ! HGH !G! HGH ! !G! 2HG2H 2GRH

Me2ia eom3trica ! ! GCP2 ! ! GCP2 !GHU!!Q !GHU!

Tiempo total ! G!! GQ 9G! ! GPCQ 2HG2H 2GRH


30/30

)valuación de ,er3ormance ,ara bien o para mal8 los benc.mar's son tomados en cuentaGGGGG

)l diseYo se debe orientar a me-orar la per3ormance de las cargas detraba-o 5programas reales8 0 no solamente los programas que

a0udan a venderS

,ara una arquitectura dada la me-ora de la per3ormance viene de6 Incremento de la 3recuencia de relo- 5sin a3ectar los C,IS

slides clase09 rendimiento

Documents