EL RENDIMIENTO EN LOS COMPUTADORES 2.1- Introduccin................ ..................................................................................................... 2 2.2- Rendimiento en los computadores ................................................................................... 2 2.3.- Comparacin del rendimiento ......................................................................................... 6 2.4- Unidades de medida del rendimiento global ................................................................... 8 2.4.1- MIPS .................................................................................................................................................... 8 2.4.2- MIPS VAX ......................................................................................................................................... 9 2.4.3- MEGAFLOPS nativos y relativos ................................................................................................ 10 2.5- Programas de prueba o Benchmarks ............................................................................. 12 2.5.1- Benchmarks Sinteticos .................................................................................................................... 12 2.5.2- Benchmarks Reducidos o de juguete............................................................................................ 14 2.5.3- Kernel Benchmarks ......................................................................................................................... 14 2.5.4- Programas Reales ............................................................................................................................. 14 2.5.4.1 Programa de pruebas SPEC (System Performance Evaluation Cooperative) ..................... 14 2.5.4.2 Otros benchmarks ......................................................................................................................... 17 2.5.5- Programas propios de fabricantes................................................................................................. 17 2.6- Leyes de Amdahl ............................................................................................................ 18 2.6.1- Primera ley de amdahl ..................................................................................................................... 18 2.6.2- Segunda ley de amdahl .................................................................................................................... 19 2.7- Media aritmtica y geomtrica....................................................................................... 20 2.8- Relacin coste rendimiento ............................................................................................ 21 2.8.1- Anlisis de la distribucin de los costes de un computador ..................................................... 21 2.9- Ejercicios propuestos...................................................................................................... 22 2 2.1- INTRODUCCIN Enestecaptuloseanalizaelconceptoylasunidadesdemedidadelrendimientodelos computadores. Definimosengeneralrendimientodeunelementocomounamedidadeproductividado capacidad de trabajo de dicho elemento en funcin de unos parmetros o caractersticas. El rendimiento no es una medida nica, sino una relacin entre varias medidas, la valoracin de varios parmetros, y depende del objetivo al que se oriente el trabajo. EJEMPLO 1 Paraentendermejorelconceptode rendimientoanalizaremoselsiguienteejemplo,se trata de determinar cul de los dos automviles tiene mejor rendimiento. CocheConsumoVelocidadPlazasC.VPrecio A4.5145490 13.400B7.11857110 15.300 Figura 2.1. Prestaciones de los vehculos.Como hemos comentado anteriormente, el rendimiento depender de la finalidad a la que se quiera destinar el vehculo y de unos parmetros, en este caso consumo, velocidad, etc : Siseutilizaparatransportar2personasdiariamenteteniendoencuentaelcoste,el rendimiento mejor ser el del vehculo A. Si el vehculo es requerido para recorrer 100 km y transportar6 personas, el rendimiento mejor ser el delvehculo B. Si lo que prima es el tiempo en un determinado recorrido la eleccin acertada es el B. 2.2-RENDIMIENTO EN LOS COMPUTADORES Sedefinerendimientodeunsistemacomolacapacidadquetienedichosistemapara realizaruntrabajoenundeterminadotiempo.Esinversamenteproporcionalaltiempo,esdecir, cuanto mayorsea el tiempo que necesite, menor ser el rendimiento. Loscomputadoresejecutanlasinstruccionesquecomponenlosprogramas,porlotantoel rendimientodeuncomputadorestrelacionadoconeltiempoquetardaenejecutarlos programas. De esto se deduce que el tiempo es la medida del rendimiento de un computador. 3 El rendimiento del procesador depende de los siguientes parmetros: 1.FrecuenciadelaCPU(fCPU):eselnmerodeciclosporsegundoalquetrabajael procesador o CPU. No confundir la frecuencia de la CPU con la frecuencia del sistema, el bus del sistema trabaja a menor frecuencia que la CPU. segundociclos nfCPU 2. Periodo de la CPU (TCPU) : es el tiempo que dura un ciclo y es la inversa de la frecuencia de la CPU. CPUCPUf1= T 3. Ciclos por instruccin (CPI) : las instrucciones se descomponen en microinstrucciones, quesonoperacionesbsicasquesehacenenunciclodereloj.EnunprogramasellamaCPIal promediodemicroinstruccionesquetienenlasinstruccionesdelprograma,esdecir,losciclosde reloj que se tarda de media en ejecutar una instruccin. InstrucTot NCPI Instruc NCPInii i1 4.Nmerodeinstruccionesdelprograma:cuantasmsinstruccioneshayaenel programa ms tiempo se tarda en ejecutarlo luego baja el rendimiento. El que tengamos un nmero reducidodeinstruccionesdependerdelprogramadorydequedispongamosdeunbuen compilador. 5.Multitarea:hacereferenciaalacapacidadquetieneuncomputadordeatender simultneamente varias tareas. Comoanteriormentehemoscomentado,elrendimientodeunprocesadorparaun programaconcretoesunfactorinversamenteproporcionalaltiempoquetardaenejecutardicho programa. progprogT1 El tiempo de programa depende a su vez del nmero de instrucciones del programa y del tiempo que se tarda en ejecutar cada instruccin. nes instruccio ProgT instruc. N T 4 Eltiempoquetardaenejecutarsecadainstruccindependedelnmerode microinstrucciones o ciclos en los que se descompone. Cada microinstruccin tarda distintos ciclos de reloj en ejecutarse, porlo que se hace un promedio ponderado de ciclos de instruccin. CPU n instrucciT * CPI TCPU progT * CPI * nes instruccio N T 1* * *1 1sCPI instruc NfT CPI instruc N TCPUCPU progprog Enresumen,elrendimientodeunprocesadorparaundeterminadoprogramaquedaen funcin de tres factores: Frecuencia de la CPU la cual depende fundamentalmente de la tecnologa de fabricacin del procesador. Cuanto mayor sea la frecuencia de la CPU, mejor ser el rendimiento. Nmero deinstrucciones delprogramael cual depende del programador, del lenguaje deprogramacinydelcompilador.Cuantomayorseaelnmerodeinstruccionesdel programa peor rendimiento tendr. CPIquedependedediseointernooarquitecturadelcomputadorydelsoftwareo instrucciones que se hayan elegido. Es importante optimizar el programa con instrucciones que tengan pocos ciclos. Cuanto mayor sea el CPI, peor ser el rendimiento. EJEMPLO 2 Dadaslascaractersticasdeunprogramacalculareltiempoquetardaenejecutarseel programaysurendimiento.SesabequelaCPUtrabajaa1GHz.El programasecompone de19 instruccionesdetrestipos:A,ByCycadatipodeinstruccintieneunnmerode microinstrucciones diferente segn indica la tabla: Tipo de instruccinInstrucciones/Prog.CPIi A52 B63 C81 Tiempo de programa: 89 . 1191 * 8 3 * 6 2 * 5.* .TOTAL instruc NCPI instruc NCPIi 5 ns T CPI instruc N TCPU prog3610 * 10001* 89 . 1 * 19 * * .6 Rendimiento: 178 . 27777777361 1sns Tprogprog EJEMPLO 3 SedisponedeuncomputadorbasadoenunPentiumIVa2GHz.Seejecutaunprograma compuesto por 1000 instrucciones. Segn los datos de la siguiente tabla, calcular el rendimiento: Tipo de instruccinInstrucciones/Prog.CPIi Lgico-Aritmtica20%4 Salto incondicional10%3 Salto condicional10%/10%7/5 Carga(Reg