Bài giảng Kiến trúc máy tính: Tuần 2

Ế

KI N TRÚC MÁY TÍNH

Tu n 2ầ

Ấ

Ệ

HI U SU T MÁY TÍNH

03/2017

ệ

ấ Hi u su t

ụ

M c tiêu:

ố i thi u v các thông s liên quan và cách tính

ộ ộ ử

ệ ề ớ Gi ấ ủ ệ hi u su t c a m t b x lý.

Slide được dịch và các hình được lấy từ sách tham khảo:

Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface, Patterson, D. A., and J. L. Hennessy, Morgan Kaufman, Revised Fourth Edition, 2011.

03/2017

ệ

ấ Hi u su t

ọ ờ ứ ự

ờ ổ

ồ ộ ạ ộ ậ ớ

ờ

ấ ọ

03/2017

ị ờ ụ : Cũng g i là ng tác v hoàn thành trong m t đ n v th i gian: ờ Cũng g i là th i gian th c thi Th i gian đáp ng (Response time): ụ ể (execution time), là t ng th i gian đ máy tính hoàn thành m t tác v ộ ậ ổ nào đó, bao g m thao tác truy c p đĩa, truy c p b nh , ho t đ ng ủ ệ ề ự I/O, th i gian th c thi c a h đi u hành (operating system overhead), v.v... ệ Thông năng/Hi u su t (Throughput/Performance) ộ ơ ố ượ bandwidth, là s l

ệ

ấ Hi u su t

ầ

n H u h t t

t c các máy tính đ u c n m t

ế ấ ả ể ệ

ầ ứ

ượ ả ượ

ờ

ị ố ạ

ồ

ề ộ “đ ng ồ ộ ự ệ ị h ” ồ đ xác đ nh khi nào m t s ki n/thao tác đ c ự ố ạ Kh i t o ra các kho ng th c hi n trong ph n c ng. ệ ờ th i gian đ nh th i cho máy tính làm vi c này đ c ố ồ ọ g i là kh i t o xung đ ng h hay kh i tao xung clock.

ồ

ệ

n Hai khái ni m liên quan đ n xung đ ng h :

ế • Chu k ỳ xung đ ng h

ồ/xung clock (Clock

ồ cycle time/clock cycle/cycle time) ồ

ầ ố xung đ ng h

ồ/xung clock (Clock

03/2017

ệ

ấ Hi u su t

n Chu k xung đ ng h

ả ủ

ị

v Clock rate và Clock cycle time là ngh ch đ o c a nhau

03/2017

ồ ỳ ầ ố ồ ồ ồ và t n s xung đ ng h

ệ

ấ Hi u su t

n Tính hi u xu t d a trên chu k và t n s xung đ ng h

ầ ố ấ ự ồ ệ ỳ ồ

ự ồ ỳ • D a trên chu k xung đ ng h ( ồ Clock cycle/Clock cycle

time/cycle time):

• D a trên t n s xung đ ng h (

03/2017

ầ ố ự ồ ồ Clock rate):

ệ

ấ Hi u su t

ầ ố ỳ ể n CPI (clock cycle per instruction): S chu k xung clock c n đ

03/2017

ự th c thi ộ ệ m t l nh

ệ

ấ Hi u su t

ố ộ ự

ố ượ

ự ệ ộ n MIPS (Million instructions per second): M t cách đo t c đ th c ệ ệ ự ng tri u l nh trên giây. MIPS ng trình d a trên s l ờ ủ ố ượ ng l nh chia cho tích c a th i gian th c thi

ị ủ ươ thi c a ch ằ ượ c tính b ng s l đ và giá tr 106.

ề ế ỉ

03/2017

ầ ố ệ IPS (Instructions per second): S l nh trên giây. N u đ bài ch yêu ầ c u tính IPS thì không c n chia cho 106

ệ

ấ Hi u su t

Ví d 1.ụ

ươ ạ ộ M t ch ng trình máy tính ch y trong 10 giây trên máy tính A có

ộ ự ầ ố t n s xung clock 2GHz. M t nhà thi ế ế mong mu nố xây d ng máy t k

ạ ươ ỉ ế ế ế tính B ch y ch ng trình này ch trong 6 giây. Nhà thi t k quy t

ư ệ ầ ố ị ị đ nh tăng t n s xung clock cho máy tính B, nh ng vi c tăng giá tr

ưở ế ầ ế ế ủ ế ả này nh h ữ ng đ n nh ng ph n thi t k khác c a CPU, khi n máy

ề ể ầ ạ ầ ơ ỳ tính B yêu c u nhi u chu k clock h n máy tính A 1.2 l n đ ch y

ươ ch ng trình.

03/2017

ỏ ầ ố ế ế H i t n s xung clock nhà thi t k dùng cho B là bao nhiêu?

ệ

ấ Hi u su t

03/2017

ệ

ấ Hi u su t

Ví d 2.ụ

ả ử ậ ệ ự ế ệ ộ Gi s có hai cách hi n th c cho cùng m t ki n trúc t p l nh trên

ỳ máy tính A và máy tính B. Máy tính A có chu k clock 250ps và CPI là

ộ ươ ỳ ạ 2.0 khi ch y m t ch ng trình, và máy tính B có chu k clock 500ps

ạ ươ và CPI 1.2 khi ch y cùng ch ng trình trên.

ạ ươ ơ Máy tính nào ch y ch ơ ng trình trên nhanh h n và nhanh h n bao

03/2017

nhiêu?

ệ

ấ Hi u su t

ạ

03/2017

ờ L u ý: Th i gian ch y ỏ ơ máy A nh h n máy B ạ thì máy A ch y nhanh 12 h n.ơ

ệ

ấ Hi u su t

ủ

ệ

ạ

ấ Ví d 3. So sánh hi u su t th c thi c a đo n mã ch

ng trình: ỗ

ươ ạ

ự ị

ườ

ế

i vi

t trình biên d ch (compiler) có hai đo n/chu i code và đang ư

ạ

ớ

ụ ộ M t ng ầ c n so sánh hai đo n này v i các thông tin nh sau:

ủ

ệ

ỗ

ượ

c nhà

ậ ệ ế ế

ầ ứ

ủ

ấ

T p l nh máy tính chia làm ba nhóm l nh và CPI c a m i nhóm đ thi

t k ph n c ng c a máy tính cung c p:

ầ

ạ

ố ượ

ươ

ứ

ỗ

ớ

ệ ng l nh t

ng ng v i m i

Và hai đo n code đang c n so sánh có s l nhóm nh sau:

ề ệ

ự

ủ

ạ

ố

ỏ ỗ

ạ ạ

H i đo n code nào t n nhi u l nh h n? Đo n code nào th c thi nhanh h n? CPI c a m i đo n?

03/2017

ệ

ấ Hi u su t

03/2017

ệ

ấ Hi u su t

03/2017

ệ

ấ Hi u su t

ế ố ơ ả

ế ị

ể

ệ

ấ

i, nh ng y u t

c b n đ quy t đ nh hi u su t

ữ ạ Tóm l máy tính g m:ồ

ơ ị Đ n v đo

ờ

ươ

Giây (Seconds)

ộ Th i gian CPU th c thi m t ch trình (CPU execution time)

ố ượ

ệ

ượ

ự

ộ

S l

ng l nh (Instruction count)

c th c thi cho m t

ố ượ S l ươ ch

ệ ng l nh đ ng trình

ể ự

ộ

ỳ

ố ượ

CPI (Clock cycles per instruction)

ng chu k clock đ th c thi m t

S l l nhệ

ờ

ộ

ỳ

Giây

Th i gian m t chu k clock (Clock cycle time)

03/2017

Y u tế ố ự

ệ

ấ Hi u su t

ấ ủ

ệ

ươ

ụ

ữ

ế

ậ

ộ

ị

Hi u su t c a ch

ng trình ph thu c vào thu t toán, ngôn ng , trình biên d ch, ki n trúc và

ứ

ầ

ả

ướ

ắ ự ả

ưở

ế ố

ủ

ệ

ph n c ng máy tính. B ng bên d

i tóm t

t s nh h

ữ ng c a nh ng y u t

này lên hi u

ư ế Nh th nào?

ấ ủ su t c a CPU. ầ ế ố ph n Y u t ề ầ ứ c ng/ph n m m

ộ Tác đ ng vào gì?

ậ

ệ

ồ

ậ Thu t toán

ươ ậ

ả

ể ả

ụ ế

ậ

ạ

ố ượ S l ệ l nh, và có th c CPI

ề

ấ

ộ

nh h ậ ả

ẽ

ẽ ế ị Thu t toán s quy t đ nh có bao nhiêu l nh trong ch ng trình ngu n và ự ố ượ ể ệ theo đó là s l ng l nh mà CPU ph i th c thi. Thu t toán cũng có th ệ ả ạ ề ế ưở ng đ n CPI v khía c nh l nh ch y nhanh hay ch m, ví d , n u ố ự ấ thu t toán có nhi u phép tính trên s th c d u ch m đ ng (floatingpoint), kh năng s có CPI cao h n.

ữ ậ

ắ

ưở

ắ ả

ươ

ữ ậ

ể

ệ

Ngôn ng l p trình

ố ượ S l ng ệ l nh, CPI

ữ ậ ng trình vi ộ ử

ể ị ả

ộ

ế ng đ n s l ẽ ượ ưở ữ ệ

ỗ ợ ạ

ẽ

ề ừ ượ ế

ụ ư ề ệ

ẽ ử ụ

ự

ệ ố ượ ng l nh, vì các c chuy n thành l nh ng, ví d , m t ngôn ng hóa d li u (nh Java) s có i g i l nh không tr c ti p, do đó s s d ng nhi u l nh có CPI

Ngôn ng l p trình ch c ch n nh h ế ằ t b ng ngôn ng l p trình s đ ch cho b x lý. Ngoài ra, CPI cũng có th b nh h ữ ng có tính năng h tr m nh v tr u t ề ờ ọ ệ nhi u l cao.

ị

ự

ệ

ể

Trình biên d chị

ữ

ộ

ố ượ S l ng ệ l nh, CPI

ắ ứ ạ

ưở

ả

ộ

ủ ứ ạ

ữ ấ ừ ệ ệ ngôn ng c p cao Vì trình biên d ch th c hi n vi c chuy n các l nh t ệ ố ượ ế ắ ng l nh và CPI. sang ngôn ng máy nên ch c ch n tác đ ng đ n s l ế ấ ị Vai trò c a trình biên d ch r t ph c t p và nh h ng đ n CPI theo m t cách ph c t p.

ậ

ế

ệ

ộ

ế ả ệ

ậ ệ ệ

ế ị

ế Ki n trúc t p l nhệ

ế ố ủ c a hi u năng CPU, vì nó ỳ ố ượ ứ ộ ng chu k ủ ộ ử

ộ ệ

Ki n trúc t p l nh tác đ ng đ n c 3 y u t ể ự ầ quy t đ nh các l nh c n đ th c hi n m t ch c năng, s l ổ ầ ố cho m t l nh, và t n s clock t ng quan c a b x lý.

03/2017

ố ượ ng S l ầ ố ệ l nh, t n s xung clock, CPI

ệ

ấ Hi u su t

ổ

ế

T ng k t:

ấ ủ

ơ ả

ệ

ế

ệ

Các khái ni m c b n liên quan đ n hi u su t c a máy tính đã ượ đ

c trình bày:

ệ

§ Chu k /T n s xung clock ỳ ầ ố § Th i gian th c thi, hi u su t ấ ự ờ § CPI § MIPS/IPS

03/2017

ệ

ấ Hi u su t

ế

ả ọ v Lý thuy t: Đ c sách tham kh o

ụ • M c 1.4

•

Sách: Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface, Patterson, D. A., and J. L. Hennessy, Morgan Kaufman, Revised Fourth Edition, 2011.

v Bài t p: ậ file đính kèm

03/2017