Arquitetura de Computadores Parte II - Histórico

Família Intel P5 e P6 (os 686) processadores P6 representam uma geração nova com as características não encontradas nas unidades precedentes da geração. A família do processador P6 começou quando o Pentium pro foi liberado em novembro 1995. Desde então, Intel liberou muitas outras microplaquetas P6, usando toda o mesmo processador básico do núcleo P6 que o Pentium pro. Pentium Pro O processador P6 original, inclui 256KB, 512KB, ou 1MB do esconderijo da velocidade L2 do cheio-núcleo Pentium II P6 com o 512KB do esconderijo da velocidade L2 do metade-núcleo Pentium II Xeon P6 com 512KB, 1MB, ou 2MB do esconderijo da velocidade L2 do cheio-núcleo Celeron P6 com nenhum esconderijo L2 Celeron-A P6 com o 128KB de em-morrem o esconderijo da velocidade L2 do cheio-núcleo Pentium III P6 com SSE (MMX2), 512KB do esconderijo da velocidade L2 do metade-núcleo Pentium IIPE P6 com o 256KB do esconderijo da velocidade L2 do cheio-núcleo Pentium IIIE P6 com SSE (MMX2) mais 256KB ou 512KB do esconderijo da velocidade L2 do cheio-núcleo Pentium III Xeon P6 com SSE (MMX2), 512KB, 1MB, ou 2MB do esconderijo da velocidade L2 do cheio-núcleo

Arquitetura de Computadores Arquitetura refere-se aos atributos de um sistema que são visíveis para o programador. Exemplos de atributos: Conjunto de instruções Como é feita a representação de dados (números, caracteres) Mecanismos de entrada e saída Formas de endereçamento da memória Registradores (número e tipos)

Organização X Arquitetura Questão para o arquiteto do sistema Vale a pena ter uma instrução que faça multiplicação? Questão p/ o projetista da microarquitetura (o que é visto em organização): Como vou implementar a multiplicação (vários passos, pipeline,..) O conceito de arquitetura foi introduzido pelo IBM/360 (1964). A IBM tinha duas máquinas principais: 7094: mastigador de números voltado para aplicações científicas que usava aritmética binária e trabalhava com dados de 36 bits; 1401: processador de E/S voltado para aplicações comerciais que usava aritmética decimal e trabalhava com dados de tamanho variável.

O número de portas de E/S Capacidade de memória Velocidade Em 1964 a IBM lançou o 360 ou a família 360. Um conjunto de computadores com preço e características diferentes mas que tem a mesma arquitetura (assembly, representação de dados, etc.). Entre elas variavam: O número de portas de E/S Capacidade de memória Velocidade Custos (certamente) O sistema operacional era idêntico As máquinas visavam aplicações científicas e comerciais Os modelos mais sofisticados tinham um conjunto completo de instruções; as mais sofisticadas, apenas executavam um sub-conjunto (a migração era possível entre as máquinas simples para as sofisticadas) Estas máquinas não eram compatíveis com os modelos antigos (7094 e 1401). Modelos 30, 40, 50, 65 e 75. A DEC segue o exemplo e lança sua família (PDP-8).

Exemplo conhecido de arquitetura Arquitetura do 86 (início com o 8086 em 1978): segue o 8088, 80286, 80386, 80486, Pentium, Pentium MMX, Pentium Pro, Pentium II, Pentium III e Pentium IV De um processador para outro foram introduzidas novas instruções (Pentium executa todos programas do 8086, mas o inverso não é verdade) Família 86

Cálculo de tempo de CPU Tempo de resposta: o tempo completo para terminar a execução de um programa Em muitas aplicações, o que determina o tempo de resposta é o tempo gasto com E/S Tempo de CPU: tempo do programa na CPU (não considerando E/S) O tempo de CPU inclui o tempo com o usuário e o tempo com o Sistema Operacional (S.O.); Tempo de CPU com usuário: tempo que a CPU gasta no programa propriamente (não considerando S.0.)(consideramos este tempo nos próximos slides).

Equações para cálculo de tempo de CPU Tempo de CPU= (número de clocks para executar o programa)*(Período do clock) Ou Tempo de CPU= IC*CPI*(período do clock) onde IC (instruction count) é o número total de instruções do programa e CPI é o número de clocks por instrução. Em muitas máquinas o número de clocks por instrução difere de instrução para instrução!! Neste caso pode-se utilizar um valor médio determinado na execução de um ou mais programas testes. clocks p/ instrução = CPI = (número de clocks da exec.)T/ICT onde (número de clocks da exec.)T é o numero total de clocks gastos na execução dos programas testes; ICT é o número total de instruções dos programas testes.

Tempo de CPU =S(ICi*CPIi)*(período do clock) Algumas vezes conhecemos o CPI para classes de instruções. Assim considere CPIi = número médio de clocks para a instrução da classe i; ICi = o número de instruções da classe i presentes no programa. O tempo de execução será: Tempo de CPU =S(ICi*CPIi)*(período do clock)

Período do Clock depende Obs.: Período do Clock depende da tecnologia (se o computador é construído com tecnologia mais moderna (transistores menores), os tempos de atraso dos blocos são menores é pode ser mais rápido); da microarquitetura e organização do computador (vimos duas possíveis implementações para MIPs, com um clock e com pipeline. Nesse caso, com mesmo valores de atrasos em blocos obtemos um clock de 27,5ns e 10ns); Da arquitetura pois a microarquitetura depende da arquitetura (conjunto de instruções, número de registradores, etc.).

pipeline: 20 estágios pipeline: 10 estágios mesma tecnologia

A cada 18 meses dobra a velocidade (lei de Moore) O aumento do desempenho é muito maior do que o aumento do clock.

Glossário SPEC Int - medida usada para avaliar o desempenho dos equipamentos em operações com números inteiros, as mais utilizadas pelos aplicativos convencionais. Substitui o antigo IPS ou MIPS. SPEC, SPECint, SPECfp e SPECrate são marcas registradas da Standar Performance Evaluation Corporation. Para mais informações sobre os testes de desempenho da SPEC, visite www.spec.org .