Arquitectura de computadoras

UNIDAD Nº1: Evolución y modelos de computadoras


Principios cuantitativos de diseño:

Acelerar el caso mas común:

El principio mas importante y general en el diseño de computadoras, es acelerar el caso común; es decir favorecer el caso frecuente sobre el infrecuente. Esto también es aplicable cuando se determina como emplear recursos, ya que el impacto de hacer alguna ocurrencia masrápida es mucho mayor si la ocurrencia es frecuente. Mejorar el evento frecuente en lugar del raro también ayuda a aumentar el rendimiento. Además el caso frecuente generalmente es más simple y puede realizarse más rápidamente que el caso infrecuente.


Ley de Amdahl:

A través de esta ley se calcula el aumento de rendimiento que puede obtenerse al mejorar alguna parte de una computadora.Establece que la mejora obtenida en el rendimiento al utilizar algún modo de ejecución más rápida está limitada por la fracción de tiempo que se puede utilizar dicho modo.
La Ley de Amdahl define la aceleración que puede lograrse al utilizar una característica particular. La aceleración es la relación:

Aceleración de rendimiento = Rendimiento de la tarea completa utilizando la mejora cuando seaposible
Rendimiento de la tarea completa sin utilizar la mejora


Alternativamente

1.- Aceleración de rendimiento = Tiempo de ejecución sin utilizar la mejora (antiguo)
Tiempo de ejecución de la tarea completa utilizando la mejora cuando sea posible (nuevo)


La aceleración nos indica la rapidezcon que se realiza una tarea utilizando una máquina con la mejora, con respecto a la máquina original.


2.- Tiempo de ejecución nuevo = Tiempo de ejecución antiguo . ( 1- Fracción mejorada + Fracción mejorada )
Aceleración mejorada

Reemplazando en 1.- se tiene:

Aceleración = Tiempo de ejecución antiguo=
Tiempo de ejecución antiguo . ( 1- Fracción mejorada + Fracción mejorada )
Aceleración mejorada

= 1
1- Fracción mejorada + Fracción mejorada
Aceleración mejoradaCorolario: si una mejora es utilizable por una fracción de una tarea, no se puede aumentar la velocidad de la tarea más que el recíproco de 1 menos esa fracción.

La Ley puede servir como guía para ver cómo una mejora aumenta el rendimiento y cómo distribuir los recursos para mejorar la relación costo/rendimiento. El objetivo es emplear recursos de forma proporcional al tiempo que se requiere encada parte.
UNIDAD Nº2: Rendimiento, costo y clasificación de arquitecturas.

Rendimiento de CPU:

La mayoría de las computadoras se construyen utilizando una frecuencia constante. Estos eventos discretos del tiempo se denominan ciclos de reloj.
El tiempo de CPU puede expresarse de dos formas:

Tiempo de CPU = Ciclos de reloj de CPU . Duración de ciclo de reloj

o

Tiempo de CPU =Ciclos de reloj de CPU para un programa
Frecuencia del reloj

Además se puede contar el numero de instrucciones ejecutadas. Conociendo el número de ciclos de reloj y el recuento de instrucciones podemos calcular el número medio de ciclos de reloj por instrucción (CPI).

1.- CPI = Ciclos de reloj de CPU por programa
Recuento de instrucciones

Haciendo elreemplazo de 1.- en las fórmulas anteriores se obtiene:

Tiempo de CPU = Recuento de instrucciones . CPI . Duración del ciclo de reloj

o

Tiempo de CPU = Recuento de instrucciones . CPI
Frecuencia de reloj

Expandiendo la primera fórmula en unidades de medida se tiene:

Instrucciones . Ciclos de reloj . Segundos = Segundos = Tiempo de CPU...