컴퓨터구조에 따른 성능 향상 및 평가 - [컴퓨터 구조]

< 컴퓨터 성능 >

4. 집정회로 제조

4.1. 무어의 법칙

18개월 마다 집적도가 2배 증가. - 집적도 2배증가는 반도체 칩 안의 트랜지스터 개수 2배씩 증가한다는 뜻

• 속도 빨라짐(성능 향상)
• 전력소비 낮아짐
• 소형화 가능
• 불량율 낮아짐(신뢰도 상승)
• 지금까지 하드웨어 발전하면서 가격변동이 크게 없음

5. 임베디드 시스템

5.1 내장형 시스템

• 특정 기능을 수행하기 위해 설계된 컴퓨터
• 범용 컴퓨터와 달리 제품 내에서 사용되는 전자장치 및 소프트웨어
• 주변 환경과의 상호 작용을 위해 실시간 제약이 존재함

5.2 임베디드 시스템의 조직

과거에는 Micro Controller 이라고 부름 (Processor에 가까운 개념)

임베디드 시스템은 H/W + S/W 포함 되어 있는 기능

5.3 ARM(Advanced Risc Machine)

스마트폰에 많이 사용함

• 프로세서를 직접 제조하지 않고, 반도체를 설계까지만 진행하고 판다.

6. 컴퓨터의 성능 향상(중요)

• 집적률을 높이기
• 클럭률이 올라갈 수록 성능이 향상 (클럭이 높을 수록 속도 향상)
  • 최근에는 클럭률이 올라가지 않음 물리적인 한계에 접목 전기소모와, 스위칭 되는데 시간 한계

6.1 성늉 균형 문제

• 프로세서와 주기억 장치간의 병목 발생

6.2 프로세서의 속도 향상 방안 (중요)

• 프로세서의 하드웨어 속도 증가
  • 논리 게이트 크리를 줄이고, 게이트를 조밀하게 넣어 클럭의 속도를 높인다.
• 프로세서 - 주 기억장치 사이의 캐시크기와 속도 증가
• 명령어 실행 속도를 높일 수 있도록 프로세서 조직과 구조를 변경
  • ex) 파이프라이닝,수퍼스칼라 (병령성 처리 제공)

6.3 멀티코어

싱글코어도 명령어 에서 병렬성을 제공할 수 있긴함 그러나 멀티코어는 프로그램 자체를 분할해서 실행하는 병렬성을 제공

• 큰 용량의 캐시를 공유하는 여러 프로세서를 하나의 칩에 배치
• 멀티코어가 내부 구조가 트랜지스터의 개수는 비슷해도 내부 주조가 간단해서 코어들이 일을 처리 하는것이 빠르다.
• 코어의 개수 만큼 성능을 향상

7. 컴퓨터의 성능 평가

성능, 가격, 크기, 전력, 소비, 신뢰도 - 관점에 따라 성능을 평가하는 방향이 다 다르다.

7.1 관점에 따른 컴퓨터 성능 평가

• 사용자 관점 - 응답시간 컴퓨터가 일을 완료하기까지 걸리는 시간 중요
• 시스템 관점(서버의 관점) - 처리량 대역폭이 중요함
  • 대역폭 : 일정한 시간 동안 처리하는 작업의 양

7.2 성능의 정의

• 프로그램의 실행 시간

  • 벽시계 시간, 응답 시간 - 한 작업을 끝내는데 필요한 전체 시간(초를 보고 실행 하는데 얼마나 걸리는지 잰 시간)
  • CPU실행 시간(CPU 시간) - 프로세서가 순수샇게 프로그램을 실행하기 위한 소비한 시간
    성능은 실행시간 CPU실행시간의 역수 (1 / CPU실행시간)
    

• 성능의 정의

  • 성능 = 1 / CPU실행시간
  • CPU실행시간 = 명령어 수 X 명령어당 클록 사이클 수(CPI) X 사이클당 초(클록율)
    
    명령어 수 : 프로그램에 사용되는 명령어 갯수
    
    명령어당 클록 사이클 수 : 위의 명령어를 수행하기 위해 클럭이 몇개 필요한 가?, H/W에 따라 명령어 클록 사이클 수가 달라진다.
    

7.3 성능에 영향을 미치는 요소

• 클록 율 - 프로세스의 특징 GHZ를 정함
  • 수정 진동자를 통해 생성
• CPI(Cycles Per Instruction)
  
  하나의 명령어를 수행하기 위해 소요되는 클럭 사이클 수
  
  
  • CPIi : 명령어 유형 i를 위해 필요한 사이클 수
  • Ii : 주어진 프로그램에서 실행된 유형 i의 명령어들의 수
  • Ic : 주어진 프로그램에서 실행된 명령어들의 수
• 명령어 수
  • 하나의 프로그램을 수행하기위해 필요한 명령어 개수

명령어 유형 A B C
각 CPI 1 2 3
코드1 2 1 2 br> 코드2 4 1 1
어떤 코드가 더 많은 명령어 실행하는가??
어떤 코드가 더 빠른가??
각 코드의 CPI는? 얼마인가??

코드1의 명령어 갯수 = 2+1+2 = 5개

코드2의 명령어 갯수 = 4+1+1 = 6개

코드1 = (2X1) + (1X2) + (2X3) = 10 / 5 = 2.0

코드2 = (4X1) + (1X2) + (1X3) = 9 / 6 = 1.5

코드2가 하나 더 많은 명령어를 실행하고, 코드2가 빠르다, CPI : 2.0 1.5

7.4 프로세스의 성능을 나타내는 척도

• MIPS(Millions of Instructions per second)
  • 초당 백만 명령어 수
• MFLOPS
  • 부덩 소수점 성능

7.5 벤치마킹

• 기계 성능의 상대적 평가를 위해 선택되거나 설계된 프로그램 SEPC

참고

https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=xowns4817&logNo=221021396847&proxyReferer=https%3A%2F%2Fwww.google.com%2F