Οι περισσότεροι υπολογιστές έχουν κατασκευαστεί ώστε να χρησιμοποιούν ένα ρολόϊ που λειτουργεί με σταθερό ρυθμό. Τα γεγονότα που συμβαίνουν σε διακριτό χρόνο καλούνται χτύποι ρολογιού, περίοδοι ρολογιού, κύκλοι ρολογιού, ρολόγια ή χτύποι.
Οι σχεδιαστές υπολογιστών αναφέρονται στον χρόνο μίας περιόδου ρολογιού είτε με την διάρκειά της π.χ. 2 ns είτε με την συχνότητά του π.χ. 500 MHz.
Ο χρόνος της ΚΜΕ ενός προγράμματος μπορεί να εκφραστεί με δύο τρόπους:
|
|
Εκτός από τον αριθμό των κύκλων ρολογιού που απαιτούνται για την εκτέλεση ενός προγράμματος μπορούμε να υπολογίσουμε το πλήθος των εντολών που εκτελούνται (IC) ή το μήκος μονοπατιού εντολών. Εάν γνωρίζουμε το πλήθος των κύκλων ρολογιού και τον αριθμό των εντολών (instruction count) μπορούμε να υπολογίσουμε το μέσο πλήθος των κύκλων ρολογιού ανά εντολή (CPI):
|
Αντικαθιστώντας το πλήθος εντολών που εκτελούνται από την παραπάνω σχέση στον τύπο 17 προκύπτει:
|
|
Επεκτείνοντας την πρώτη από τις δύο παραπάνω σχέσεις στις μονάδες μέτρησης προκύπτει:
Όπως δείχνει ο τύπος (1.20), η απόδοση της ΚΜΕ εξαρτάται από 3 χαρακτηριστικά από:
- τον κύκλο ή συχνότητα ρολογιoύ
- τον αριθμό κύκλων ανά εντολή
- το πλήθος εντολών
Επιπλέον ο χρόνος ΚΜΕ εξαρτάται εξίσου και από τα 3 αυτά χαρακτηριστικά: Μία 10% βελτίωση σε κάποιο από αυτά οδηγεί σε 10% βελτίωση του ΚΜΕ χρόνου.
Δυστυχώς είναι δύσκολο να αλλάξουμε μία από τις παραμέτρους αυτές χωρίς να επηρεαστούν και οι άλλες γιατί οι βασικές τεχνολογίες που σχετίζονται με την αλλαγή κάθε χαρακτηριστικού αλληλοεξαρτώνται.
- Διάρκεια κύκλου ρολογιού - εξαρτάται από την τεχνολογία του υλικού και την οργάνωση
- Κύκλοι ρολογιού ανά εντολή (CPI) - εξαρτάται από την οργάνωση και το σύνολο εντολών της αρχιτεκτονικής
- Πλήθος εντολών (IC) - εξαρτάται από το σύνολο εντολών της αρχιτεκτονικής και από την τεχνολογία του μεταγλωττιστή.
Ευτυχώς πολλές τεχνικές βελτίωσης απόδοσης αρχικά βελτιώνουν ένα συστατικό της απόδοσης της ΚΜΕ με μικρή ή προβλέψιμη επιρροή στα άλλα δύο. Μερικές φορές είναι χρήσιμο καθώς σχεδιάζουμε την ΚΜΕ να υπολογίζουμε τον ολικό αριθμό κύκλων ρολογιού της ΚΜΕ.
|
'Οπου |
|
'Ετσι μπορούμε να εκφράσουμε τον χρόνο της ΚΜΕ ως εξής:
|
Τέλος το ολικό CPI (κύκλοι ρολογιού ανά εντολή) είναι:
|
'Οπου |
|
Παρακάτω θεωρούμε την τροποποίηση του προηγούμενου παραδείγματος (για το νόμο του Amdahl) για να χρησιμοποιήσουμε τις μετρήσεις της συχνότητας των εντολών και τις τιμές των κύκλων ρολογιού της κάθε εντολής το οποίο είναι πιο εύκολο να βρούμε.
ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 2
Στην πράξη, αθροίζουμε το γινόμενο του πλήθους των εντολών που εκτελούνται με τους κύκλους ρολογιού ανά εντολή για καθεμία από τις εντολές του συνόλου.
ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 3
|
|
|