Performances 1 Objectifs : Comment mesurer, décrire et résumer les performances et décrire les principaux facteurs qui déterminent les performances dun.

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1 Performances 1 Objectifs : Comment mesurer, décrire et résumer les performances et décrire les principaux facteurs qui déterminent les performances dun ordinateur.

2 Performances 2 Microprocesseur

3 Performances 3 Vue symbolique Métal : Bleu Oxyde : Rouge Semi conducteur : Vert

4 Performances 4 Fonctionnement du transistor Source Drain

5 Performances 5 Fonctionnement du transistor Source Drain

6 Performances 6 Fonctionnement du transistor Source Drain V. Grille < V. Seuil --- - -- - --- - -- -

7 Performances 7 Fonctionnement du transistor Source Drain

8 Performances 8 Fonctionnement du transistor Source Drain Transistor passant V. Grille > V. Seuil

9 Performances 9 remarques J. Bardeen, W. Shockley, W. Brattain –Reçoivent en 1947, 10 $ pour la découverte du T bipolaire. –En 1956 le prix Nobel. W. Shockley –rédige la théorie en 1951.

10 Performances 10 Questions à résoudre Machine A 500 MHZ Machine B 350 MHZ

11 Performances 11 Articles de Vendeurs Voir page 9 de larticlelarticle

12 Performances 12 Linformatique : une grande cuisine

13 Performances 13 La famille intel Pentium 4 à 1,7Ghz/ Pentium III à 1Ghz

14 Performances 14 Compilateur A 50000 instructions Compilateur B 2000 instructions

15 Performances 15 But du cours : Éviter les pièges

16 Performances 16 Le rôle des performances En comprenant comment : –Le programme utilise les instructions –les instructions sont mises en oeuvre –Les systèmes de gestions de la mémoire se comportent On est capable d'améliorer les performances dun système informatique en concevant au mieux la machine. Problèmes très difficiles.

17 Performances 17 PLAN Introduction Définitions La mesure des performances Relier les métriques entre elles Quelques métriques très répandues Quels programmes pour évaluer les performances Illusions et pièges Pour conclure

18 Performances 18 Introduction : Difficulté de la définition de performances Que voulons nous dire lorsque nous disons quun avion à de meilleurs performances quun autre ?

19 Performances 19 Définitions Temps de réponse : Durée (mesurée en seconde) entre le début et la fin dune tâche Le débit de sortie : La quantité de travail effectuée en un temps donné. Ti debut Fin t1 ti tn tk durée En augmentant le débit on peut augmenter le temps de réponse.

20 Performances 20 Définitions Dans notre cours, nous nous intéresserons au temps de réponse. Pour maximiser les performances, il nous faut minimiser le temps de réponse ou temps d'exécution dune tâche Lordinateur X est n fois plus rapide que lordinateur Y Performances = 1 Temps d'exécution n = Performances XTemps d'exécution Y Performances YTemps d'exécution X =

21 Performances 21 Mesure des performances La décomposition du temps écoulé dans UNIX (time) 90.7 u 12.9 s 2:39 65% 90.7 u Temps UC utilisateur : temps pour exécuter le programme 12.9 s Temps UC passe par le système d'exploitation à effectuer les tâches requises par ce programme 2:39 Temps écoulé 65% Pourcentage de temps UC dans le temps écoulé

22 Performances 22 Autres métriques pour les performances Les concepteurs dordinateurs considère une machine à travers une mesure liée à la vitesse d'exécution des fonctions de base par le matériel. Le cycle dhorloge détermine à quels moments les événements se produisent dans la machine. cycle dhorloge = 1 Fréquence dhorloge 10 ns = (100 Mhz) -1

23 Performances 23 Relier les métriques entre elles Tps d'exécution UC pour un programme Nb de cycle UC Pour un programme * Tps de cycle = Le concepteur de matériel à un rôle à jouer dans l'amélioration des performances en réduisant la durée de cycle dhorloge. Nb de cycle UC pour un programme Fréquence dhorloge = UC = Unité centrale

24 Performances 24 Rôle du contrôleur Instructions exécution Contrôleur nb cycles=4 nb cycles=5 Inst 1 Inst 2 Inst 3 14*tps cycle

25 Performances 25 But du cours T* T+ tps de cycle Il existe un compromis entre le nombre de cycles dhorloge pour un programme et la durée de chaque cycle. Un nombre de techniques qui diminuent le nombre de cycles dhorloge augmentent parallèlement le temps de cycle d'horloge. Cest ce compromis qui est difficile à évaluer.

26 Performances 26 Nombre de cycle UC le terme nombre de cycles dhorloge par instruction correspond au nombre moyen de cycles dhorloge quil faut à chaque instruction pour s'exécuter. Le CPI permet de comparer deux mises en oeuvre pour une même architecture de jeu dinstruction puisque le nombre dinstructions sera constant. Nb de cycle UC pour le programme Nb dinstructions Pour un programme Nb de cycle dH par instruction = * CPI : Nb de cycle dHorloge par instruction NI: Nb dinstruction pour le programme

27 Performances 27 Temps UC Tps UC = NI * CPI * Tps de cycle

28 Performances 28 Temps UC Changer de jeu dinstructions pour réduire le nombre dinstructions, dans le but de réduire le temps, peut augmenter le temps de cycle. Le CPI dépendant de la répartition des instructions, le code qui exécute le moins dinstructions nest pas forcement le plus rapide

29 Performances 29 Une métrique de performances très répandues : MIPS Le MIPS : Million dinstructions par seconde. Il constitue une alternative à lemploi du temps. MIPS = Nombre dinstructions Tps d'exécution * 10 6

30 Performances 30 Piéges Le nombre de MIPS indique la fréquence d'exécution des instructions mais ne dépend pas du jeu dinstructions. Ne pas comparer des machines disposant de jeu dinstructions différents puisque NI sera différent. MIPS varie en fonction des programmes sur une même machine. MIPS peut varier en sens inverse des performances

31 Performances 31 Quels programmes pour évaluer les performances SPEC utilise des programmes réels Si connected Pentium 4 'Northwood' 0.13 Micron - HardWare.frPentium 4 'Northwood' 0.13 Micron - HardWare.fr

32 Performances 32 Illusions et pièges Espérer que l'amélioration dun seul aspect dune machine pourra accroître les performances dun montant proportionnel à la taille de l'amélioration La Loi dAmdahl : Tps d'exécution après amélioration = Tps d'exécution touché par l'amélioration Facteur amélioration + Tps d'exécution non touche.

33 Performances 33 Conclusions Seul le produit est une mesure fiable Il faut comprendre comment les différents aspects de la conception dune machine affectent chacun de ces paramètres. Les conceptions des machines seront toujours mesurées en termes de coût et de performances. Tout lart de la conception informatique réside dans la découverte du meilleurs équilibre. Tps UC = NI * CPI * Tps de cycle

34 Performances 34

35 Performances 35

36 Performances 36 Objectifs : Étude du système dans son ensemble Tps UC = tps dexécution + tps daccès aux données Tps UC = tps dexécution + tps daccès aux données

37 Performances 37 Système embarqué : Sony playstation 2

38 Performances 38 Domaine en constante progression

39 Performances 39 Évolution : Le coût de la fréquence

40 Performances 40 Évolution : Le coût de la mémoire en baisse

41 Performances 41 Les nouveaux défis Coût/performance Coût/consommation Coût/performance/consommation Le coût et la consommation sont souvent les facteurs les plus importants pour une application enfouis. Bien que on puisse évaluer le coût daprès le prix du processeur, le contrôleur mémoire et le contrôle des E/S soient ou non intégrés dans le circuit influe sur les deux facteurs.

42 Performances 42 Caractéristiques de processeurs 5 processeurs utilisés dans des application très différentes. Elan dAMD et PowerPC : commutateur de réseau ; portable haut de gamme NEC VR 5432-VR 5400 : imprimantes laser couleur NEC VR 4122 : PDA à faible consommationNEC VR 4122

43 Performances 43 Les processeurs processeurJeu dinstruction Mhz Cache instruction/Donnée s interne Cache secondaire Organisation Inst/Cycle mWPrix $* AMD Elan SC520 *8613316K/16K1160038 AMD K6- 2E+ *8650032K/32K128K3960078 IBM PowerPC 750CX PowerPC50032K/32K128K4600094 NEC VR 5432 MIPS6416732K/32K2208825 NEC VR 4122 MIPS6418032K/16K170033 * Ne comprend pas les circuits dinterface et les circuits annexes

44 Performances 44 Le benchmark EEMBC*.org www.eembc.org - telecom benchmark scores.htmlembc.org - telecom benchmark scores.html Benchmark typeNb de noyauExemple Automobile16Microbenchmark 5 filtres Consommateur5Multimédia réseau3Plus court chemin, bureau4Graphique télécom6Filtre DSP(autocorrection, FFT, décoder) *The Embedded Microprocessor Benchmark Consortium

45 Performances 45 Les performances relatives/ Elan SC520 Moyenne géométrique des résultats individuels de chaque benchmark Les différences de fréquence dhorloge expliquent entre 33% et 75% des différences de performance.

46 Performances 46 Problèmes multicritères Coût processeur La grande gamme de prix atténue les différences de performance, rendant les processeurs les plus lents économiquement – intéressants Si le prix incluait le support système : VR 5432 + int et NEC VR4122 le -

47 Performances 47 Nouveaux défis Le NEC VR 4122 est conçu pour les systèmes avec batterie au dépend des performances