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

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Performances 1

Objectifs :

• Comment mesurer, décrire et résumer les performances et décrire les principaux facteurs qui déterminent les performances d’un ordinateur.

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Microprocesseur

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Vue symbolique

Métal : BleuOxyde : RougeSemi conducteur : Vert

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Fonctionnement du transistor

Source Drain

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Fonctionnement du transistor

Source Drain

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Fonctionnement du transistor

Source DrainV. Grille < V. Seuil

-- - --- -

-- - --- -

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Fonctionnement du transistor

Source Drain

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Fonctionnement du transistor

Source Drain

Transistor passant

V. Grille > V. Seuil

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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.

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Questions à résoudre

Machine A500 MHZ

Machine B350 MHZ

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Articles de Vendeurs

Voir page 9 de l’article

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L’informatique : une grande cuisine

L’informatique : une grande cuisine

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La famille intel

Pentium 4 à 1,7Ghz/ Pentium III à 1Ghz

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Compilateur A50000 instructions

Compilateur B2000 instructions

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But du cours : Éviter les pièges

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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 d’un système informatique en concevant au mieux la machine.

• Problèmes très difficiles.

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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

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Introduction : Difficulté de la définition de performances

• Que voulons nous dire lorsque nous disons qu’un avion à de meilleurs performances qu’un autre ?

Avion Capacité en passagers

Rayon d’action

Vitesse de croisière

Boeing 737

101 1014 960

Boeing 747

470 6677 980

BAC Concorde

132 6436 2100

Douglas DC

146 14000 875

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Définitions

• Temps de réponse : Durée (mesurée en seconde) entre le début et la fin d’une tâche

• Le débit de sortie : La quantité de travail effectuée en un temps donné.

Ti

debut

Fin

t1

titn

tkdurée

En augmentant le débit on peut augmenter le temps de réponse.

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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 d’une tâche

• L’ordinateur X est n fois plus rapide que l’ordinateur Y

Performances = 1Temps d'exécution

n = Performances X Temps d'exécution Y

Performances Y Temps d'exécution X=

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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

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Autres métriques pour les performances

• Les concepteurs d’ordinateurs considère une machine à travers une mesure liée à la vitesse d'exécution des fonctions de base par le matériel.

• Le cycle d’horloge détermine à quels moments les événements se produisent dans la machine.

cycle d’horloge = 1

Fréquence d’horloge

10 ns = (100 Mhz)-1

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Relier les métriques entre elles

Tps d'exécution UCpour un programme

Nb de cycle UCPour 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 d’horloge.

Nb de cycle UC pour un programme

Fréquence d’horloge=

UC = Unité centrale

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Rôle du contrôleur

Instructions

exécution

Contrôleur

nb cycles=4

nb cycles=5

nb cycles=5

Inst 1

Inst 2

Inst 3

14*tps cycle

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But du cours

T* T*

T+T+

tps de cycle

Il existe un compromis entre le nombre de cycles d’horloge pour un programme et la durée de chaque cycle.

Un nombre de techniques qui diminuent le nombre de cycles d’horloge augmentent parallèlement le temps de cycle d'horloge. C’est ce compromis qui est difficile à évaluer.

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Performances 26

Nombre de cycle UC

• le terme nombre de cycles d’horloge par instruction correspond au nombre moyen de cycles d’horloge qu’il faut à chaque instruction pour s'exécuter.

• Le CPI permet de comparer deux mises en oeuvre pour une même architecture de jeu d’instruction puisque le nombre d’instructions sera constant.

Nb de cycle UCpour le programme

Nb d’instructionsPour un programme

Nb de cycle d’Hpar instruction

= *

CPI : Nb de cycle d’Horloge par instructionNI : Nb d’instruction pour le programme

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Temps UC

Tps UC = NI * CPI * Tps de cycleTps UC = NI * CPI * Tps de cycle

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Performances 28

Temps UC

Changer de jeu d’instructions pour réduire le nombre d’instructions, 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 d’instructions n’est pas forcement le plus rapide

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Une métrique de performances très répandues : MIPS

• Le MIPS : Million d’instructions par seconde. Il constitue une alternative à l’emploi du temps.

MIPS = Nombre d’instructions

Tps d'exécution * 106

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Piéges

Le nombre de MIPS indique la fréquence d'exécution des instructions mais ne dépend pas du jeu d’instructions.

Ne pas comparer des machines disposant de jeu d’instructions différents puisque NI sera différent.

MIPS varie en fonction des programmes sur une même machine.

MIPS peut varier en sens inverse des performances

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Quels programmes pour évaluer les performances

• SPEC utilise des programmes réels• Si connected Pentium 4 'Northwood' 0.13 Micron - HardWare.fr

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Illusions et pièges

• Espérer que l'amélioration d’un seul aspect d’une machine pourra accroître les performances d’un montant proportionnel à la taille de l'amélioration

La Loi d’Amdahl :

Tps d'exécution après amélioration =

Tps d'exécution touché par l'améliorationFacteur amélioration

+ Tps d'exécution non touche.

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Conclusions

• Seul le produit est une mesure fiable

• Il faut comprendre comment les différents aspects de la conception d’une machine affectent chacun de ces paramètres.

• Les conceptions des machines seront toujours mesurées en termes de coût et de performances. Tout l’art de la conception informatique réside dans la découverte du meilleurs équilibre.

Tps UC = NI * CPI * Tps de cycleTps UC = NI * CPI * Tps de cycle

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Performances 35

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Objectifs : Étude du système dans son ensemble

Tps UC = tps d’exécution +tps d’accès aux données

Tps UC = tps d’exécution +tps d’accès aux données

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Système embarqué : Sony playstation 2

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Domaine en constante progression

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Évolution : Le coût de la fréquence

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Évolution : Le coût de la mémoire en baisse

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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 d’après 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.

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Caractéristiques de processeurs

5 processeurs utilisés dans des application très différentes.

• Elan d’AMD et PowerPC : commutateur de réseau ; portable haut de gamme

• NEC VR 5432-VR 5400 : imprimantes laser couleur

• NEC VR 4122 : PDA à faible consommation

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Performances 43

Les processeurs

processeur Jeu d’instruction

Mhz

Cache instruction/Donnée

s interne Cache secondaire

Organisation Inst/Cycle

mW Prix $*

AMD Elan SC520

*86 133 16K/16K 1 1600 38

AMD K6-2E+

*86 500 32K/32K128K 3 9600 78

IBM PowerPC

750CX

PowerPC 500 32K/32K128K 4 6000 94

NEC VR 5432

MIPS64 167 32K/32K 2 2088 25

NEC VR 4122

MIPS64 180 32K/16K 1 700 33

* Ne comprend pas les circuits d’interface et les circuits annexes

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Le benchmark EEMBC*.org

www.eembc.org - telecom benchmark scores.html

Benchmark type Nb de noyau Exemple

Automobile 16 Microbenchmark 5 filtres

Consommateur 5 Multimédia

réseau 3 Plus court chemin,

bureau 4 Graphique

télécom 6 Filtre DSP(autocorrection,

FFT, décoder)

*The Embedded Microprocessor Benchmark Consortium

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Les performances relatives/ Elan SC520

Moyenne géométrique des résultats individuels de chaque benchmark

Les différences de fréquence d’horloge expliquent entre 33% et 75% des différences de performance.

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Problèmes multicritères

Coût processeur

La grande gamme de prix atténue les différences de performance, rendant les processeurs les plus lents économiquement – intéressantsSi le prix incluait le support système : VR 5432 + int et NEC VR4122 le -

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Nouveaux défis

Le NEC VR 4122 est conçu pour les systèmes avec batterie au dépend des performances