info@panadisplay.com
Arquitectura de l’ordinador. Objectius de disseny

Arquitectura de l’ordinador. Objectius de disseny

Mar 11, 2019

La forma exacta d’un sistema informàtic depèn de les restriccions i objectius. Les arquitectures d’ordinador solen desglossar estàndards, potència versus rendiment, cost, capacitat de memòria, latència (la latència és el temps que triga la informació d’un node per viatjar a l’origen) i el rendiment. De vegades, altres consideracions, com ara característiques, mida, pes, fiabilitat i capacitat d'expansió també són factors.


L'esquema més comú fa una anàlisi de la potència en profunditat i descobreix com mantenir el consum d'energia baix, tot mantenint un rendiment adequat.


Rendiment

El rendiment de l’ordinador modern es descriu sovint a l’IPC (instruccions per cicle). Això mesura l’eficiència de l’arquitectura en qualsevol freqüència de rellotge. Com que una velocitat més ràpida pot fer un ordinador més ràpid, es tracta d’una mesura útil. Els ordinadors més antics tenien un IPC tan baix com 0.1 instruccions per cicle. Els processadors moderns simples arriben fàcilment a prop de 1. Els processadors superescalars poden arribar a tres a cinc IPC executant diverses instruccions per cicle de rellotge.


El recompte d'instruccions d’idioma màquina seria enganyós, ja que poden fer diverses quantitats de treball en diferents ISA. La "instrucció" a les mesures estàndard no és un recompte de les instruccions reals del llenguatge de màquina de l'ISA, sinó una unitat de mesura, generalment basada en la velocitat de l'arquitectura de l'ordinador VAX.


Molta gent feia servir per mesurar la velocitat de l’ordinador mitjançant la velocitat de rellotge (normalment a MHz o GHz). Es refereix als cicles per segon del rellotge principal de la CPU. Tanmateix, aquesta mètrica és una mica errònia, ja que és possible que una màquina amb un ritme de rellotge superior no tingui necessàriament un rendiment superior. Com a resultat, els fabricants s'han allunyat de la velocitat del rellotge com a mesura del rendiment.


Altres factors influeixen en la velocitat, com ara la barreja d’unitats funcionals, velocitats d’autobús, memòria disponible i el tipus i l’ordre de les instruccions dels programes.


Hi ha dos tipus principals de velocitat: latència i rendiment. La latència és el temps entre l'inici d'un procés i la seva finalització. El rendiment és la quantitat de treball realitzat per unitat de temps. La latència d'interrupció és el temps de resposta màxim garantit del sistema a un esdeveniment electrònic (com quan la unitat de disc acaba de moure algunes dades).


El rendiment es veu afectat per un ampli ventall d’opcions de disseny: per exemple, la canalització d’un processador normalment fa que la latència sigui pitjor, però fa que el rendiment sigui millor. Els ordinadors que controlen la maquinària solen necessitar latències d'interrupció baixes. Aquests ordinadors funcionen en un entorn en temps real i fracassen si una operació no es completa en un període de temps determinat. Per exemple, els frens anti-bloqueig controlats per ordinador han de començar a frenar en un temps previsible i curt després de detectar el pedal de fre o si es produirà una fallada del fre.


El benchmarking té en compte tots aquests factors mesurant el temps que pren un ordinador per dur a terme una sèrie de programes de prova. Tot i que el benchmarking mostra punts forts, no hauria de ser com escollir un ordinador. Sovint, les màquines mesurades es dividien en diferents mesures. Per exemple, un sistema pot gestionar aplicacions científiques ràpidament, mentre que un altre pot representar els jocs de vídeo amb més facilitat. A més, els dissenyadors poden orientar i afegir funcions especials als seus productes, a través de maquinari o programari, que permetin executar ràpidament un punt de referència específic, però que no ofereixen avantatges similars a les tasques generals.


Eficiència energètica

Article detallat: Electrònica de baixa potència

L'eficiència energètica és una altra mesura important en les computadores modernes. Sovint es pot negociar una major eficiència energètica per obtenir una velocitat o un cost més baix. La mesura típica quan es fa referència al consum d’energia a l’arquitectura de l’ordinador és MIPS / W (milions d’instruccions per segon per watt).


Els circuits moderns requereixen menys energia per transistor, ja que creix el nombre de transistors per xip. Això és degut a que cada transistor que es posa en un nou xip requereix la seva pròpia font d’alimentació i requereix noves vies per ser construïdes per alimentar-lo. No obstant això, el nombre de transistors per xip està començant a augmentar a un ritme més lent. Per tant, l’eficiència energètica està començant a ser tan important, si no més important que ajustar cada vegada més transistors a un sol xip. Els dissenys de processadors recents han mostrat aquest èmfasi ja que posen un major enfocament a l’eficiència energètica en lloc d’enganxar tants transistors en un sol xip com sigui possible. Al món dels ordinadors incrustats, l’eficiència energètica ha estat un objectiu important al costat del rendiment i la latència.


Canvis en la demanda del mercat

Els augments de la freqüència de rellotge han crescut més lentament en els darrers anys, en comparació amb les millores de reducció d’energia. Això ha estat impulsat pel final de la Llei de Moore i la demanda de major durada de la bateria i la reducció de la mida de la tecnologia mòbil. Aquest canvi d'enfocament, des de majors taxes de rellotge fins al consum d'energia i la miniaturització, es pot demostrar per les importants reduccions en el consum d'energia, fins a un 50%, que Intel va informar en el llançament de la microarquitectura de Haswell; on van baixar el seu punt de referència de consum d'energia de 30 a 40 watts a 10-20 watts. [18] Comparant això amb l’augment de velocitat de processament de 3 GHz a 4 GHz (de 2002 a 2006), es pot veure que l’enfocament de la investigació i el desenvolupament s'estén de la freqüència de rellotge i es mou cap a consumir menys energia i ocupar menys espai.