[컴퓨터구조] #2 성능

• 컴퓨터에서 성능을 평가하는 방식

 

여러가지가 존재하지만 대부분의 성능 평가 기준은 시간과 관련이 있다.(실행시간이 얼마나 빠른지)

 

• 시간 측정 방법

• Clock Frequency

 

시스템 내의 Clock 신호가 발생하는 속도를 나타낸다.

아래는 단위를 정리한 표이다.

Giga	10⁹
Mega	10⁶
Kilo	10³
Milli	10⁻³
Micro	10⁻⁶
Nano	10⁻⁹

 

• Clock Cycle Time

 

Clock 신호가 0 -> 1 -> 0 또는 1 -> 0 -> 1로 변하는데 걸리는 시간

Rising edge = Positive edge / Falling edge = Negative edge

 

Clock Cycle Time은 Positive 또는 Negative edge 사이의 시간이라고 할 수 있다.

 

• Clock Rate

 

Clock Cycle Time의 역수

1초 동안 Clock 신호가 몇 번 바뀌는지 알 수 있다.

 

 그렇다면 Clock Cycle Time은 어떻게 정해질까?

 

모든 회로가 다 동작할 수 있을 만큼 Clock이 느려야만 정상적으로 동작한다.

그렇지 않으면 정보가 소실되어서 CPU로서의 역할이 불가능하다.

 

즉, Clock Cycle Time은 Storage element 자체의 영향 + 중간 회로의 복잡도의 영향을 동시에 받아서 결정된다!

 

• Critical Path Delay

 

= Logest Propagation Delay(가장 긴 전파시간)

 

• 실행 시간

 

Execution time(실행시간) = Clock cycles for program * Clock cycle time

                                         = Clock cycles for program / Clock rate

(Clock Cycle Time은 Clock Rate의 역수이기 때문) 

 

그러나 프로세서가 어떻게 설계되어 있느냐에 따라서 CPU Clock Cycle이 다를 수 있기 때문에 CPI가 자주 사용된다.

 

• CPI

 

Cycles Per Instruction (하나의 명령어를 실행하는 데 필요한 클럭 사이클 수)

IPC(Intruction Per Cycle) : CPI의 역수

 

따라서 다음과 같이 쓸 수 있다.

Execution time = Instructions * CPI * Clock Cycle Time

 

성능 향상을 위해서는 Clock Rate의 증가(= Clock Cycle Time 감소), 낮은 CPI 또는 명령어 수를 줄여서 달성할 수 있다. 

 

주의할 점이 있는데, 실제로 공식에 숫자를 대입해보면 CPI가 언제나 정확한 성능 지표가 되지 않는다는 사실을 알 수 있다!

시스템이 수정될때 어디에 영향을 미치는지 정리한 표

 

• 다른 측정 기준

 

MIPS : 프로세서가 1초 동안 실행할 수 있는 명령어의 수를 나타낸 지표

명령어 Set을 고려하지 않아서 지금은 거의 쓰이지 않는 지표이다.

 

MFLOPS : 1초 동안 시스템이 수행할 수 있는 부동소수점 연산의 수를 나타낸 지표

 

• 벤치마크

 

사용자는 종종 성능에 대한 지표를 원하기 때문에 다양한 워크로드의 특성을 포함하는 벤치마크를 사용한다.

 

Relevant : 타겟 시스템에서 실제로 수행될법한 워크로드

Understandable : 결과를 쉽게 이해할 수 있어야 함

Scalable : 시스템 또는 어플리케이션이 달라져도 사용할 수 있어야 함

Acceptance : 판매자와 사용자가 모두 인정해야 함

 

• Amdal's Law(암달의 법칙)

 

전체 성능을 제대로 평가하기 위해 얼마나 향상되었는지, 어느 부분에서 향상되었는지를 알아보는 방법

결국 성능에 가장 큰 영향을 미치는 부분을 향상시키기 위해 노력해야 한다!