Dom > Razstava > Vsebine

Računalniška arhitektura Cilji oblikovanja

Mar 11, 2019

Natančna oblika računalniškega sistema je odvisna od omejitev in ciljev. Računalniške arhitekture običajno kompenzirajo standarde, moč glede na zmogljivost, stroške, zmogljivost pomnilnika, latenco (latenca je čas, ki je potreben za informacije iz enega vozlišča, da potujejo do vira) in prepustnost. Včasih so tudi drugi dejavniki, kot so lastnosti, velikost, teža, zanesljivost in razširljivost.


Najpogostejša shema je poglobljena analiza moči in ugotavlja, kako ohranjati nizko porabo energije, hkrati pa ohranjati ustrezno zmogljivost.


Izvedba

Sodobna zmogljivost računalnika je pogosto opisana v IPC (navodila za vsak cikel). To meri učinkovitost arhitekture pri kateri koli urni frekvenci. Ker hitrejši računalnik omogoča hitrejši računalnik, je to koristna meritev. Starejši računalniki so imeli IPC, kar je 0,1 navodila na cikel. Preprosti sodobni procesorji zlahka dosežejo blizu 1. Superskalarni procesorji lahko dosežejo tri do pet IPC z izvajanjem več navodil na taktni cikel.


Štetje navodil za strojni jezik bi bilo zavajajoče, ker lahko opravljajo različne količine dela v različnih ISA. "Navodilo" v standardnih meritvah ni število dejanskih navodil strojnega jezika ISA, temveč merska enota, ki običajno temelji na hitrosti računalniške arhitekture VAX.


Veliko ljudi je uporabljalo merjenje hitrosti računalnika s hitrostjo ure (običajno v MHz ali GHz). To se nanaša na cikle na sekundo glavne ure CPU. Vendar pa je ta metrika nekoliko zavajajoča, saj stroj z višjo urno frekvenco morda ne bo imel večje učinkovitosti. Zaradi tega so se proizvajalci odmaknili od taktne hitrosti kot merilo učinkovitosti.


Drugi dejavniki vplivajo na hitrost, kot so kombinacija funkcionalnih enot, hitrost vodila, razpoložljivi pomnilnik ter vrsta in vrstni red navodil v programih.


Obstajata dve glavni vrsti hitrosti: latenca in prepustnost. Latency je čas med začetkom procesa in njegovim zaključkom. Pretočnost je količina opravljenega dela na enoto časa. Prekinitvena zakasnitev je zajamčeni maksimalni odzivni čas sistema na elektronski dogodek (npr. Ko disk zapre premik nekaterih podatkov).


Na zmogljivost vpliva široka paleta možnosti oblikovanja - na primer, izdelava procesorjev običajno poslabša latenco, vendar omogoča boljšo prepustnost. Računalniki, ki krmilijo stroje, običajno potrebujejo nizke prekinitvene latence. Ti računalniki delujejo v realnem času in ne uspejo, če se operacija ne izvede v določenem času. Na primer, računalniško vodene protiblokirne zavore morajo začeti zavoriti v predvidljivem kratkem času po zaznavanju zavornega pedala ali pa pride do okvare zavore.


Benchmarking upošteva vse te dejavnike z merjenjem časa, ki ga računalnik potrebuje za izvajanje niza testnih programov. Čeprav primerjalna analiza kaže prednosti, ne bi smelo biti, kako izberete računalnik. Pogosto se izmerjeni stroji razdelijo na različne ukrepe. Na primer, en sistem lahko hitro obravnava znanstvene aplikacije, drugi pa lahko video igre bolj gladko. Poleg tega lahko oblikovalci ciljno usmerijo svoje izdelke in jim dodajo posebne funkcije s strojno ali programsko opremo, ki omogočajo hitro izvajanje določenega referenčnega merila, vendar ne nudijo podobnih prednosti splošnim nalogam.


Energetska učinkovitost

Glavni članek: Elektronika z nizko porabo energije

Energetska učinkovitost je še ena pomembna meritev v sodobnih računalnikih. Z večjo energetsko učinkovitostjo se pogosto lahko trguje za nižjo hitrost ali višjo ceno. Tipična meritev pri porabi energije v računalniški arhitekturi je MIPS / W (milijoni navodil na sekundo na vat).


Sodobna vezja imajo manjšo porabo energije na tranzistor, saj število tranzistorjev na čip raste. To je zato, ker vsak tranzistor, ki je vstavljen v nov čip, potrebuje lastno napajanje in zahteva nove poti, ki jih je treba zgraditi, da ga napajajo. Vendar pa se število tranzistorjev na čip narašča počasneje. Zato je učinkovitost porabe energije postala tako pomembna, če ne celo pomembnejša kot vgradnja več in več tranzistorjev v en sam čip. Nedavni modeli procesorjev so pokazali ta poudarek, saj se bolj osredotočajo na energetsko učinkovitost, kot pa na nalaganje čim več tranzistorjev v en sam čip. [17] V svetu vgrajenih računalnikov je energetska učinkovitost že dolgo pomemben cilj poleg pretočnosti in latence.


Premiki povpraševanja na trgu

V zadnjih nekaj letih se je povečanje števila ur v primerjavi z izboljšavami zmanjšalo. To je bilo posledica konca Moorejevega zakona in zahteve po daljšem trajanju baterije in zmanjšanju velikosti mobilne tehnologije. To spremembo osredotočanja z višjih ur na porabo energije in miniaturizacijo je mogoče dokazati z znatnim zmanjšanjem porabe energije, kar za 50%, o čemer je Intel poročal pri izdaji mikroarhitekture Haswell; kjer so znižali merilo porabe energije z 30-40 vatov na 10-20 vatov. [18] Če to primerjamo s povečanjem hitrosti obdelave s 3 GHz na 4 GHz (2002 do 2006), lahko vidimo, da se osredotočenost na raziskave in razvoj preusmerja z uro frekvence in se premika k porabi manj energije in zavzemanju manj prostora.