info@panadisplay.com
Arhitektura računala Ciljevi dizajna

Arhitektura računala Ciljevi dizajna

Mar 11, 2019

Točan oblik računalnog sustava ovisi o ograničenjima i ciljevima. Računalne arhitekture obično kompenziraju standarde, snagu u odnosu na performanse, troškove, kapacitet memorije, kašnjenje (latencija je vrijeme koje je potrebno za informacije od jednog čvora do putovanja do izvora) i propusnost. Ponekad su i druga razmatranja, kao što su značajke, veličina, težina, pouzdanost i proširivost, također čimbenici.


Najčešća shema radi dubinsku analizu snage i utvrđuje kako je potrošnja energije niska, uz održavanje odgovarajućih performansi.


Izvođenje

Moderne performanse računala često se opisuju u IPC-u (upute po ciklusu). To mjeri učinkovitost arhitekture u bilo kojoj frekvenciji takta. Budući da brža brzina može stvoriti brže računalo, to je korisno mjerenje. Starija računala imala su IPC broj od samo 0,1 upute po ciklusu. Jednostavni moderni procesori lako dosežu blizu 1. Superskalarni procesori mogu doseći tri do pet IPC-a izvršavanjem nekoliko uputa po ciklusu.


Brojanje uputa za strojni jezik bilo bi pogrešno jer mogu raditi različite količine rada u različitim ISA-ovima. "Instrukcija" u standardnim mjerenjima nije broj stvarnih strojnih jezičnih uputa ISA-e, već mjerna jedinica, koja se obično temelji na brzini VAX arhitekture računala.


Mnogi ljudi koriste za mjerenje brzine računala po satu stopa (obično u MHz ili GHz). To se odnosi na cikluse u sekundi glavnog sata CPU-a. Međutim, ova metrika je donekle obmanjujuća, jer stroj s većom brzinom takta ne mora nužno imati veću učinkovitost. Kao rezultat toga, proizvođači su se odmaknuli od brzine takta kao mjerilo učinkovitosti.


Na brzinu utječu i drugi čimbenici, kao što je kombinacija funkcionalnih jedinica, brzina sabirnice, raspoloživa memorija te vrsta i redoslijed uputa u programima.


Postoje dvije glavne vrste brzine: latencija i propusnost. Latencija je vrijeme između početka procesa i njegovog završetka. Propusnost je količina obavljenog posla po jedinici vremena. Prekid kašnjenja je zajamčeno maksimalno vrijeme odziva sustava na elektronički događaj (kao kad disk završi pomicanje nekih podataka).


Na izvedbu utječe vrlo širok raspon dizajnerskih izbora - na primjer, cjevovod procesora obično pogoršava latenciju, ali poboljšava propusnost. Računala koja upravljaju strojevima obično trebaju niske latencije prekida. Ta računala rade u stvarnom vremenu i ne uspijevaju ako se operacija ne završi u određenom vremenskom razdoblju. Na primjer, kompjutorski upravljane anti-lock kočnice moraju početi kočiti unutar predvidljivog, kratkog vremena nakon što se osjeti papučica kočnice ili će doći do kvara kočnice.


Benchmarking uzima u obzir sve te čimbenike mjerenjem vremena koje računalo mora proći kroz niz testnih programa. Iako benchmarking pokazuje prednosti, ne bi trebalo biti način na koji odabirete računalo. Često se izmjereni strojevi dijele na različite mjere. Na primjer, jedan sustav može brzo obraditi znanstvene aplikacije, dok drugi sustav može učiniti video igre još glatkijim. Nadalje, dizajneri mogu ciljati i dodavati posebne značajke svojim proizvodima, putem hardvera ili softvera, koji omogućuju brzu provedbu određenog mjerila, ali ne nude slične prednosti općim zadacima.


Energetska učinkovitost

Glavni članak: elektronika male snage

Energetska učinkovitost je još jedno važno mjerenje u modernim računalima. Veća energetska učinkovitost često se može trgovati za manju brzinu ili višu cijenu. Tipično mjerenje kada se govori o potrošnji energije u arhitekturi računala je MIPS / W (milijuni uputa po sekundi po vatu).


Moderni sklopovi imaju manju potrebnu snagu po tranzistoru kako raste broj tranzistora po čipu. To je zato što svaki tranzistor koji se stavlja u novi čip zahtijeva vlastito napajanje i zahtijeva nove putove koji će biti izgrađeni za napajanje. Međutim, broj tranzistora po čipu počinje rasti sporije. Stoga, energetska učinkovitost počinje postati važna, ako ne i važnija od ugradnje sve više i više tranzistora u jedan čip. Nedavna dizajna procesora pokazala su ovaj naglasak jer se više usredotočuju na energetsku učinkovitost, nego na to da se što više tranzistora pretvori u jedan čip. [17] U svijetu ugrađenih računala, energetska učinkovitost je dugo bila važan cilj uz propusnost i latenciju.


Promjene u potražnji na tržištu

Povećanje učestalosti takta povećalo se sporije tijekom posljednjih nekoliko godina, u usporedbi s poboljšanjima smanjenja snage. To je potaknuto krajem Moorovog zakona i zahtjevom za duljim trajanjem baterije i smanjenjem veličine mobilne tehnologije. Ova promjena fokusa s većih taktnih frekvencija na potrošnju energije i minijaturizaciju može se pokazati značajnim smanjenjem potrošnje energije, čak do 50%, koje je Intel objavio u svom izdavanju mikroarhitekture Haswell; gdje su spustili mjerilo potrošnje energije s 30-40 W na 10-20 W. [18] Uspoređujući to s povećanjem brzine obrade od 3 GHz do 4 GHz (od 2002. do 2006.) može se vidjeti da se fokus u istraživanju i razvoju odmiče od frekvencije takta i kreće se prema potrošnji manje energije i zauzimanju manje prostora.