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• Daniel Cataño Restrepo

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EL RENDIMIENTO EN LOS COMPUTADORES

INTRODUCCIÓN En este capítulo se analiza el concepto y las unidades de medida del rendimiento de los computadores. Definimos en general rendimiento de un elemento como una medida de productividad o capacidad de trabajo de dicho elemento en función de unos parámetros o características. El rendimiento no es una medida única, sino una relación entre varias medidas, la valoración de varios parámetros, y depende del objetivo al que se oriente el trabajo.

EJEMPLO - RENDIMIENTO  Cuál de los siguientes automóviles tiene mejor rendimiento. Coche

Consumo

Velocidad

Plazas

Precio

A

4.5

145

4

13.400

B

7.1

185

7

15.300

 El rendimiento dependerá de la finalidad a la que se quiera destinar el vehículo y de unos parámetros, en este caso consumo, velocidad, etc.:  Si se utiliza para transportar 2 personas diariamente teniendo en cuenta el costo, el rendimiento mejor será el del vehículo A.  Si el vehículo es requerido para recorrer 100 km y transportar 6 personas, el rendimiento mejor será el del vehículo B.  Si prima el tiempo en un determinado recorrido la elección acertada es el B.

RENDIMIENTO EN LOS COMPUTADORES Se define rendimiento de un sistema como la capacidad que tiene dicho sistema para realizar un trabajo en un determinado tiempo. Es inversamente proporcional al tiempo, es decir, cuanto mayor sea el tiempo que necesite, menor será el rendimiento. Los computadores ejecutan las instrucciones que componen los programas, por lo tanto el rendimiento de un computador está relacionado con el tiempo que tarda en ejecutar los programas. De esto se deduce que el tiempo es la medida del rendimiento de un computador.

RENDIMIENTO DEL PROCESADOR  El rendimiento del procesador depende de los siguientes parámetros:  1. Frecuencia de la CPU (fCPU) : Número de ciclos por segundo al que trabaja el procesador o CPU. No confundir la frecuencia de la CPU con la frecuencia del sistema, el bus del sistema trabaja a menor frecuencia que la CPU.

f CPU

n ciclos  segundo

 2. Periodo de la CPU (TCPU) : es el tiempo que dura un ciclo y es la inversa de la frecuencia de la CPU.

TCPU =

1

f CPU

RENDIMIENTO DEL PROCESADOR  3. Ciclos por instrucción (CPI) : las instrucciones se descomponen en microinstrucciones, que son operaciones básicas que se ejecutan en un ciclo de reloj. En un programa se llama CPI al promedio de microinstrucciones que tienen las instrucciones del programa, es decir, los ciclos de reloj promedio que tarda en ejecutar una instrucción. n

CPI 

 N º Instruc i 1

i

 CPI i

N º InstrucTot

 4. Número de instrucciones del programa : cuantas más instrucciones haya en el programa más tiempo tarda en ejecutarlo, lo cual baja el rendimiento. El que tengamos un número reducido de instrucciones dependerá del programador y del compilador.

RENDIMIENTO DEL PROCESADOR  5. Multitarea : Capacidad que tiene un computador de atender simultáneamente varias tareas.  Como el rendimiento de un procesador para un programa concreto es un factor inversamente proporcional al tiempo que tarda en ejecutar dicho programa.

η p ro g 

1 Tp ro g

 El tiempo de programa depende a su vez del número de instrucciones del programa y del tiempo que se tarda en ejecutar cada instrucción.

TProg  Ninstruc. Tinstrucciones

RENDIMIENTO DEL PROCESADOR  El tiempo que tarda en ejecutarse cada instrucción depende del número de microinstrucciones o ciclos en los que se descompone. Cada microinstrucción tarda distintos ciclos de reloj en ejecutarse, por lo que se hace un promedio ponderado de ciclos de instrucción.

Tinstrucción  CPI * TCPU Tprog  N instrucciones * CPI * TCPU  prog 

1 Tprog



1 fCPU  s 1 N  instruc * CPI * TCPU N  instruc * CPI

RENDIMIENTO DEL PROCESADOR  En resumen, el rendimiento de un procesador para un determinado programa se determina en función de tres factores:  Frecuencia de la CPU la cual depende fundamentalmente de la tecnología de fabricación del procesador. Cuanto mayor sea la frecuencia de la CPU, mejor será el rendimiento.  Número de instrucciones del programa el cual depende del programador, del lenguaje de programación y del compilador. Cuanto mayor sea el número de instrucciones del programa peor rendimiento tendrá.

 CPI que depende de diseño interno o arquitectura del computador y del software o instrucciones que se hayan elegido. Es importante optimizar el programa con instrucciones que tengan pocos ciclos. Cuanto mayor sea el CPI, peor será el rendimiento.

EJEMPLO 1  Dadas las características de un programa calcular el tiempo que tarda en ejecutarse el programa y su rendimiento. Se sabe que la CPU trabaja a 1 GHz. El programa se compone de 19 instrucciones de tres tipos: A, B y C y cada tipo de instrucción tiene un número de microinstrucciones diferente según indica la tabla: Tipo de instrucción Instrucciones/Prog. CPI A B C

5 6 8

2 3 1

i

 Tiempo de programa: N  instruc. * CPI  CPI 

i

N  instruc. TOTAL





5 * 2  6 * 3  8 *1 19

T prog  N  instruc. * CPI * TCPU  19 *1.89 *

1  36ns 1000 *10 6

 Rendimiento:

 prog 

1 T prog



  1.89

1  27777777.78 s 1 36ns

EJEMPLO 2  Se dispone de un computador basado en un Pentium IV a 2 GHz. Se ejecuta un programa compuesto por 1000 instrucciones. Según los datos de la siguiente tabla, calcular el rendimiento: Tipo de instrucción

Lógico-Aritmética Salto incondicional Salto condicional Carga (Reg