8. El Computador Esta foto es falsa pero refleja las ideas de la época. Supuesta predicción hecha en 1954 sobre el aspecto de un computador personal en 2004 El Pasado
9. El Computador “ Where a calculator on the ENIAC is equipped with 18,000 vaccuum tubes and weighs 30 tons, computers in the future may have only 1,000 vaccuum tubes and perhaps weigh 1.5 tons.” Popular Mechanics, March 1949 “ Mientras que el ENIAC está equipado con 18.000 válvulas de vacío y pesa 30 toneladas, los computadores del futuro pueden tener sólo 1.000 válvulas de vacío y quizás pesen 1.5 toneladas” El Pasado
10. El Computador Es evidente que la previsión no fue muy acertada… ¿Por qué se alejaron tanto de la realidad? Principalmente por la revolución tecnológica que supusieron el transistor y la integración de circuitos a gran escala. El Pasado
11. El Computador ENIAC en un chip 1997 El Pasado Tecnología de 500 nm 7,44 mm 5,29 mm
12. El Computador El Pasado El grado de integración ha ido en aumento: ENIAC en un chip 1997 Tecnología de 500 nm Intel Core i7 2008 Tecnología de 45 nm Tecnología de 8 µ m = 8000 nm Intel 4004 1971
13. Cabello humano 100 µm Pero . . . ¿de qué tamaños estamos hablando? El Computador El Pasado Tecnología de 8 µm (1971)
14. El Computador El Pasado Bacteria Escherichia Coli 1 µm x 3 µm Pero . . . ¿de qué tamaños estamos hablando? Tecnología de 500 nm (1997) Tecnología de 8 µm (1971) . . . y sigue aumentando el grado de integración. Virus HIV 100 nm Tecnología de 45 nm (2008)
25. El Computador Núcleos Caché L3 común Intel Core i7 2008 El Presente Unidades de Ejecución Caché L1 de datos Caché L2 Planificador de ejecución fuera de orden Decodificación Caché L1 de instrucciones Predicción de salto
35. El Computador Niveles de máquina Lenguaje ensamblador Sistema operativo Máquina convencional Lenguajes de alto nivel Es lo que define la “arquitectura” Estructura Básica
36. El Computador Soporte de los niveles Interpretación Programa fuente Nivel 2 Intérprete Nivel 1 Estructura Básica
37. El Computador Soporte de los niveles Traducción Programa fuente Nivel 2 Traductor Nivel 1 Programa objeto Estructura Básica
38. El Computador Soporte de los niveles Traducción Estructura Básica Programa fuente Nivel 2 Traductor Nivel 1 Programa objeto Traductor Ensamblador: 1 instrucción fuente 1 instrucción objeto Compilador: 1 instrucción fuente varias instrucciones objeto
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43. El Computador Taxonomía de Flynn Estructura Básica SISD Flujo de instrucciones Simple Múltiple SIMD MISD MIMD Flujo de datos Múltiple Simple
45. El Computador Chipset típico CPU Puente Norte (MCH) Puente Sur (ICH) Tarjeta Gráfica Memoria Principal Ratón Teclado Disco USB FSB Estructura Básica
47. Placa base de Intel Core i7 X58 ICH10 CPU El Computador Estructura Básica
48. Placa base de Intel Core i7 El Computador CPU ICH10 X58 Estructura Básica
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50. El Computador : move r1,r2 add r3,r4 move r1,r5 : Programa Tiempo de ejecución Rendimiento Rendimiento = 1 Tiempo de ejecución
51. El Computador Si Tiempo de ejecución de A < Tiempo de ejecución de B diremos que A es n veces más rápido que B, siendo… Rendimiento : move r1,r2 add r3,r4 move r1,r5 : Programa A : xor r4,r1 move r4,r5 sub r1,r2 : Programa B n = Tiempo de ejecución de B Tiempo de ejecución de A Rendimiento de A Rendimiento de B =
52. Ecuación de rendimiento del procesador El Computador C iclos P or I nstrucción I : Instrucciones ejecutadas T : Periodo del reloj F : Frecuencia del reloj Rendimiento CPI = Ciclos de reloj para el programa Número de instrucciones ejecutadas : move r1,r2 add r3,r4 move r1,r5 : Programa T ej. = I x CPI x T = I x CPI F
53. Permite calcular la ganancia en el rendimiento que obtendríamos al mejorar una parte del computador. Establece que la ganancia está limitada por la fracción de tiempo en la que puede ser utilizada la mejora. Seguidamente vamos a definir algunos conceptos a partir de los cuales definiremos la ley. El Computador Ley de Amdhal Rendimiento
54. El Computador Nos indica el aumento de rendimiento o mejora del tiempo de ejecución tras haber introducido la mejora. Aceleración (speedup) Rendimiento S = Rendimiento con la mejora Rendimiento sin la mejora S = Tiempo de ejecución sin la mejora Tiempo de ejecución con la mejora
55. El Computador Indica cuantas veces es más rápida la parte mejorada respecto a la versión sin la mejora. Indica la parte del tiempo total de ejecución que puede ser reducida mediante la mejora. Fracción mejorable Mejora Rendimiento F = Tiempo que se puede mejorar Tiempo total M = Tiempo sin mejora Tiempo con mejora
56. El Computador El nuevo tiempo de ejecución se puede calcular como: Con lo que la aceleración tras la mejora será: Rendimiento (1 - F) + S = T Antiguo T Nuevo = F M 1 T nuevo = 1 M T Antiguo x (1 - F) + F
68. El Computador El resto son indicaciones sobre las opciones de compilación usadas, flag de optimización, etc … Rendimiento
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70. Disipación de Potencia El Computador La disipación de calor es uno de los grandes problemas en el diseño de los procesadores y de los circuitos integrados en general. El calor es generado por la potencia disipada y ésta ha ido en aumento con el paso de los años: 0,45 W 160 W
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72. El Computador El aumento de la superficie de disipación se obtiene acoplando estructuras de materiales que conduzcan fácilmente el calor y una gran superficie. Disipación de Potencia
73. El Computador La rápida renovación del aire se logra acoplando ventiladores a las estructuras de disipación. Disipación de Potencia
74. El Computador En casos extremos se utilizan métodos más sofisticados: Disipación de Potencia Refrigeración por agua Célula Peltier Hielo seco
75. El Computador Disipación de Potencia Potencia total disipada Potencia dinámica + Potencia de cortocircuito Potencia estática +
76. El Computador Se produce por la conmutación de los transistores. P d = A x C x V 2 x F A : Coeficiente de actividad C : Capacidad V : Voltaje de funcionamiento F : Frecuencia de conmutación Disipación de Potencia Potencia dinámica
77. El Computador Es debida a la corriente que fluye durante un tiempo t entre la alimentación y la tierra cuando las puertas conmutan. P c = A x t x V x I c A : Coeficiente de actividad t : Tiempo V : Voltaje de funcionamiento I c : Corriente de cortocircuito Disipación de Potencia Potencia de cortocircuito
78. El Computador Es provocada por la corriente de pérdida que fluye por el transistor aunque éste no funcione. P e = V x I e V : Voltaje de funcionamiento I e : Corriente estática de fuga Disipación de Potencia Potencia estática Aunque es muy pequeña, adquiere la suficiente importancia cuando el número de transistores es elevado.