Übung 2: Befehls- und Datentypen, Rechenleistung Technische Informatik II – Übung Sommersemester 2004 Gliederung 1. Befehle • Befehlsarten • grundlegender Befehlsaufbau 2. Grundlegende Datentypen und Benennung 3. Rechenleistung • Leistungsindikatoren • Rechenbeispiel 4. echte“ Benchmarks ” 5. Projekte: Bilden von Teams und deren Anmeldung 02-1 c 2004 M. Mergner, J. Richling, S. Sommer Technische Informatik II – Übung Befehle • Geh’ ins Bad“ ” • Wasch die Tassen und die Teller ab und räume sie anschließend in den Schrank“ ” • Geh’ Einkaufen, wenn noch Geld da ist.“ ” • Hole das Werkzeug aus dem Keller und repariere den Esszimmerstuhl“ ” → unterschiedliche Situationen erfordern unterschiedliche Befehlsarten 02-2 c 2004 M. Mergner, J. Richling, S. Sommer Technische Informatik II – Übung Befehlsarten Einteilung nach Funktion / Operanden • Arithmetische Befehle (Fließkomma, Integer) – mit einem Operanden: z.B. rotate left, negation, increment – mit zwei Operanden: z.B. add, mul, or, compare, load – mit drei und mehr Operanden: z.B. add, mul, load, rtlwm • Datenbewege Befehle, Quelle und Ziel sind vielfältig wählbar: Register, Speicher, Externer Bus: z.B. lda, store byte, load double word • Sprünge, Verzweigungen, mit/ohne Bedingung, relativ/direkt branch if zero, branch relative to REG, jump always 02-3 ... z.B. c 2004 M. Mergner, J. Richling, S. Sommer Technische Informatik II – Übung Aufbau eines Befehls Bits 12 -15 Befehl (Länge z.B. 16 Bit) Bits 6 - 11 6 Befehl als solcher wird festgelegt: Addiere! Springe! Bits 0 - 5 6 Opcode: - > Operanden: Hier werden meist nicht die Operanden selbst gespeichert sondern nur ihr Aufenthaltsort angegeben. Unterschiedliche Adressierungsarten erlauben es Operanden von verschiedenen Plätzen zu holen Beispiel der PDP-11: 0110 add 02-4 SSSSSS DDDDDD source destination c 2004 M. Mergner, J. Richling, S. Sommer Technische Informatik II – Übung Datentypen und deren Namen Länge 8 Bit 16 Bit 32 Bit Intel, M68k, 16-Bitter Byte Word Doubleword 64 Bit Quadword PowerPC, MIPS, Sparc Byte Halfword Word Gnu-C 32Bit byte, char short int, long, float Doubleword long long, double Gnu-C 64Bit byte, char short int, float long, double Aber Wort als Befehlswort, Länge eines Befehls 02-5 c 2004 M. Mergner, J. Richling, S. Sommer Technische Informatik II – Übung Rechenleistung: Leistungsindikatoren I Leistungsindikatoren: • Antwortzeit auf eine Eingabe • Ausführungszeit einer Task Antwortzeit kann gemessen werden, Vorhersage ist sehr schwierig, zudem schwankt die Antwortzeit je nach aktuellem Zustand des Systems erheblich. Ausführungszeit = CPU-Zeit: Ausf uehrungszeit = Bef ehlsanzahl · 02-6 ()T akte Zeit · Bef ehl T akt c 2004 M. Mergner, J. Richling, S. Sommer Technische Informatik II – Übung Rechenleistung: Leistungsindikatoren II Cycles per Instruktion CPI (dt: Takte pro (Maschinen–)Befehl) Die Dauer CP I(i) jedes einzelnen Befehls i sei bekannt. P CP I = (CP I(i) · Anzahl(i)) i Bef ehlsanzahl Millions of Instructions per Second: MIPS Bef ehlsanzahl T aktf requenz M IP S = = Ausf uehrungszeit · 106 CP I · 106 02-7 c 2004 M. Mergner, J. Richling, S. Sommer Technische Informatik II – Übung Rechenleistung: Beispiel I rel. Häufigkeit 20% 15% 30% 7% 13% 15% Beschreibung load from memory store to memory simple math complex math compare branch Dauer 3 Takte 3 Takte 1 Takt 22 Takte 2 Takte 4 Takte Berechnen Sie Ausführungszeit, MIPS, CPI mit und ohne Befehle der Sorte complex math. Der Prozessortakt beträgt 750MHz. akte Zeit Ausfuehrungszeit = Bef ehlsanzahl · ()T Bef ehl · T akt P CPI = 02-8 (CP I(i)·Anzahl(i)) i Bef ehlsanzahl ; MIPS = T aktf requenz CP I·106 c 2004 M. Mergner, J. Richling, S. Sommer Technische Informatik II – Übung Rechenleistung Beispiel II CP I : 0.35 · 3 + 0.30 + 0.07 · 22 + 0.13 · 2 + 0.15 · 4 = 3.75 CP I 750M Hz M IP S : = 200 M IP S 3.75 1 Abarbeitungszeit : · 3.75 = 5 ns 750M Hz CP I : 0.35 · 3 + 0.30 + 0.13 · 2 + 0.15 · 4 = 2.376 CP I 0.93 750M Hz M IP S : = 315.6 M IP S 3.75 1 · 2.376 = 3.179 ns Abarbeitungszeit : 750M Hz 02-9 c 2004 M. Mergner, J. Richling, S. Sommer Technische Informatik II – Übung Rechenleistung: Erkenntnisse • MIPS, CPI und Abarbeitungszeit können von Programm zu Programm erheblich schwanken. • die Messungen sollten mit Programmen gemacht werden, die den Nutzer interessieren • die Gewichtung der Teil – Programme sollte der Realität entsprechen • Rechenleistung hängt nicht nur vom Prozessor allein ab, sondern auch von anderen Faktoren wie Speicherzugriffszeit, I/O Durchsatz u.ä. 02-10 c 2004 M. Mergner, J. Richling, S. Sommer Technische Informatik II – Übung Benchmarks: ein Beispiel Spec CPU2000 • reine CPU– und RAM – Geschwindigkeit soll getestet werden • Referenzmaschine Sun Ultra5 10 mit 300 MHz und 256 MByte RAM erreicht in allen Disziplinen 100 Punkte • Teilung in 2 Unterbenchmarks: Spec FP2000 und Spec INT2000 mit 14 bzw. 12 Einzeltests • Punktzahl für einen Einzelwert ergibt sich aus Ref erenzzeit gemessene Lauf zeit • Gesamtwert ist das geometrische Mittel der Einzeltests i: rQ n · 100 val(i) i 02-11 c 2004 M. Mergner, J. Richling, S. Sommer Technische Informatik II – Übung Benchmarks: Aktuelle Ergebnisse • Spitzenreiter CINT: Intel Pentium 4EE @ 3.4GHz • Spitzenreiter CFP: Intel Itanium2 @ 1.5 GHz • Spitzenreiter Einzelwertung: Sun Ultrasparc III Cu @ 1.2 GHz 02-12 c 2004 M. Mergner, J. Richling, S. Sommer Technische Informatik II – Übung
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