[컴퓨터구조]시스템 성능측정 정리

5장 시스템 성능 측정

 

컴퓨터 시스템의 성능 측도

1) 작업 처리시간(response time)	- 원하는 작업을 수행하는 프로그램의 실행 시간  - CPU에 대해 정의된 기계 명령어의 평균 실행 시간
2) 처리율(throughput)	- 단위 시간(초)에 실행된 작업의 수 또는 명령어의 수

 

(Quiz)데이터 단위 K, M, G, T에 대하여 설명하라 : kilo(10^3), mega(10^6), giga(10^9), tera(10^12)

yotta Y	10^24	deci d	10^-1
zetta Z	10^21	milli c	10^-3
exa E	10^18	mircro m	10^-6
peta P	10^15	nano n	10^-9
tera T	10^12	pico p	10^-12
giga G	10^9	femto f	10^-15
mega M	10^6	atto a	10^-18
kilo K	10^3	zepto z	10^-21
hecto H	10^2	yocto y	10^-24
deca da	10^1

 

1. 작업 처리시간(cpu의 처리시간) : 실행 명령어수 * CPI * 클록주기

  - 실행 명령어수: 작업 처리를 위해 실행된 명령의 수

  - 명령어당 실행 클록수(CPI): 한 명령어 실행에 소요되는 평균 클록 사이클의 수

  - 클록주기: CPU 클록 신호의 주기시간 (1/클록 주파수)

  (* 동일한 프로그램에 대한 여러 컴퓨터의 작업 처리시간이 각기 다른 이유는 컴퓨터의 구조 및 운영 방식에 따라 위 3 요소들의 값이 각기 다르기 때문이다)

* CPU는 클록 주기 신호가 빠를수록 명령어를 빨리 수행: 100GHz CPU의 클록 주기(1/100G=10-^11  sec=0.01 nsec)

 

2. 처리율

 : 단위 시간당 작업의 수행 수 또는 명령어들 수

 MIPS(million instruction per secpnd): 초당 처리되는 기계 명령어들의 수(100만 단위)로 나타내는 처리율

 

3. speedup 법칙(시간 개선도)

 : 상대적 성능의 비교로서 동일 작업에 대한 실행 시간의 비를 나타냄

 

(Quiz1) 다음과 같은 특성을 가진 두 컴퓨터의 작업 처리 시간을 비교하라       컴퓨터 1 컴퓨터 2   클록 주파수   1 Mhz  2 Mhz  명령당 평균 실행 클록수  5  4  작업 처리를 위해 처리된 명령어 수  100만개  250만개   1) 작업처리시간: 실행 명령어수 * 명령어당 실행 클록 수 * 클록주기  2) 컴퓨터1 = 1,000,000 * 5 * 1/1,000,000 = 5      컴퓨터2 = 2,500,000 * 4 * 1/2,000,000 = 5  3) 컴퓨터1 = 5 / 컴퓨터2 = 5    (Quiz2) 실행 시간의 50%는 CPU에서 처리하고, 나머지 시간은 메모리 및 입출력을 위해 사용한다. CPU의 처리능력만 10배로 향상한다면, 시스템의 전체 성능은 얼마나 향상될까? 11/20  1) 처리율에 관한 문제이다  2) 개선부분의 비율(CPU 50%): 0.5      성능 향상 배수: 10  3) 1/((1-0.5)+(0.5/10))      ->1/(0.5+0.05)      ->1/0.55      ->1.818181

 

암달의 법칙(Amdahl's Law)

 : 컴퓨터 시스템의 일부를 개선할 때 전체적으로 얼마만큼의 최대 성능 향상이 있는지 계산

계산법:  speedup = 1/((1-개선부분비율)+개선부분비율/성능향상배수)
	P: 개선부분의 비율  S: 성능 향상 배수
	ex) 작업의 40%를 속도 2배로 향상하였을 경우

 

성능: 평균의 사용

 

성능 측도의 대표값: 다양한 환경에서 다양한 작업의 수행에 의해 측정, 평가 -> 평균 사용

 

평균의 유형:

 1. 단순 평균(중요) : 측정 값들의 동일한 가중치

 2. 가중치 평균 : 측정 값들의 상이한 가중치

 3. 산술 평균(중요) : 처리 시간의 평균

 4. 조화 평균 : 처리율의 평균

 5. 기하 평균 : 상대적 값들의 평균 

 

산술 평균(처리시간에 대한  )

(Quiz3)프로그램이 컴퓨터에서 수행되는 시간을 측정한 결과 90분, 86분, 93분이었다. 이 프로그램의 평균 실행 시간은?  -> 가중치가 동일하므로, 단순 산술 평균  -> 평균 실행 시간 = (90+86+93)/3=89분    (Quiz4)어떤 프로세서가 실행하는데 1 사이클의 정수 처리 명령어와 5사이클의 실수 처리 명령어를 가지고 있다. 전체 명령어의 75%는 정수 처리 명령이고 나머지 25%는 실수 처리 명령어인 경우, 하나의 명령어 실행에 필요한 평균 사이클 수(CPI)를 구하여라 (* CPI : 한 명령어 실행에 소요되는 평균 클록 사이클의 수)  -> 각 명령어의 전체 실행에 대한 기여도가 다르므로  -> 1사이클의 정수 처리 명령어(75%), 5사이클의 실수 처리 명령어(25%)  -> (1*0.75)+(5*0.25) = 2

 

조화 평균(처리율에 대한) 

[못품](Quiz5)명운이는 12Km 떨어져 있는 할머니 댁에 다녀왔다. 갈 때는 시속 4Km로, 돌아 올 때는 시속 6Km로 걸었다. 명운이의 평균 시속을 구하라  -> 가중치가 동일하므로, 단순 조화 평균    (Quiz6)어떤 프로그램의 50%는 100MIPS로 나머지 50%는 50MIPS로 수행되는 경우에, 이 프로그램의 평균 수행 MIPS를 구하라  -> 가중치가 동일하므로, 단순 조화 평균  -> 평균 MIPS = 2/(1/100+1/50)  -> 2/(0.01+0.02) = 2/0.03 = 66.66666666666667MIPS

 

기하 평균(상대적인 수행 시간에 대한)

자료값 D : (새로운 측정값) / (기존 측정값)의 비율   [못품](Quiz7)프로그램1과 프로그램2의 두 프로그램을 서로 다른 두 컴퓨터 A, B에서 수행한 시간은 다음과 같다.    A'와 B'는 A컴퓨터에서의 수행 시간을 1로 기준으로 하였을 때 두 컴퓨터에서의 상대적인 수행 시간의 비이고, A"와 B"는 B컴퓨터의 비로 변환한 결과이다. 두 컴퓨터의 상대적인 성능을 비교하라   -> 상대적인 비율의 성능평가는 항상 동일한 성능비를 나타내는 기하 평균을 사용