[컴퓨터구조] 1-(2) CPU의 성능분석

💡 성능의 정의

 

두 데스크톱 컴퓨터에서 같은 프로그램을 실행시키는 경우, 먼저 끝나는 족이 더 빠른 컴퓨터라고 할 수 있음

그러나 여러 대의 서버를 가지고 여러 사용자의 작업을 처리하는 데이터센터를 운영할 때에는 하루 동안 더 많은 작업을 처리하는 컴퓨터가 더 빠른 컴퓨터임

 

 - 컴퓨터 사용자 개인의 입장에서는 응답 시간(response time)-작업 개시에서 종료까지의 시간-즉 실행시간(execution time)이 중요함

 - 데이터센터 관리자에게는 처리량(throughput) 혹은 대역폭(bandwide)-일정한 시간 동안 처리하는 작업의 양-이 더 중요함

 

👉 응답 시간이 더 중요한 개인 휴대용 기기와 처리량이 더 중요한 서버의 성능을 평가할 때는 다른 성능 척도를 사용

 

 

💡 처리량과 응답 시간

 

 - 응답 시간(실행시간) : 컴퓨터가 task를 완료하기까지의 총 소요시간으로 디스크 접근, 메모리 접근, 입출력 작업, 운영체제 오버헤드 및 CPU 시간을 모두 포함

 - 처리량(대역폭) : 단위 시간당 완료하는 태스크의 수를 나타내는 또 다른 성능 척도

 

🤷‍♀️ 응답 시간과 처리량은 어떻게 영향을 받는가?

 - 프로세서를 더 빠른 버전으로 교체 : 응답 시간을 단축시키면 대부분 처리량은 좋아짐. 응답 시간, 처리량 모두 개선

 - 프로세서를 추가 : 특정 task의 실행시간이 단축되는 것은 아니므로 처리량만 개선

    but 처리에 대한 요구가 처리량보다 커지면

           일부는 큐에 넣어 기다림 -> 처리량이 클수록 큐에서 기다리는 시간이 짧아짐 -> 응답 시간이 개선됨

 

 

💡 CPU performance에 관한 정의

컴퓨터 x의 성능과 실행시간의 관계

컴퓨터 성능의 정량적 표현 : 상대 성능

 : 두 컴퓨터 A와 B에 대해 A의 성능이 B의 성능보다 좋다면

   즉, A가 B보다 빠르다면 B에서의 실행시간이 A에서의 실행시간보다 길다. 

 

 A가 B보다 n배 빠르다면 B에서의 실행시간이 n배 길다.

혼동을 피하기 위해 컴퓨터 성능을 정량적으로 비교할 때는 "~보다 빠르다"라는 용어만 사용함
성능과 실행시간은 역관계이므로, 성능을 증가시키면 실행시간은 감소한다. 
증가와 감소 사이에서 야기될지 모르는 혼동을 피하기 위해 "성능이 증가한다", "실행시간이 감소한다" 대신 "성능이 개선된다", "실행시간이 개선된다"라고 표현

컴퓨터 설계는 하드웨어가 기본 함수를 얼마나 빨리 처리할 수 있는지와 관련된 성능 척도를 필요로 함

 

 - 클럭 사이클(clock cycle)(또는 틱, 클럭 틱, 클럭 주기, 클럭, 사이클) : 일정한 속도를 가지고 동작하는 프로세서의 클럭 한 주기 동안의 시간. 거의 모든 컴퓨터는 하드웨어 이벤트가 발생하는 시점을 결정하는 클럭을 이용하여 만들어짐

 - 클럭 주기(clock period) : 각 클럭 사이클의 길이. 한 클럭 사이클에 걸리는 시간(ex. 250 picoseconds(ps))이나 클럭 속도(ex. 4 gigahertz(GHz))로 표시. 

 - 클럭 속도는 클럭 주기의 역수

 

👩‍🏫 참고! 10의 배수를 생략하기 위해 사용하는 SI접두어

Decimal term	Abbreviation	Value	Binary term	Abbreviation	Value	% Larger
kilobyte	KB	10³	kibibyte	KiB	2¹⁰	2%
megabyte	MB	10⁶	mebibyte	MiB	2²⁰	5%
gigabyte	GB	10⁹	gibibyte	Gib	2³⁰	7%
terabyte	TB	10¹²	tebibyte	Tib	2⁴⁰	10%
petabyte	PB	10¹⁵	pebibyte	Pib	2⁵⁰	13%
exabyte	EB	10¹⁸	exbibyte	Eib	2⁶⁰	15%
zettabyte	ZB	10²¹	zebibyte	Zib	2⁷⁰	18%
yottabyte	YB	10²⁴	yobibyte	Yib	2⁸⁰	21%

(표의 마지막 열을 통해 이진수 용어가 십진수 용어에 비해 얼마나 큰지 알 수 있다. 아래로 내려갈수록 두 값의 차이는 더 커진다.) 

 

 

💡 CPU 성능과 성능 인자

 

 

👉 컴퓨터 성능을 향상하기 위해서는

 - 프로그램 실행에 필요한 클럭 사이클의 개수를 줄임

 - 클럭 속도를 증가시킴

 - 클럭 사이클의 길이를 줄임

 

 

💡 명령어 성능

 

컴파일러가 실행할 명령어를 생성하고 컴퓨터는 이 명령어를 실행해야 하기 때문에, 실행시간은 프로그램의 명령어 수와 관련이 있음

명령어당 클럭 사이클 수(Clock cycles Per Instruction, CPI) : 프로그램의 전체 혹은 일부에서 명령어 하나의 실행에 필요한 평균 클럭 사이클 수

 

 

💡 고전적인 CPU 성능식

 

성능식을 프로그램이 실행한 명령어 개수(instruction count), CPI, 클럭 사이클 시간으로 표현

 

✔ 결론

 

clock rate : 주파수