رشد شگرف کارآيي کامپيوتر در دو دهه اخير از اين حقيقت ناشي مي شود که سرعت و چگالي تراشه ها به طور هندسي و نه خطي بهبود يافته اند؛ اين بدان معناست که افزايش کارآيي از سالي به سال ديگر به طور نسبي کسر ثابتي از کارآيي سال پيش است و نه يک مقدار مطلق ثابت.
به طور متوسط تعداد ترانزيستورهايي که مي توانند بر روي تراشه سيليکوني جاي گيرند، هر سال 50 درصد افزايش مي يابند و در نتيجه بر سرعت ترانزيستورها نيز افزوده مي شود طوري که تاخير گيت هاي منطقي پايه (AND,OR و... )در هر سال 13 درصد کاهش مي يابد. اين نظريه که بيان مي دارد کارآيي کامپيوتر به طور هندسي و نه به شکل خطي بهبود مي يابد، اغلب تحت عنوان قانون مور شناخته مي شود.
براي مثال ميزان داده اي که مي تواند بر روي تراشه حافظه پويا (DRAM يا Dynamic RAM ) ذخيره شود، از اواخر دهه 1970 ميلادي در هر سه سال، چهار برابر شده است؛ يعني نرخ رشد آن، سالانه 60 درصد مي باشد
از اواخر دهه 1970 ميلادي تا اواخر دهه 1980، کارآيي ريزپردازنده ها بيشتر به دليل پيشرفت در فن آوري ساخت آن ها با نرخ 35 درصد در سال بهبود مي يافت. از آن پس، نرخ پيشرفت به شکل چشم گيري افزايش يافت و به بالاي 50 درصد در سال رسيد؛ با اين وجود، نرخ رشد در ساخت نيمه رسانا نسبتا ثابت مانده است. افزايش نرخ بهبود کارآيي به علت پيشرفت هايي در معماري و سازمان کامپيوتر بوده است. معماران کامپيوتر توانسته اند از افزايش چگالي مدارات مجتمع استفاده کنند و ويژگي ها و امکاناتي را به ريزپردازنده ها و سيستم هاي حافظه بيفزايند که کارآيي را بيشتر از نرخ بهبود سرعت ترانزيستورها، افزايش مي دهد.
اندازه گيري کارآيي
بهترين سنجش از کارآيي کامپيوتر، زمان اجراي برنامه يا برنامه هايي است که کاربر مي خواهد اجرا کند. اما به طور کلي قبل از تصميم گيري براي خريد کامپيوتر يا هنگام تصميم گيري هاي طراحي، آزمودن همگي برنامه هايي که در سيستمي مفروض به اجرا در مي آيند ناممکن است. در عوض معماران کامپيوتر معيارهاي متفاوتي را جهت توصيف و اندازه گيري کارآيي کامپيوتر مطرح مي کنند.
براي مثال ميزان داده اي که مي تواند بر روي تراشه حافظه پويا (DRAM يا Dynamic RAM ) ذخيره شود، از اواخر دهه 1970 ميلادي در هر سه سال، چهار برابر شده است؛ يعني نرخ رشد آن، سالانه 60 درصد مي باشد
MIPS
يک واحد اندازه گيري اوليه کارايي کامپيوترها، نرخ اجراي دستورالعمل هاي ماشين بود. اين نرخ از تقسيم تعداد دستورالعمل هاي اجرا شده در برنامه بر زمان لازم براي اجراي برنامه، محاسبه مي گردد که معمولا با ميليون دستور العمل در ثانيه يا همان MIPS بيان مي شود. امروزه از MIPS به عنوان سنجش کارايي استفاده نمي شود، زيرا اين واقعيت را در نظر نمي گيرد که اغلب سيستم هاي مختلف به تعداد دستورالعمل هاي متفاوتي براي پياده سازي برنامه اي معين نياز دارند. نرخ MIPS کامپيوترها هيچ اطلاعاتي درباره تعداد دستورالعمل هاي مورد نياز جهت انجام يک وظيفه به ما نمي دهد که اين امر سبب مي شود چنين معياري براي مقايسه کارايي سيستم هاي مختلف سودمند نباشد.
CPI/IPC
يکي ديگر از معيارهاي مورد استفاده براي نمايش ميزان کارايي کامپيوتر، تعداد سيکل ساعت مورد نياز براي اجراي هر دستور العمل است که با سيکل بر دستور العمل يا CPI شناخته مي شود. CPI برنامه در هر سيستم معين از تقسيم تعداد سيکل ساعت مورد نياز جهت اجراي برنامه به تعداد دستورالعمل هاي اجرا شده در برنامه مورد نظر محاسبه مي شود. اغلب براي سيستم هايي که مي توانند بيش از يک دستور العمل را در هر سيکل اجرا کنند، از تعداد دستورالعمل هاي اجرا شده در سيکل يا IPC استفاده مي شود. IPC از تقسيم تعداد دستور العمل هاي اجرا شده در برنامه به سيکل ساعت مورد نياز براي اجراي برنامه محاسبه مي شود و معکوس CPI مي باشد. اين دو معيار اطلاعات يکساني را به دست مي دهند و به طور کلي هر کدام که مقدارش بزرگتر از عدد 1 باشد، انتخاب و استفاده مي شود. هنگامي که از IPC و CPI براي مقايسه سيستم ها استفاده مي کنيم، بايد بدانيم که مقادير بالاي IPC نشان مي دهند که آن برنامه نسبت به برنامه اي با مقدار IPC کوچکتر، به سيکل هاي کمتري جهت اجرا نياز دارد. در صورتي که مقادير بالاي CPI در مقايسه با مقادير کوچکتر آن نشان مي دهند که به سيکل هاي بيشتري نياز هست. بنابراين IPC بزرگ نشان دهنده ي کارايي خوب و CPI بزرگ نشان کارايي ضعيف سيستم است.
CPI و IPC به ندرت براي مقايسه سيستم هاي کامپيوتري واقعي استفاده مي شوند. با اين حال، معيار رايجي در پژوهش هاي معماري کامپيوتر هستند، زيرا اکثر پژوهش هاي معماري کامپيوتر توسط شبيه سازي انجام مي شوند و از برنامه هايي استفاده مي شود که معماري خاصي را شبيه سازي مي کنند تا تعداد سيکل هاي مصرفي جهت اجراي برنامه ي مفروضي را بر روي آن معماري تخمين بزنند.
منبع:Computer Architecture Nicholas Carter H.daneshvar ارسال توسط کاربر محترم سايت :hasantaleb