[computer architecture] -Computer Abstractions and Technology (2)

Computer Science/Computer Architecture

[computer architecture] -Computer Abstractions and Technology (2)

재한 2022. 9. 29. 20:21

이 글은 강의자료를 해석한 것으로 정확하지 않을 수 있습니다!!

📕SRAM VS DRAM

SRAM
- [static random access memory]
  - cache memory를 구성함.
  - DRAM보다 빠르고, 덜 공간을 차지하면서 더 비싸다.
DRAM
- [dynamic random access memory]
  - memory를 구성함.
SRAM과 DRAM은 메모리 계층의 two layers이다.

📕Volatile memory

전원이 꺼지면 instruction과 data를 잃어버림.
- Main memory or primary memory
- 보통 크기가 작고 빠르다.
- e.g.)DRAM and SRAM

📕Nonvolatile memory

전원이 꺼져도 프로그램과 데이터가 유지됨.
- 보조기억장치
- 크기가 크고 메인메모리보다 속도가 느리다.
- e.g.) magnetic (hard) disk, flash memory, optical disk(CD, DVD)

🔎전체 컴퓨터와 네트워크 컴퓨터를 연결시켜주는 네트워크는 몇 가지 주요한 장점을 가진다.

Communication : 정보는 컴퓨터와 컴퓨터 사이에서 빠른 속도로 교환된다.
Resource sharing : 네트워크로 연결된 컴퓨터는 I/O 장치를 공유할 수 있다.
Nonlocal access : 유저는 사용하고자 하는 컴퓨터 근처에 있을 필요가 없다.

📗LAN

Local area network
지리적으로 제한된 지역에서 데이터를 교환하도록 설계되었다.
일반적으로 단일 건물 내에서는 Ethernet으로 쓰인다.

📗WAN

Wide area network
넓은 지역의 네트워크(대륙을 횡단할 수도 있음)
ex) Internet

📗Wireless network

ex) Wi-Fi, Bluetooth

💡Processors와 memory는 측정 불가능한 속도로 향상되고 있습니다.

💡트랜지스터는 단순하게 전기로 컨트롤되는 on/off switch입니다.

IC(Integrated circuit)는 수십에서 수백 개의 트랜지스터를 하나의 칩으로 결합했다
VLSI(Very Large Scale Integrated circuit)는 수백에서 수백만 개의 트랜지스터를 포함한다.

📕Performance considerations for computer

프로세서의 특성(e.g., clock frequency, # of cores)
시스템 버스의 속도
Cache / Memory size
Disk storage (SSD or HDD)
그래픽 카드(GPU)
전력 소비
가격, 무게, form factor, etc

💡개인 컴퓨터 사용자는 response time을 줄이는데 관심이 있다.

시작부터 일의 완료 사이까지의 시간.
우리는 response time을 execution time이라고도 부른다.

💡Datacenter manager는 산출량을 증가시키는데 관심이 있다.

주어진 시간 안에 처리할 수 있는 일의 양

💡어떻게 하면 response time과 throughput에게 영향을 줄 수 있을까요?!

더 빠른 프로세스로 대체시키면 응답 시간과 산출량이 증가합니다.
프로세서를 추가해준다면 산출량만 늘어날 것입니다.

🔎컴퓨터 x의 성능은 아래와 같은 식으로 정의합니다.

아래는 두 컴퓨터의 성능을 비교하는 식입니다.

📕Time의 정의

컴퓨터 성능의 측정
프로그램 실행 타임은 각 프로그램당 초 단위로 측정된다.

💡Time의 가장 간단한 정의는 wall clcok time , response time, or elapsed time으로 불립니다.

이 용어들은 작업을 완료하는데 걸린 전체적인 시간, 디스크/메모리 accesses , input/output(I/O) activities,
운영체제의 모든 것을 의미한다.

💡Cpu execution time(Or CPU Time)은 CPU가 task를 처리하는데 걸린 time을 의미합니다.

CPU executinon time은 I/O or other programs등에 의해 소비되는 time을 포함하지 않는다.
CPU time은 user Cpu time과 system Cpu time으로 나뉜다.

📕CPU Clokcing

모든 컴퓨터들은 clock을 사용해서 만들어진다.

그럼 여기서 clock을 무엇일까?

💡clock

clock은 하드웨어에서 이벤트가 발생하는 시기를 결정합니다.

📗time intervals들은 clock cycles(or ticks, clock ticks, clock periods, clocks, cycles)라고 불린다.

위 그림은 clock cycle이 3 cycle이다.

💡Designers은 clock period의 길이와 complete clock cycle의 time과 clock rate를 참조해야 한다.

Clock period : duration of a clock cycle
Clock rate( or clock frequency) : cycles per second

CPU execution time = CPU clock cycles * Clock cycle time
= CPU clock cycles / Clock rate

🔎하드웨어 디자이너들이 성능을 향상하는 방법

clock cycle의 수를 줄이는 것
clock cycle의 길이를 줄이는 것.

💡execution time은 instructions의 개수에 영향을 받는다.

Clock cycles = Instruction count * Cycles per instruction(CPI)
CPU execution time = instruction count * CPI * Clock cycle time
= instruction count * CPI / Clock rate

💡Instruction count for program는 프로그램과 ISA, 컴파일러에 의해 결정된다.

💡CPI(Clock cycle per instruction)는 각 명령이 프로그램에 대해 실행하는 데 걸리는 평균 클럭 사이클 수입니다.