[컴퓨터 구조] 성능 평가

숭실대학교 하석재 교수님의 2022-1학기 컴퓨터 구조 강의를 정리 및 재구성했다.

- 성능이란?

-  컴퓨터 성능의 기준
1. 응답시간 (Execution time)
-실행 시간이라고도 한다. 컴퓨터가 태스크(task)를 완료하기까지의 총 소요시간이다. 디스크 접근, 메모리 접근, 입출력 작업, 운영체제 오버헤드 및 CPU 시간을 다 포함한다.  
2. 처리량 (Throughput, Bandwidth)
- 대역폭이라고도 한다. 단위 시간당 완료하는 태스크(task)의 수.

- 클럭 사이클

- 거의 모든 컴퓨터는 하드웨어 이벤트가 발생하는 시점을 결정하는 클럭을 이용하여 만들어지는데, 이 클럭의 시간 가격을 "클럭 사이클(Clock cycle)"이라한다.

- 1Ghz의 프로세서의 경우 10억분의 1초.
- 빛/ 전기의 속도는 30만 km/s이고 컴퓨터 메인보드가 점점 작아지는 추세이기에 물리적인 제약사항이 존 재한다.  

- 한 클럭 사이클에 걸리는 시간을 "클럭 주기(Clock period)" 이라 한다.
- 프로그램 CPU실행시간 = 프로그램 CPU 사이클 수 * 클럭 사이클 시간

-cpu시간 = 명령어 개수 * CPI / 클럭속도
-CPI(Clock cycles per instruction) : 명령어당 평균 사이클 수
- RISC는 명령어의 CPI가 일정하기에 오차가 적고 CISC는 그렇지 않다.
cf) MIPS(Million instruction Per Second) / BogoMIPS(보정이 추가된 MIPS)

[전력 장벽]

-클럭스피드는 발열이 발생하기 때문에, 무조건 올리기 어렵다.
-데스크탑은 공냉식/수냉식 쿨러를 사용할 경우 5Ghz
-모바일에서는 thermal pad, vaper chamber등을 사용할 경우 3Ghz

-발열이 많아지면 Throttling이 발생한다. (ex 삼성 gos사태)

-집적회로인 CMOS가 에너지를 소비하는 주원인은 동적 에너지(dynamic energy)이다.
-동적에너지: 트랜지스터가 0->1 / 1->0으로 상태가 바뀔 때 소비되는 에너지이다.

[오늘날의 문제]

-전압을 더 이상 낮추면 트랜지스터의 누설전류가 커진다는 것이다.

- 서버 칩에서 이미 40프로 이상의 전력이 누설 전류에 의해 소모되고 있다.

[해결방안: 단일 프로세서에서 멀티프로세서로의 변화]

- 멀티 CPU

-하나의 메인보드에 여러개의 cpu를 지원

- 멀티보드

-블레이드 서버

-멀티랙

- 오라클 엑사데이터

-멀티 리전

-클라우드 서비스(AWS, Azure, Naver Cloud)

[암달의 법칙]
-개선 후 실행 시간은

개선에 의해 영향 받은 실행시간/ 개선의 크기 + 영향 받지 않는 실행 시간