Farklı İşlemci Mimarilerinde Interrupt Performansları

Farklı İşlemci Mimarilerinde Interrupt Performansları

İşlemcinin performansını arttırmak için paralel işlemlerin sayısının artması gerekmektedir. Bu bağlamda bakılacak olursa işlemlerin paralel olarak yürütülmesini en çok destekleyen mimari en yüksek performansı sağlayabilmektedir.

Bu bölümde üç farklı mimarideki interrupt performansları ele alınacaktır. Bunlar: CISC, RISC ve EPIC mimarileridir.

CISC

Complex Instruction Set Computer yani Karmaşık Komut Setli Bilgisayar olarak isimlendirilen CISC mimarisi, endüstride kullanılan en eski mimaridir. Bu mimarinin çıktığı yıllarda hafıza elemanları kısıtlı bir kapasiteye sahip ve pahalı olduğu için hafızanın doğru ve verimli bir şekilde kullanılması oldukça önem taşımaktaydı. İlerleyen yıllarda hafıza elemanları daha geniş kapasiteye ulaşarak daha düşük fiyatlarla elde edilmeye başlandığında bu mimari yerini RISC ve EPIC mimarilerine bırakmıştır.

Oldukça kompleks ve karmaşık komutlar içeren mimaride hafızadan tasarruf etmek amaçlandığı için uzun ve farklı uzunlukta komutlar fazlaca görülmektedir. Diğer mimarilerle kıyaslandığında daha fazla bileşen ve komut içererek daha fazla işlem yapma kapasitesine sahiptir.

Interruptların CISC mimarisindeki performansına bakıldığında diğer iki mimariye göre CISC mimarisinin daha düşük performans sunduğu gözlemlenmektedir. CISC mimarisinin geliştirildiği eski yıllarda, önemli olan işlemlerin paralel olarak gerçekleşmesi olmadığından ve aynı anda birkaç işlemin çalıştırılması önem taşımadığından interruptların performansı da daha düşüktür. Ancak CISC mimarisinin de faydalı yanları vardır. Örnek vermek gerekirse yoğun ağ trafiğinin yönetildiği işlemcilerde kesme işlemlerinin sık olması sisteme yük teşkil ederek sistemin oyalanmasına sebep olmaktadır. Bu yüzden bu iş için CISC mimarisinin olduğu işlemciler kullanılmaktadır. 

Motorola 680000 işlemcisine bakıldığında bu işlemcinin CISC mimarisine sahip olduğu gözlemlenmektedir. Bu işlemci üzerinde aynı anda birden fazla komutun paralel olarak yürütülmesi ya da diğer bir deyişle multitasking oldukça karmaşık donanımsal elemanlar ve işlemler sonucu gerçekleştirilebilmektedir. Bu da performansı oldukça büyük oranda etkilemektedir.

Şekil 2. Motorola 680000 işlemcisinde multitasking

RISC

Reduced Instruction Set Computer yani İndirgenmiş Komut Setli Bilgisayar olarak isimlendirilen RISC mimarisi, CISC mimarisinden sonra ortaya çıkmıştır. Bu mimaride yapılan değişikliklerle transistör sayısında artış olmadan performans arttırılmıştır. RISC mimarisi, CISC mimarisi ile karşılaştırıldığında hafıza kullanımının fazla olduğu görülmektedir. Ancak RISC mimarisinin sağladığı performans artışı ve artan hafıza kapasiteleriyle birlikte düşen fiyatlar göz önüne alındığı zaman bu problem önemsiz bir hal almaktadır.

CISC mimarisi ile kıyaslandığında daha basit ve sabit uzunlukta komutlarla işlem yapıldığı görülmektedir. İşlemler doğrudan bellek üzerinde değil iç saklayıcılarda gerçekleştirilmekte ve belleğe sadece okuma ve yazma işlemleri için erişilmektedir. RISC mimarisinde kullanılan komutlar daha basit ve kısa olduğu için işlemler daha hızlı gerçekleştirilebilmektedir.

İş istasyonlarında ve birçok hesaplama işleminin olduğu alanlarda RISC mimarili işlemcilerin kullanılması performansı arttırmaktadır. İşlemci üzerinde her iş parçacığı (thread) işlenip bittikten sonra interrupt olup olmadığı kontrol edilmektedir. CISC mimarisi ile kıyaslandığında daha yüksek performans sağlamaktadır.

EPIC

Explicitly Parallel Instruction Computing yani Belirtilmiş Paralel Komutlarla Hesaplama olarak isimlendirilen EPIC mimarisi, diğer iki mimariden sonra ortaya çıkmıştır. CISC ve RISC mimarisine göre daha başarılı bir yapıya sahip mimari, Intel Itanium’un temelini oluşturmaktadır. Bu mimarinin temel özelliği işlemci üzerindeki komutların paralel iletişimini derleyicinin gerçekleştirmesi için ona bırakmaktır. Bu sayede işlemci üzerinde karmaşık komutlar çalıştırılmamakta ve karmaşık devrelerle uğraşılmamaktadır. Böylece işlemcinin performansı oldukça artmaktadır.

Performansın işlemlerin paralel olarak yürütülmesi ve aynı anda birden fazla işlemin gerçekleştirilmesiyle doğru orantılı olarak arttığını söylemiştik. Bu anlamda incelendiğinde paralelliği en çok destekleyen ve buna uygun olarak geliştirilmiş olan mimari EPIC mimarisidir. Bu mimaride paralellik koddan alınmakta hatta yazılımcı tarafından kod içerisinde paralelliğe ihtiyaç duyacak şekilde yazılmayan bölümlerde bile paralellik kullanılmaya çalışılmaktadır. Örnek vermek gerekirse, bir if bloğunu çalıştırırken paralel bir yapı kullanılmamaktadır ancak EPIC mimarisinin sağladığı dallanmalarla paralel ve daha hızlı şekilde işlem gerçekleştirilmektedir.

Bilgisayarda aynı anda gerçekleştirilen işlem sayısı arttıkça interrupt sayısı da artmaktadır. Bu yüzden üç mimarinin de yapısına bakıldığında interrupt performansının en yüksek olduğu mimarinin EPIC mimarisi olduğu gözlemlenmektedir. Çünkü az önce de açıkladığımız gibi bu mimari paralelliği en çok destekleyen ve kullanan mimaridir. Bu paralel işlemlerin gerçekleştirilebilmesi için de interruptların sıkça kullanılması gerekmektedir.