En la arquitectura informática , las instrucciones por ciclo ( IPC ), comúnmente llamadas instrucciones por reloj , son un aspecto del rendimiento de un procesador : el número promedio de instrucciones ejecutadas para cada ciclo de reloj . Es el inverso multiplicativo de ciclos por instrucción . [1] [2] [3]
Mientras que las primeras generaciones de CPU llevaban a cabo todos los pasos para ejecutar una instrucción de forma secuencial, las CPU modernas pueden hacer muchas cosas en paralelo. Como es imposible seguir duplicando la velocidad del reloj, la canalización de instrucciones y el diseño del procesador superescalar han evolucionado para que las CPU puedan utilizar una variedad de unidades de ejecución en paralelo, mirando hacia el futuro a través de las instrucciones entrantes para optimizarlas. Esto lleva a que las instrucciones por ciclo completado sean mucho mayores que 1 y es responsable de gran parte de las mejoras de velocidad en las generaciones posteriores de CPU.
El cálculo de IPC se realiza ejecutando un fragmento de código determinado, calculando la cantidad de instrucciones a nivel de máquina necesarias para completarlo y luego utilizando temporizadores de alto rendimiento para calcular la cantidad de ciclos de reloj necesarios para completarlo en el hardware real. El resultado final proviene de dividir el número de instrucciones por el número de ciclos de reloj de la CPU.
El número de instrucciones por segundo y operaciones de punto flotante por segundo para un procesador se puede derivar multiplicando el número de instrucciones por ciclo por la frecuencia de reloj (ciclos por segundo expresados en Hercios ) del procesador en cuestión. El número de instrucciones por segundo es un indicador aproximado del rendimiento probable del procesador.
El número de instrucciones ejecutadas por reloj no es una constante para un procesador determinado; Depende de cómo interactúa el software particular que se ejecuta con el procesador y, de hecho, con toda la máquina, en particular con la jerarquía de memoria . Sin embargo, ciertas características del procesador tienden a dar lugar a diseños que tienen valores de IPC superiores al promedio; la presencia de múltiples unidades aritméticas lógicas (una ALU es un subsistema de procesador que puede realizar operaciones aritméticas y lógicas elementales) y canalizaciones cortas. Al comparar diferentes conjuntos de instrucciones , un conjunto de instrucciones más simple puede conducir a una cifra de IPC más alta que una implementación de un conjunto de instrucciones más complejo utilizando la misma tecnología de chip; sin embargo, el conjunto de instrucciones más complejo puede lograr un trabajo más útil con menos instrucciones. Como tal, comparar cifras de IPC entre diferentes conjuntos de instrucciones (por ejemplo, x86 frente a ARM) normalmente no tiene sentido.
El trabajo útil que se puede realizar con cualquier computadora depende de muchos factores además de la velocidad del procesador. Estos factores incluyen la arquitectura del conjunto de instrucciones , la microarquitectura del procesador y la organización del sistema informático (como el diseño del sistema de almacenamiento en disco y las capacidades y el rendimiento de otros dispositivos conectados), la eficiencia del sistema operativo y el alto nivel. diseño de software de aplicación .
Para los usuarios y compradores de computadoras, los puntos de referencia de las aplicaciones , en lugar de las instrucciones por ciclo, suelen ser una indicación mucho más útil del rendimiento del sistema. Sin embargo, IPC proporciona un ejemplo de por qué la velocidad del reloj no es el único factor relevante para el rendimiento de la computadora.