7.1性能分析210822

如何定义性能

• 通过几个量
  • 响应时间和吞吐率
  • 程序执行时间T
    • CPI: 每条指令的周期数
    • Tc：时钟周期
    • MIPS （每秒百万条指令）
    • T （CPU执行时间

响应时间和吞吐率

• 响应时间：一个任务从开始到结束完成的时间
  • 对个人用户非常重要
• 吞吐率（带宽）：一定时间内完成的任务量
  • 对数据中心管理者非常重要

实例

• 对一个计算机系统做如下改动，是否会缩短响应时间？提升吞吐率？还是两者都会?
• 将计算机中的处理器替换成更快的
  • 一般来说，降低响应时间几乎都可以增加吞吐率。因此，这种方式，同时改进了响应时间和吞吐率。
• 给系统增加额外处理器，以使用多个处理器来处理不同的任务
  • 不会使每个任务完成的更快，只会增加其吞吐率。

程序执行时间：量化硬软件结合的系统有效速度

• 程序执行时间T
  • T（执行时间）= IC×CPI×Tc= IC ×CPI/ f
• 定义:
  • IC：程序的指令数
  • CPI: 每条指令的周期数
  • Tc: 时钟周期，即每周期秒数
  • f：时钟频率程序执行的CPU时钟周期数
• 其中IC×CPI也称作程序执行的CPU时钟周期数
  
• 性能改进可以通过
  • 降低程序的时钟周期数
  • 提高时钟频率
• 实例
  

指令数和CPI

• 程序的CPU时钟周期数= 程序的指令数*CPI_Ave
  • CPI_Ave表示执行每条指令所需的时钟周期数的平均值

• CPI_Ave求法
  

MIPS (每秒百万条指令)：衡量计算机的硬件速度

• MIPS = f(MHz)/CPI_ave

性能计算实例

性能评价总结

• 计算机性能依赖于
  • 算法：影响指令数和CPI
  • 编程语言：影响指令数和CPI
  • 编译程序：影响指令数和CPI
  • 指令集体系结构：影响指令数、时钟频率和CPI

参考资料

中国大学mooc 计算机组成原理.东北大学