设计一个简易的处理器(10)--性能评估(完)

性能评价

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最终需要的PIPE处理器已经设置完毕了,现在要评价它的性能,采用CPI这个指标进行评价.

CPI: PIPE执行一条指令所需的平均时钟周期数.

(1). PIPE的CPI直观判断

PIPE采用了"加载互锁+转发"技术,转发技术不会降低流水线的吞吐量,而加载互锁是通过暂停技术来实现的,所以会降低流水线的吞吐量.这样基本上可以达到每个时钟周期发射一条新指令的目标,也就是PIPE的CPI≈1(CPI>1).

 

(2).量化

C-时钟周期数

I-需要执行的指令数

B-插入Bubble数

CPI = C/I= (I + B) / I = 1.0 + B/I

B/I -惩罚因子

 

PIPE中有三种情况会插入Bubble.

-加载/使用冒险-->加载惩罚(load penalty, lp)

-错误预测分支-->错误预测分支惩罚(mispreadictedbranch penalty, mp)

-处理ret-->ret惩罚(return penalty, rp)

CPI = 1.0+ lp + mp + rp

 

(3).一个计算CPI的实例

原因	名称	指令频率	满足条件频率	气泡	乘积
加载/使用	lp	0.25	0.20	1	0.25*0.20*1=0.05
预测错误	mp	0.20	0.40	2	0.20*0.40*2=0.16
返回	rp	0.02	1.00	3	0.02*1.00*3=0.06
总和					0.05+0.16+0.06=0.27

CPI = 1.27≈1.0

 

注*:本篇中的图片均来自本书的官网,我进行了改造(注释和添加),详见http://csapp.cs.cmu.edu/public/figures.html

        (Copyright© 2011, Randal E. Bryant and David R. O'Hallaron )

 

 

reference:

1. 深入理解计算机系统（原书第2版）

 

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