19、并行程序性能分析与评估

并行程序性能分析与评估

在计算机领域，准确评估程序性能至关重要，尤其是对于并行程序。本文将详细介绍并行程序性能分析的相关指标、考虑内存层次结构时处理器的性能表现，以及不同类型的基准测试程序，帮助读者全面了解如何评估计算机系统和并行程序的性能。

1. 指令翻译与CPI

在程序的指令翻译过程中，不同的翻译方式可能会导致不同的指令数量和执行周期。例如，有两种翻译方式：
| 翻译方式 | I1指令数量 | I2指令数量 | I3指令数量 | 总指令数 | 总周期数 |
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
| 翻译1 | 2 | 1 | 2 | 5 | 10 |
| 翻译2 | 4 | 1 | 1 | 6 | 9 |

虽然翻译2使用的指令数量更多，但所需的周期数更少。通过计算，翻译1的每条指令周期数（CPI）为10/5 = 2，而翻译2的CPI为9/6 = 1.5。这表明CPI可以作为衡量程序执行效率的一个重要指标。

2. MIPS和MFLOPS指标

• MIPS（每秒百万条指令） ：MIPS是一种常用的计算机系统性能衡量指标，其计算公式为：
  [MIPS(A) = \frac{n_{instr}(A)}{T_{U_CPU}(A) \cdot 10^6}]
  其中，(n_{instr}(A)) 是程序A的指令数量，(T_{U_CPU}(A)) 是程序A的用户CPU时间。通过进一步推导，还可以得到：
  [MIPS(A) = \frac{r_{cycle}}{CPI(A) \cdot 10