计算机系统设计的定量原理.docxVIP

系统结构报告 班 级： 计102 学 号： 1013022051 姓 名： 陶跃雷 指导老师： 管致锦 计算机科学与技术学院 报告（一） 计算机系统设计的定量原理 以经常性事件为重点 这是计算机设计中最重要、使用最广泛的设计原则。在计算机系统的设计中，经常需要在多种不同的方法之间进行折中，这时应按照对经常发生的情况采用优化方法的原则进行选择，因为这样能得到更多的总体上的改进。 Amdahl定律 Amdahl定律指出：加快某部件执行速度所能获得的系统性能加速，受限于该部件的执行时间占系统中总执行时间的百分比。Amdahl定律可用来计算当时对计算机系统中的某个部分进行后系统总体性能可获得多大的提高。 系统加速比=系统性能(改进后)/系统性能（改进前） =总执行时间（改进前）/总执行时间（改进后） 总执行时间（改进后）=可改进比列X总执行时间（改进前）/[部件加速比+（1-可改进比 例）X总执行时间（改进前）] =总执行时间（改进前）X[(1-可改进比例)+可改进比例/部件减速 比] 系统加速比=总执行时间（改进前）/总执行时间（改进后） =1/[（1-可改进比例）+改进比例/部件加速比] CUP性能测试 CPU的性能取决于三个参数： 时钟周期时间：取决于硬件实现技术和计算机组成。 CPI（每条指令的平均时钟周期数）：取决于计算机组成和指令集结构。 IC：取决于指令集结构和编译技术。 执行一个程序所需的CUP时间可以这样计算 CUP=执行程序所需的时钟周期数X时钟周期时间 CPI=执行程序所需的时钟周期数/所执行的指令条数 则 CUP时间=IC X CPI X 时钟周期时间 程序的局部性能原理 （1）程序执行时锁访问的存储器地址分布不是随机的，而是相对地簇聚 （2）局部性包括时间局部性和空间局部性。时间局部性是指，程序即将用到的信息很 可能就是目前正在使用的信息；程序的空间局部性是指，下程序即将用到的信息 在空间上相邻或者临近 课后习题 1.7将计算机系统中某一功能的处理速度加快10倍，但该功能的处理时间仅为整个系统运行时间的40%,则采用此提高性能的方法后，能使整个系统的 性能提高多少 解： 系统加速比=1/((1-0.4)+0.4/10)=1.5625 1.8计算机系统中有3个部件可以改进，这3个部件的部件加速比为： 部件1加速比=30；部件2加速比=20；部件3加速比=10 如果部件1和部件2的可改进比例均为30%，那么当部件3的可改进比例为多少时，系统加速比才可以达到10？ 如果3个部件的可改进比例分别为别为30%、30%和20%,且3个部件同时改进，那么系统中不可加速部分的执行时间在总执行时间中占的比例是多少？ 解： （1）设部件3的可改进比例为x时，系统加速比才可以达到10 则 1/((1-0.3-0.3-x)+(0.3/30+0.3/20+x/10)=10 X=36.1% (2)设原执行时间为1 总执行时间（改进后）=1X[(1-0.3-0.3-0.2)+(0.3/30+0.3/20+0.2/10)]=0.245 那么系统中不可加速部分的执行时间在总执行时间中占的比例是: 0.2/0.245=81.6% 1.9假设某应用程序中有4类操作，通过改进，各操作获得了不同的性能提高。具体数据如下表所示 操作类型 程序中的数量 （百万条指令）改进前的执行时间 （周期）改进后的执行时间 （周期）操作1 10 2 1操作2 30 20 15操作3 35 10 3操作4 15 4 1改进后，各类操作的加速比分别是多少？ 各类操作单独改进后，程序获得的加速比分别是多少？ 4类操作均改进后，整个程序的加速比是多少？ 解：（1） 操作1的改进后的加速比=2/1=2 操作2的改进后的加速比=20/15=1.33 操作3的改进后的加速比=10/3=3.33 操作4的改进后的加速比=4/1=4 （2）单独改进操作1时程序获得的加速比=1/[(