第二章计算机的性能和成本.ppt

第2章 计算机的性能和成本 2.2 计算机的性能 2.2.1衡量计算机性能的主要标准 衡量计算机系统性能可采用各种尺度，但最为可靠的衡量尺度是时间。时间可根据计算方法给以不同的定义，如响应时间、CPU时间等。 响应时间：指用户向计算机系统送入一个任务后，直到获得他所需要的结果所需的等待时间 。其中包括了访问磁盘和访问主存储器的时间、CPU运算时间、I/O动作时间以及操作系统工作的时间开销等。(对多道程序，不适应。) CPU时间：分为用户CPU时间和系统CPU时间。 CPU time 2.2.2 CPU性能 CPUtime 计算公式的意义: 1. CPU性能依赖于三个参量: IC, CPI, Tc; 2. 说明改进CPU性能的三种途径. 尽管同时缩小三个参数是不可能的,而且改变其 中的一个都可能因此影响其他两个参量,但改变这三 个参数的技术途径是独立的: Tc -----硬件和组成技术 CPI-----组成和指令集系统结构 IC -----指令集系统结构和编译技术 例3：比较两台机器的条件转移的实现方法 假设这两台机器的指令系统中，执行条件转移指令需2个时钟周期，而其它指令只需1个时钟周期。 CPUA:采用一条比较指令来设置相应的条件码，由紧随其后的一条转移指令对此条件码进行测试，以确定是否进行转移。显然实现一次条件转移要执行比较和测试两条指令。条件转移指令占总执行指令条数的20%。由于每条转移指令都需要一条比较指令，所以比较指令也将占20%。 CPUB采用比较功能和判别是否实现转移功能合在一条指令的方法，这样实现一条件转移就只需一条指令就可以完成。由于CPUB在转移指令中包含了比较功能，因此它的时钟周期就比CPUA要慢25%。 现在要问，采用不同转移指令方案的CPUA和CPUB，那个工作速度会更快些？ 解： 解：CPIA=0.2×2 + 0.8×1=1.2 TCPUA=ICA×1.2×tA CPUB，因无比较指令，转移指令比例20%÷80%=25% CPIB = 0.25×2+0.75×1=1.25 由于CPUB中没有比较指令，因此ICB = 0.8×ICA-。 因t B = 1.25tA TCPUB = ICB×CPIB×tB = 0.8 ICA×1.25×1.25tA = 1.25 ICA×tA 可见TCPUA比TCPUB小，所以CPUA比CPUB运行得更快些。 例3-2） 在例3中，如果CPUB的时钟周期只比CPUA的慢10%，那么哪一个CPU会工作得更快些？ 解： TCPUA = 1.2ICA ×tA , 因tB = 1.10tA，所以 TCPUB = 0.8 ICA×1.25×1.10tA= 1.10 ICA ×tA,由于CPUB所需时间较少，所以CPUB比CPUA运行得更快些。 2.2.3 MIPS和MFLOPS IPS：每秒执行的指令条数 MIPS：以百万来计量。 MFLOPS：指每秒百万次浮点操作次数。 有时还用相对MIPSRef这一标准，这需要事先选择一个给定的参照计算机的性能，然后与其比较。 TRef MIPSV= —— ×MIPSRef TV TRef：在参照机上程序的执行时间； TV：相同程序在要评估机上执行时间； MIPSRef ：所约定的参照机的MIPS速率。 MFLOPS每秒百万次浮点操作次数。 2.2.4 评估性能的基准测试程序（benchmark） 在进行计算机系统的评价时，除了与被评价的机器的结构、功能等特性参数有关以外，还与输入，即计算机系统的工作负荷有密切关系。被评价的一个计算机系统往往对某一种工作负荷表现出较高性能，而对另一种工作负荷困难呈现较低性能。 为了对计算机系统的性能进行客观的评价，就需要选取具有真实代表性的工作负荷。 通常采用不同层次的基准测试程序（benchmark）来评价系统性能。 按评价准确性递减的顺序列出几种测试程序： 1）实际的应用程序方法。 用户用来解决问题的实际工作程序.尽管不知道在工作负载中所占的比例。例如C编译程序、Tex 正文处理软件、CAD工具等。 2）核心程序方法。 从实际的程序中抽取少量关键循环程序段，并用它们来评价机器的性能。如Livemore Loops(浮点循环), Linpack等 3）玩具基准测试程序