第一章计算机系统结构的概念课件.pptVIP

Amdahl定律系统对某一部件采用某种更快执行方式所能获得的系统性能改进程序,取决于这种执行方式被使用的频率,或所占总执行时间的比例。Amdahl定律（续）定义了加速比的大小Amdahl加速比（续）软硬取舍的基本原则很高的性能价格比设:D为研制设计费用，M为重复生产费用h为硬件，s为软件。则:设C:该功能在软件实现时许重新设计的次数；R:存储介质上出现的次数；V:生产的台数；则硬件的费用:软件的费用:软硬取舍的基本原则（续）则只有:将上述带入:可见:只有在C和R的值较大时，才成立。由于:则:因为:C100所以V值越大，上式成立。即产量大。软硬取舍的基本原则（续）考虑到准备采用和可能采用的组成技术,使它尽可能不要过多或不合理地限制各种组成、实现技术的采用；不能仅从“硬”的角度去考虑如何便于应用组成技术的成果和发挥器件技术的进展,还应从“软”的角度把为编译和操作系统的实现,以至高级语言程序的设计提供更多更好的硬件支持放在首位；软硬取舍的基本原则（续）考虑用户的应用领域:专用—硬件设计周期长的硬件不宜采用常用的功能尽量采用硬件实现实现功能的成本性能比（或价格性能比）要低尽量采用新技术实现超前设计举例1:某一计算机用于商业外贸的事务处理，有大量的字符串操作。由于这种事务处理很普遍，有较大的市场，故而设计人员决定在下一代此类计算机的CPU中加入字符串操作的功能。经测试应用软件调查发现，字符串操作的使用占整个程序运行时间的50%，而增加此功能如用软件（如微程序）实现，则快5倍，增加CPU成本1/5倍；如果用硬件实现，则快100倍，CPU成本增加到5倍。问设计人员提出增加此功能是否恰当？是否用软件还是硬件？设CPU成本占整机成本的1/3。硬件实现软件实现举例2:如果上例中，字符串操作功能的使用时间占整个程序运行时间的90%，则情况如何？硬件实现软件实现计算机性能评测计算机性能（ComputerPerformance）:是指计算机的工作速度，是程序执行时间的倒数不仅与计算机系统结构有关，而且与算法和程序有关计算机性能评价与测试是一个正在研究和发展的研究方向，它与计算机计算机系统结构、计算机算法和计算机程序构成新兴的计算科学（ComputationalSCiences）的四大支柱性能评测的作用改进系统结构设计,提高机器性能促进软硬件结合,合理划分功能优化“结构-算法-应用”,实现最佳组合了解各类计算机适宜的应用领域,提高使用效率性能评测的分级机器级性能评测CPU、存储器的基本性能指标,并行计算机的计算与通信开销,机器的成本、性能价格比等算法级性能评测并行算法的可扩放性（Scalability）程序级性能评测基准测试程序计算机系统的性能评价时钟频率指令执行速度平均速度核心程序法峰值速度时钟频率运算速度是表示处理机性能的主要指标，有多种表示处理机运算速度的方法，哪一种表示方法更加合理？时钟频率（处理机主频）只能用于同一类型、同一配置的处理机,相对比较Pentium43.2GHZ比Pentium41.6GHZ快一倍?Pentium42.4GHZ比Pentium41.6GHZ快50%?实际运算速度还与Cache、内存、IO、被执行程序等均有关指令的执行速度一种经典的表示运算速度的方法MIPS(MillionInstructionsPerSecond),GIPS,TIPS其中:Fz为处理机的工作主频CPI(CyclesPerInstruction)为每条指令所需的平均时钟周期数IPC(InstructionPerCycle)为每个时钟周期平均执行的指令条数

例1:计算PentiumIV3GHz处理机的速度解:由于PentiumIV3GHz处理机的IPC＝4（或CPI＝0.25）Fz＝3000MHzMIPSPentiumIV3G＝Fz×IPC＝3000×4＝12000MIPS＝12GIPS峰值速度秒120亿次/秒，实际速度约50亿次/秒主要优点:直观、方便。目前经常使用主要缺点:(1)不同指令的执行