定量分析技术

  1. 计算机系统设计的定量原理
    1. 以经常性事件为重点
    2. Amdahl定律
    3. CPU性能公式
    4. 程序的局部性原理
  2. 计算机系统的性能评测
    1. 执行时间和吞吐率
    2. 基准测试程序

计算机系统设计的定量原理

以经常性事件为重点

Amdahl定律

  此定律指出:加快某个部件执行速度所能获得的系统性能提升,受限于此部件的执行时间占系统中总执行时间的占比。
  系统加速比公式:
    
  设出定义:
  (1)可改进比例:在改进前的系统中,可改进部分的执行时间在总的执行时间中所占的比例。
  (2)部件加速比:可改进部分在改进后性能提高的倍数。它是改进前所需执行时间和改进后所需执行时间的比。
  由(1)(2)得出:
    
        
    
        

CPU性能公式

    
  其中,时钟周期时间是系统时钟频率的倒数,即
  引入新参数CPI(Cycles Per Instruction,每条指令的平均时钟周期数),有:
    
  则推出CPU性能公式:
    
  其中,IC为所执行的指令条数。
  根据上述公式,得知CPU的性能取决于以下三个参数:
   (1) 时钟周期时间:取决于硬件实现技术和计算机组成。
   (2) CPI:取决于计算机组成和指令集结构。
   (3) IC:取决于指令集结构和编译技术。
  其他公式:
    
  其中,为程序执行的过程中第i种指令出现的次数,为执行第i种指令所需的平均时钟周期,n为指令的种数。
    
        

    
        
        
  其中,()反映了第i种指令在程序执行过程中所占的比例。
    

程序的局部性原理

计算机系统的性能评测

执行时间和吞吐率

基准测试程序

  用于测试和比较性能的基准测试程序的最佳选择是真实应用程序(例如编译器)。

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