北大高体高等计算机体系结构-课件-lect4

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1、高等计算机体系结构（AdvancedComputerArchitecture）第四讲第四讲计算机性能评测计算机性能评测（（PPerformanceEvaluationerformanceEvaluation））李险峰（lixianfeng@pkusz.edu.cn）北京大学深圳研究生院性能（性能（performanceperformance））哪一个性能更高？2响应时间响应时间vsvs吞吐率吞吐率�响应时间（responsetime）−任务完成的时间，又称为执行时间（executiontime），延迟（latency）�吞吐率（throughput）−单位时间内完成

2、的任务数量，有些情况下又叫带宽（bandwidth）如果我们为一个计算机系统1.升级到更快的处理器2.增加处理器数量对系统响应时间和吞吐率分别有何影响？3性能定义（性能定义（PerformancePerformance））�在我们讨论单个处理器性能的时候，我们通常关心的是其执行时间（在涉及I/O设备或多处理器系统时，我们更关心吞吐率）�因此，对一个计算机设计X，此处其性能定义为：Performance(X)=1/Executiontime(X)�X比Y快n倍，意味着：Performance(X)/Performance(Y)=nX的执行时间是Y的1/n4执行时间执行

3、时间�总耗时（ElapsedTime，Wall-clockTime）−从程序开始执行到结束的总时间（包括内存和磁盘访问时间，等待I/O时间，OS开销、以及切换到其它程序执行的时间）−反映了用户的直接和最终体验�CPU时间（CPUTime）−CPU耗费在该程序执行上的时间（不包括等待I/O和其它程序执行的时间）−可进一步分为用户CPU时间(userCPUtime)和系统CPU时间(systemCPUtime，主要是OS系统调用）CPU时间=用户CPU时间+系统CPU时间总耗时=用户CPU时间+系统CPU时间+等待时间5执行时间的评估与比较执行时间的评估与比较�根据目标

4、对象的不同，我们会关注不同的执行时间部分−对应用程序设计者，往往关注用户CPU时间−对CPU设计者，往往关注应用程序整体CPU时间−对操作系统或整个计算机系统设计者，往往关注总耗时�有些时候，我们可能只关心两个计算机系统或应用程序的相对性能，如何比较？−以用户CPU时间为例，如何比较两个应用程序？6时钟周期数（时钟周期数（ClockCyclesClockCycles））�我们常常以时钟周期数、而不是以秒为单位来统计执行时间，因为现代计算机都是以时钟为驱动的同步电路，任何事件或操作，都是经若干时钟周期完成的。只要知道了程序执行的时钟周期数，很容易换算为真实执行时间se

5、condscyclesseconds=×programprogramcycle�时钟节拍（clockticks）：对应一个时钟信号的起始和结束cycletimeticktick�时钟周期(cycletime)=timebetweenticks=secondspercycle�时钟频率（clockrate/frequency）=cyclespersecond（1Hz=1cycle/sec,1MHz=106cycles/sec19�例:A200Mhz.clockhasacycletime×10=5nanoseconds6200×107性能公式（性能公式（II））seco

6、ndscyclesseconds=×programprogramcycle等价于CPUexecutiontimeCPUclockcycles=×Clockcycletimeforaprogramforaprogram因此，为提高性能，我们可以采取的方法可以包括：−减少程序执行的时钟周期数，−降低时钟周期（提高时钟频率）8一个程序执行多少时钟周期？一个程序执行多少时钟周期？�是否可以假设#ofcycles=#ofinstructions？...1stinstr2ndinstr3rdinstr4th5th6th�但这个假设通常是不正确的！−不同的指令执行周期数不一样9一

7、个程序执行多少时钟周期？一个程序执行多少时钟周期？�乘法指令比加法需要更多的时钟周期�浮点运算比对应的整点计算需要更多时钟周期�访问内存数据比访问寄存器需要更多时钟周期�更复杂的情况。。。�改变处理器时钟周期？通常执行指令的时钟周期数也会发生变化，因为这意味着要改变硬件设计。10例子例子�一个程序P在computerA上执行需要10秒�通过设计优化得到的computerB，使程序P的执行时间缩短到6秒�设计者可以采用新技术来设计computerB，大大提升时钟频率，但该技术需要对CPU某些部分的设计进行更改，造成程序P在computerB上的执行的时钟周期数是在