计算机系统结构多媒体教程课件_第十章 性能评价与测量
计算机体系结构 量化研究法PPT课件
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3. 实际机器和虚拟机器
所谓固件(Firmware),是一种具有软件功能的硬件，例如 将软件固化在只读存储器这种大规模集成电路的硬、器件 上，就是一种固件。
以软件为主实现的机器称为虚拟机器，以区别于由硬件 或固件实现的实际机器。
虚拟机器不一定全由软件实现，有些操作也可用固件或
硬件实现。例如操作系统的某些命令可用微程序或硬件实
第 1 章 计算机系统结构的基本概念
1.1 计算机系统的多级层次结构 1.2 计算机系统结构、 组成与实现 1.3 计算机系统的软硬取舍、性能评测及定量设计原理 1.4 软件、应用、器件对系统结构的影响 1.5 系统结构中的并行性发展和计算机系统的分类
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1.1 计算机系统的多级层次结构
1.计算机系统的多级层次结构划分角度 2.各机器级间实现的主要方式 3.实际机器和虚拟机器 4. 多级层次结构划分的意义
➢ IBM370系列的都有相同的机器指令和汇编指令系统，只 是指令的分析、执行在低档机上采用顺序进行，在高档机 上则采用重叠、流水或其他并行处理方式。
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图1-2IBM370系列的概念性结构
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➢ 数据形式(即数据表示)都是相同的32位字长，定点数都
是半字长16位或全字长32位，浮点数都是单字长32位、双
现。
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4.多级层次结构划分的意义
将计算机系统看成是多级机器构成的层次结构推动了计 算机系统结构的发展。
例如，可以重新调整软、硬件比例，为各级提供更多更好的硬件支 持，改善硬、器件迅速发展而软件日益复杂、开销过大的状况；或直接 用硬件或固件实现，发展高级语言机器或操作系统计算机结构。
浙教版信息技术选修2 1.4 多媒体计算机系统 课件ppt（18张PPT）
工作原理：主轴马达驱动光盘告诉旋转，靠近光盘（并不 接触）的激光读出头，以发射出去的激光被反射回来的强 弱的变化来判断光盘的光道上存储的数据是0还是1。
性能指标：每秒能输出的字节数即数据传输率。
1.4.2常见多媒体硬件设备-声卡
多媒体计算机硬件系统构成简图
数 麦扬码 克声乐 风器器
音频
声卡
图形图像 输入输出(I/O)接口
扫数 绘 描码 图 仪相 仪
机
触 摸数 屏字 显投 示影 器仪
显卡
主机
磁 带 摄影电 像碟视 机机机
视频采集卡 视频 基本设备
输入输出(I/O)接口
光打网 驱印口
机
1.4.2常见多媒体硬件设备-光驱
1、光盘驱动器
5．扫描仪的作用是可以将各种形式的图像信息输入计算机 ，它的基本工 作原理是将反映图像特征的光信号转换成计算机可以接受的电信号，再
进行A/D转换及处理，产生相应的数字信号输入计算机。其中的A/D是指 将 模拟 信号转换为 数字 信号。
6．数码相机拍摄的照片是数字化的图像数据，可以直接输入计算机进行 处理？
及与各种外部设备连接的控制接口卡等）
二、多媒体软件系统（包括操作系统、驱动软件、数据处理
软件、编辑和媒体创作集成软件及各种应用软件等）
1.4.1多媒体计算机配置标准的演变
多媒体计算机(MPC) 的最低硬件配置标准规定多媒体计算 机应至少包括5部分：
1、个人计算机（PC）
2、光盘驱动器
3、声卡
1.4.2常见多媒体硬件设备-数码相机
5、数码照相机
数码相机拍摄的照片数据可直接输入计算机处理。 原理：利用电荷耦合器件（CCD）将镜头捕获的光信号
《多媒体计算机系统》PPT课件
4．光盘驱动器
光盘驱动器硬件通常包括三个部件：CD-ROM驱动器、电缆和控制卡
。
最新的采用IDE接口的光盘驱动器可以使用PC机本身的多功能卡和硬盘线。如果是
SCSI接口的光盘驱动器则应当有SCSI卡支持，也可以单独购买SCSI卡和电缆。
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2.1.3音频卡
音频卡是处理和播放多媒体声音的关键部件，它通过插入主板扩展 槽中与主机相连。卡上的输入／输出接口可以和相应的输入／输出设备 相连。常见的输入设备是麦克风、收录机和电子乐器等，常见的输出设 备是扬声器和音响设备等。音频卡从声源获取声音后，进行模拟／数字 转换或压缩等处理，然后存入计算机中进行处理。音频卡还可以把经过 计算机处理的数字化声音通过解压缩、数字／模拟转换后，送到输出设 备进行播放或录制。音频卡可以支持语音和音乐等录制或播放，同时它 还提供MIDI接口，以便连接电子乐曲。如何安装以及使用音频卡进行声 音信息的处理将在第三章中介绍。
CD-ROM是只读光盘（compact disc-read only memory）的英文缩写 ，它是由音频光盘发展而来的一种小型只读存储器。
1．CD-ROM的特点 ⑴标准化 ⑵存储容量大 ⑶只读属性 ⑷播放CD音乐 ⑸交叉平台兼容性 ⑹快速的检索方法 ⑺多种媒体融合 ⑻价格低廉
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2.1.2光盘驱动器
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第二章 多媒体计算机系统
多媒体系统硬件 多媒体系统软件 多媒体计算机体系结构
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2.1 多媒体系统硬件
提到多媒体设备，许多人马上想到声卡和光盘驱动器。多媒体设备包括 所有可以处理多媒体数据的设备。例如，多媒体数据的输入、编辑、输出、 存储等设备。可以说能解决任何特定多媒体问题的外部设备都是多媒体硬件 设备。为什么大家认为声卡和光盘驱动器是多媒体设备呢？因为声卡解决了 声音的输入和输出问题，而光盘驱动器实现了大量多媒体数据的存储问题。 多媒体计算机系统是指能对文本、图形、图像、音频、动画和视频等多媒体 信息，进行逻辑互连、获取、编辑、存储和播放等功能的一个计算机系统。 该系统的组成通常有两种途径：一是直接设计和实现的多媒体系统；二是在 已有的计算机基础上通过增加多媒体升级套件而扩展成为多媒体系统。通常 多媒体系统由多媒体硬件系统、多媒体操作系统、多媒体创作工具和多媒体 应用系统等四部分组成。
计算机体系结构完整讲义ppt课件
• 计算机的更新换代
– 第一代：电子管计算机 – 第二代：晶体管计算机
硬件设计公理： 越小越快
– 第三代：中小规模集成电路
– 第四代：大或超大规模集成电路
– 第五代：VLSI(甚大规模集成电路)
计算机性能的大幅度提高和更新换代，一方面依靠 器件的不断更新，同时也依赖系统结构的不断改进。
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二 按计算机系统成本分类
• 是对计算机系统中各机器级之间界面的划 分和定义，以及对各级界面上、下的功能 进行分配
– 1964年，IBM/360系列机的总设计工程师G.M. Amdahl、G.A. Blauw、F.P. Brooks等人提出。 也称体系结构。
– 是从程序员的角度所看到的系统的属性，是 概念上的结构和功能上的行为
• 1.2.2 计算机系统的设计方法
• ---软硬件舍取的基本原则 • ---计算机系统设计者的主要任务 • ---计算机系统设计的基本方法 （三种）
• 计算机语言：是用以描述控制流程的、 有一定规则的字符集合
– 语言不是专属软件范畴，可以介属于计算机 系统的各个层次，具有不同作用
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1.1.1计算机系统的多级层次结构
从使用语言的角度上，将计算机系统 看成按功能划分的多级层次结构
机器、汇编、高级、应用语言
低级
高级
后者比前者功能更强、使用更方便；
而前者是后者发展的基础，在单条指令的 执行速度相比较，前者更快。
•第1章 •第2章 •第3章 •第4章 •第5章 •第6章
计算机系统设计基础 数据表示与指令系统性能分析 流水技术和向量处理 阵列计算机 多处理机系统 数据流计算机
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第1章 计算机系统设计基础
• 1.1 计算机系统的基本概念 • 1.2 计算机系统的设计技术 • 1.3 计算机系统的性能评价 • 1.4 计算机系统结构的发展
《计算机系统结构》电子教案
《计算机系统结构》电子教案第一章：计算机系统结构概述1.1 计算机系统结构的概念解释计算机系统结构的基本概念强调计算机系统结构在计算机科学中的重要性1.2 计算机系统结构的分类介绍冯·诺伊曼结构介绍哈佛结构介绍堆栈式结构1.3 计算机系统结构的研究内容介绍计算机系统结构的研究内容强调计算机系统结构与计算机组成原理的区别第二章：中央处理器（CPU）2.1 CPU的基本组成介绍CPU的基本组成部件强调控制单元、算术逻辑单元（ALU）、寄存器的作用2.2 指令执行过程解释指令执行的过程强调取指、译码、执行、访存、写回的步骤2.3 CPU性能指标介绍CPU性能指标的概念强调时钟频率、流水线深度、指令吞吐量等指标的重要性第三章：存储系统3.1 存储器层次结构介绍存储器层次结构的概念强调高速缓存（Cache）、主存储器（RAM）、辅助存储器（硬盘、固态硬盘）的关系3.2 缓存机制解释缓存机制的原理强调缓存命中、缓存未命中的概念3.3 虚拟存储器介绍虚拟存储器的概念强调页表、分页机制的作用第四章：输入输出系统4.1 I/O系统的组成介绍I/O系统的组成部件强调I/O设备、I/O控制器、中断处理的作用4.2 中断机制解释中断机制的原理强调中断服务程序、中断优先级的概念4.3 DMA（直接内存访问）介绍DMA的概念强调DMA在数据传输中的优势第五章：总线与接口5.1 总线的概念与分类介绍总线的概念强调总线的作用与分类5.2 总线协议解释总线协议的概念强调地址总线、数据总线、控制总线的作用5.3 接口技术介绍接口技术的基本概念强调串行接口、并行接口、USB接口等常见接口技术的作用第六章：计算机系统性能评估6.1 计算机系统性能评估概述解释计算机系统性能评估的目的和重要性介绍性能评估的基本概念和指标6.2 性能评估指标介绍计算机系统性能评估的主要指标，如CPU性能、内存性能、I/O性能等强调不同指标的重要性和适用场景6.3 性能评估方法介绍常用的性能评估方法，如模拟、基准测试、实证分析等强调评估过程中可能遇到的问题和解决方案第七章：并行计算机系统7.1 并行计算机系统概述解释并行计算机系统的概念和特点强调并行计算的优势和挑战7.2 并行计算机体系结构介绍常见的并行计算机体系结构，如SIMD、MIMD、多核处理器等强调不同体系结构的特点和应用场景7.3 并行算法与编程介绍并行算法的基本概念和设计方法强调并行编程的技巧和挑战第八章：计算机网络基础8.1 计算机网络概述解释计算机网络的概念和作用介绍计算机网络的基本组成和架构8.2 网络协议与分层模型解释网络协议的概念和重要性介绍常见的网络分层模型，如OSI模型和TCP/IP模型8.3 网络互联设备与技术介绍网络互联设备的作用和分类，如交换机、路由器、网桥等强调不同网络技术的特点和应用场景第九章：计算机安全9.1 计算机安全概述解释计算机安全的重要性介绍计算机安全的常见威胁和攻击手段9.2 安全机制与协议介绍计算机安全的基本机制和协议，如加密、身份认证、访问控制等强调不同安全机制的适用场景和局限性9.3 安全实践与策略介绍计算机安全的实践方法和策略强调安全意识和安全措施的重要性第十章：计算机系统发展趋势10.1 计算机系统发展趋势概述介绍计算机系统发展的历史和现状强调未来计算机系统的发展趋势和挑战10.2 新一代计算机体系结构介绍新兴的计算机体系结构，如量子计算机、神经形态计算等强调这些新型计算机体系结构的特点和潜在应用10.3 未来计算机系统技术挑战介绍未来计算机系统可能面临的挑战和问题强调持续研究和创新的重要性重点和难点解析重点环节1：计算机系统结构的概念与重要性需要重点关注的概念：计算机系统结构的基本概念，包括冯·诺伊曼结构、哈佛结构和堆栈式结构等。
计算机系统结构课件
2.1.1.1 浮点数的组成 浮点数的组成与人们通常所说的“科学记数法”非常相似，唯一不同的是各部分 均为有限位数，如下所示
它的主要参数有8个：
m ── 尾数，一般为纯小数，符合规格化原则（即最高位的绝对值不为0）， 用原码或补码表示；
e ── 阶码，整数，常用移码表示（见下文解释）；
= 1.25×80%×ICA×1.1×CYCLEA = 1.1×ICA×CYCLEA < Te_A 这时B机器快一些。
Sn
• 题12 （P33）
20
Amdahl定律公式，代入已知量
Se=20变成一元函数
10.5
Sn=20/(20-19Fe)
用三点作图法作出关系曲线。
1.8
1
0
0.5
2001.9.1
计算机系统结构
•
= 1.25×80%×ICA×1.25×CYCLEA
•
= 1.25×ICA×CYCLEA > Te_A
• 显然A机器快一些。
2001.9.1
计算机系统结构
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例题选讲（5）
• 例1.5（P12） Te公式，改动上题中CYCLEB =1.1 ×CYCLEA，则最后
Te_B = 1.25×ICB ×CYCLEB
汇编语言机器
汇编语言程序员 （使用汇编语言）
（经汇编程序翻译成机器语言、操作系统原语）
操作系统语言机器 操作系统用户 （使用操作系统原语）
（经原语解释子程序翻译成机器语言）
传统机器语言机器 传统机器程序员（使用二进制机器语言）
（由微程序解释成微指令序列）
微指令语言机器 微指令程序员 （使用微指令语言）
计算机系统性能评估：介绍计算机系统性能评估的基本方法、工具和实践
计算机系统性能评估：介绍计算机系统性能评估的基本方法、工具和实践引言随着计算机技术的不断发展和普及，计算机系统的性能评估变得越来越重要。
无论是现代企业的服务器集群，还是个人电脑的性能提升，都需要通过系统性能评估来优化和改进。
计算机系统性能评估是一项综合性的工作，涉及到硬件、操作系统、应用程序等多个方面。
本文将介绍计算机系统性能评估的基本方法、工具和实践，帮助读者全面了解和掌握这一重要领域。
性能评估的重要性计算机系统性能评估对于各个领域的计算机应用都是至关重要的。
在企业中，一台高性能的服务器能够带来更好的业务处理能力，提升效率和降低成本。
在个人电脑领域，一台性能强大的电脑能够提供更流畅的用户体验，让用户能够更好地完成各种任务。
性能评估的重要性有以下几个方面：1.优化资源利用：通过性能评估，我们可以了解计算机系统的资源利用情况，包括处理器、内存、硬盘等各个方面。
通过优化资源的利用效率，我们可以提高系统的整体性能。
2.发现瓶颈与问题：在系统性能评估中，我们可以找出系统中的性能瓶颈和问题，并采取相应的措施来解决。
比如，在一个网络服务器中，可能会出现网络带宽限制、硬盘读写速度慢等问题，通过性能评估可以及时发现并解决这些问题。
3.预估系统容量：通过性能评估，我们可以预估系统的容量，为后续的业务扩展和升级提供参考。
比如，在一个电子商务网站中，我们可以通过性能评估来预估服务器的负载情况，为后续的用户增长提供相应的扩展方案。
4.产品评估和选择：在购买计算机产品时，性能评估是一个非常重要的指标。
通过综合考量系统的性能指标，我们可以选择适合自己需求的计算机产品，避免因为性能不足而导致的使用困扰。
综上所述，计算机系统性能评估对于系统优化、问题解决和产品选择都具有重要的意义。
下面我们将介绍计算机系统性能评估的基本方法、工具和实践。
基本方法在进行计算机系统性能评估时，我们可以采用多种方法来评估系统的性能。
这些方法可以根据实际情况的不同进行选择和组合使用。
计算机系统的性能测试与评估方法
计算机系统的性能测试与评估方法随着计算机技术的不断发展，计算机系统的性能测试与评估成为了必不可少的环节。
通过对计算机系统进行性能测试与评估，可以了解系统的实际性能，并对系统进行优化和改进。
下面将详细介绍计算机系统的性能测试与评估方法。
一、性能测试方法性能测试是通过模拟系统负载、监测和度量系统响应时间、吞吐量、资源利用率等指标来评估系统的性能。
以下是常见的性能测试方法：1. 压力测试（Stress Testing）：该测试方法通过逐渐增加系统负荷，以测试系统在超出正常工作负荷范围时的性能。
可以模拟多用户同时访问系统、异常情况下的处理能力等。
2. 负载测试（Load Testing）：该测试方法模拟各种实际工作负载，测试系统在不同负荷下的性能表现。
常见的负载测试包括并发用户数、数据量、事务数等方面的测试。
3. 容量测试（Capacity Testing）：该测试方法主要用于测试系统支持的最大负荷能力，可以评估系统的可扩展性。
通过增加负载，观察系统的性能表现，找到系统连接数、数据库容量、带宽等方面的瓶颈。
4. 可靠性测试（Reliability Testing）：该测试方法主要用于评估系统在高负荷环境下的稳定性和可靠性。
通过长时间运行系统、模拟异常情况、断电恢复等，测试系统在各种不可控环境下的性能。
二、性能评估方法除了进行性能测试外，还需要进行性能评估，以便更好地了解系统的表现和改进方向。
以下是常见的性能评估方法：1. 响应时间评估：通过测量系统对各种请求的响应时间，评估系统的实际性能。
可以从用户角度出发，考察系统的响应速度是否满足用户需求。
2. 吞吐量评估：通过测试系统在单位时间内能够处理的请求数量，评估系统的并发处理能力。
可以从系统角度出发，考察系统的承载能力和响应效率。
3. 资源利用率评估：通过监测系统在不同负荷下的资源利用情况，评估系统的资源利用率和效率。
可以从资源的角度出发，找出系统的瓶颈和优化方向。
计算机系统结构课件详解演示文稿
设操作数的有效地址
( X d ) (B2 ) (B2 0000) d2
由分析器内的地址加法器形成。由于通常情况下，“分析” 周期等于主存周期，所以，从时间关系上要求在“分析”周 期的前半段，就能由通用寄存器输出总线取得(B2)，送入地址 加法器。由于运算结果是在“执行”周期的末尾才送入通用 寄存器组的，它当然不能立即出现在通用寄存器输出总线上。
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图 5.4 当第k条指令是条件转移时
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• 例一、数据相关。
• 第K+1条指令的源操作数正好是第K条指令结果地址，顺 序解释没问题，而重叠解释时，在“执行K”和“分析 K+1”重叠时就出现问题
• 相关：因程序相邻指令之间出现了关联，为防止出错他们不能同时 解释。这种现象称发生了”相关“，有数据相关和指令相关。
也就是说，在“执行k”得到的、送入通用寄存器的运算结果 来不及作为“分析k+2”的基址值用，更不用说作为“分析 k+1”的基址值用。因此，虽然是一次重叠，但基址值相关(B
相关)就不止会出现一次相关，还会出现二次相关。即当出现
B(k+1)=L3(k) 时 ， 称 为 发 生 了 B 一 次 相 关 ； 而 当 出 现 B(k+2)=L3(k)时，称为发生了B二次相关，如图5.10所示。
计算机系统结构课件详解演示 文稿
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优选计算机系统结构课件
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5.1 重叠解释方式
5.1.1 基本思想和一次重叠
取指令
分析
执行 t
图 5.1 对一条机器指令的解释
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取指令:按指令计数器的内容访问主存,取出该指令送指令
计算机网络—评价网络的性能指标 ppt课件
发送时延 =
数据块长度（比特） 信道带宽（比特/秒）
传播时延：电磁波在信道中需要传播一定的距 离而花费的时间。
传播时延 =
信道长度（米）
信号在信道上的传播速率（米/秒）
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处理时延：为存储转发进行处理所花费的 时间。
排队时延：结点缓存队列中分组排队所经 历的时延，取决于网络中当时的通信量。
若使总时延为最小，问分组的数据部分长度p应为多大？
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问：在怎样的条件下，分组交换的时延比电路
交换要小？（提示：k段链路有几个结点）
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在分组交换网中，设报文长度和分组长度分别为x和 （p+h）bit，其中p为分组的数据部分的长度，而h为 每个分组所带的控制信息固定长度，与p的大小无关。通 信的两端共经过k段链路。链路的数据率为b（b/s）， 传播时延和结点的排队时间均可忽略不计。
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区分：b/s与B/s
计算机网络中，以比特（bit）为单位进行 数据传输，因此描述网速的单位为b/s
计算机中，以字节（Byte）为单位描述数 据，因此计算机传输数据的速率单位为B/s
其中1Byte=8bit
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2. 带宽
模拟传输网（电话网）：
信号具有的频带宽度，单位是赫（或千赫、兆 赫、吉赫等）。
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时延与网络利用率的关系
根据排队论的理论，当信道的利用率增大时， 该信道引起的时延迅速增加。
若令 D0 表示网络空闲时的时延，D 表示网络当 前的时延。在适当的假定条件下，可以用下面
的简单公式表示 D 和 D0之间的关系：
D D0 1U
整理[计算机]计算机系统的性能评价技术与方法
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计算机系统的性能评价技术与方法前言：计算机发展初期，人们用简单的技术指标（如加法速度、存储容量）描述计算机性能，用简单的测量方法收集计算机运行信息。
随着计算机系统不断更新，系统性能问题日趋复杂，逐步开展硬件和软件监测工具的研究，应用概率论、排队论建立系统分析模型的研究，以及应用数字模拟技术进行计算机系统模拟。
60年代初，一些用于描述离散事件的模拟语言问世。
从60年代中期起，开始研究计算机系统性能评价的概念、方法和工具，逐渐形成计算机科学技术的一个分支学科。
就目前而言，主要的性能评价技术有以下方法：时钟频率、执行速度、处理速率等。
本文将在下面的内容中就这些方法做出比较详细的解释和说明。
1、时钟频率：对于一个计算机系统而言，速度是很重要的一项。
计算机系统的时钟速度是以频率来衡量的。
晶体振荡器控制着时钟速度，在石英晶片上加上电压，其就以正弦波的形式震动起来，这一震动可以通过晶片的形变和大小记录下来。
晶体的震动以正弦调和变化的电流的形式表现出来，这一变化的电流就是时钟信号。
而内存本身并不具备晶体振荡器，因此内存工作时的时钟信号是由主板芯片组的北桥或直接由主板的时钟发生器提供的，也就是说内存无法决定自身的工作频率，其实际工作频率是由主板来决定的。
计算机的时钟频率在一定程度上反映了机器速度，一般来说，主频越高，速度越快。
但是相同频率、不同体系结构的机器，其速度可能会相差很多倍，因此还需要用其他方法来测定机器性能。
2、等效指令速度：等效指令速度是在指令执行速度的基础之上进阶发展的一种评测标准。
随着计算机指令系统的发展，指令的种类大大增加，用单位指令的MIPS值来表征机器的运算速度的局限性日益暴露，因此就出现了改进的办法，我们称之为吉普森(Gibson)混合法或等效指令速度法。
等效指令速度法统计各类指令在程序中所占比例，并进行折算.设某类指令i在程序中所占比例为wi，执行时间为ti，则等效指令的执行时间为：T= ∑(wi*ti)其中n为指令的种类数。
计算机的性能及其评估标准PPT课件
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2.2.2 衡量CPU性能的公式
CPI的计算
n
CPI执行整个程 程 序 序 所 中 需 的 要 指 的 令 C总 PU 数 时钟周期数＝i1CIPNIi Ii
n
CPIi
i1
IINi
Ii表示第i类指令在程序中的执行次数，CPIi表示 执行一条第i类指令所需的平均时钟周期数， n为 程序中的指令种类数。
CPU时间
CPU工作的时间，不包含I/O等待时间及运行 其它程序的时间。
用户CPU时间：CPU真正执行用户代码的时间
系统CPU时间：CPU执行OS代码所占用的时间
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2.2.1 衡量计算机性能的主要标准
系统CPU时间难测的原因:
1. 不同的机器用不同的OS 2. 系统CPU时间是由OS自身测量的 3. OS系统代码在有些机器上也算用户代码
(1) 追求高性能指标的设计； (2) 追求低成本的设计； (3) 高性价比的设计。
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2.2 计算机性能和性价比
1. 衡量计算机性能的主要标准(时间和速率) 2. 衡量CPU性能的公式 3. MIPS和MFLOPS
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2.2.1 衡量计算机性能的主要标准
响应时间
在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 访问磁盘和主存储器的时间、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。
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2.2.3 MIPS和MFLOPS
除了采用MFLOPS，还有以下表达方式： (1) FLOPS：每秒1次浮点运算； (2) GFLOPS：每秒10亿次浮点运算； (3) TFLOPS：每秒1万亿次浮点运算； (4) PFLOPS：每秒1千万亿次浮点运算。
计算机系统的软硬取舍性能评测及定量设计原理PPT学习教案
Amdahl定律（续）
定义了加速比的大小
加速比
采用改进措施后的性能 没有采用改进措施前的性能
没有采用改进措施前执行某任务的时间
采用改进措施后执行某任务的时间
Told
1
Tnew (1 fnew) fnew / rnew
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Amdahl加速比（续）
可改进部分占用的时间 f new 改进前整个任务的执行时间
(2) CPU2：在分支指令中包括比较过程
在两种CPU中，条件分支指令都占用2个时钟周期而 所有其它指令占用1个时钟周期，对于CPU1，执 行的指令中分支指令占20%；由于每个分支指令 之前都需要有比较指令，因此比较指令也占20% 。
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由于CPU1在分支时不需要比较，因此假设它的 时钟周期时间比CPU2快1.25倍。哪一个CPU更快 ？
1 0.6 0.4
1 0.64
1.56
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例1-3-4
采用哪种实现技术来求浮点数平方根FPSQR 的操作对系统的性能影响较大。假设FPSQR 操作占整个测试程序执行时间的20%。 一种实现方法是采用FPSQR硬件，使FPSQR 操作的速度加快到10倍。 另一种实现方法是使所有浮点数据指令的速 度加快，使FP指令的速度加快到2倍，还假设 FP指令占整个执行时间的50%。请比较这两 种设计方案。
CPI= 75%×1.33+25%×2=1.5 显然，提高所有FP指令处理速度的方案要比提高FPSQR
处理速度的方案要好。方案2的加速比=2/1.5= 1.33
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例1-3-6
假设我们考虑条件分支指令的两种不同设计方法如 下：
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- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
性能评价的标志
计量单位： 定 点 整 数 指 令 每 秒 运 算 百 万 次 的 MIPS （Million Instruction Per Second） 浮点指令每秒运算百万次的MFLOPS（Million FLOating-point instruction Per Second）。
性能评价的标志
计算机系统中CPU的主频往往决定了机器周 期的长短，从某种意义上说它能反映计算机 的速度。显然主频越高，计算机运行的速度 就越快。 用指令运行速度来表示机器的速度。由于指 令种类很多，且执行时间又不一样，在程序 中各类指令使用频度又存在很大的差异，因 此出现了好多种评价的方法。
定义
计算机性能评价： 计算机系统对原始数据进行逻辑推算；
计算机性能测量： 采用基准测试程序包来度量计算机系统 的性能。
性能评价的标志
计算机系统性能的主要标志是计算机速度。 随着计算机系统结构的发展和复杂化，仅从 计算机速度来反映计算机系统性能就不合适 了。应该从对计算机系统的硬件、软件等各 个方面进行更为准确的评价，才能全面反映 计算机系统的性能。 计算机系统的速度仍然是衡量计算机系统性 能最直接和最主要的标志之一。
性能评价的标志
随着指令系统的发展，仅用加法指令运算速 度已不能很好地反映机器速度，出现了“等 效指令速度法”。它是通过取各类指令在程 序中的比例（ω i ）进行折算来获得的。若 每类指令的执行时间为ti ，则等效指令的执 行时间T为： T=Σ ω i ti 机器的等效指令速度V为： V=1/T
性能评价的对象
性能评价的对象是整个计算机系统。但计算机系统是 包括硬件、软件等复杂的系统，又与工作环境、工 作方式、应用对象等有密切的关联，所以要明确地 划清计算机系统的环境（边界环境），其中最主要 的是工作负载。所谓工作负载就是加到系统上的服 务需求量，它可以是一个作业对CPU工作时间的需 求量、存储空间的需求量、I/O工作的需求量以及软 件资源的需求量等等。工作负载模型可以是自然负 载模型，也可以是研究者建立的负载模型，而且精 确建立的负载模型可以节约评价时间和开销。实际 上性能评价最困难的工作是选定有代表性的工作负 载模型。
性能评价的标志
现在性能评测都采用了所谓的“基准测试程 序法”标准，如SPEC Mark、LINPACK等。 选用最频繁使用的核心程序段、包括编译、 I/O操作等的典型程序段，甚至人为地编制能 涉及各方面操作的考核程序，将它们混合起 来作为评价机器速度的标志统的使用价值， 即性能价格比。广泛的性能含义包括系统处理能力、 响应速度、工作效率、可靠性、可使用性、可维护性 等。这些性能；既有可定量的指标，也有不可定量的 指标；既有可客观测定的，也有很大程度上取决于评 价者的主观性；而且与系统的应用环境、工作负载、 求解问题规模的大小密切相关；当然系统的价格是决 不能忽视的重要因素。所以在讨论计算机系统的性能 时不能脱离实际条件。
性能评价的手段
• 在选定工作负载后，就要利用评价手段收集有关系统 性能的数据，这就要用评价技术来实现。现在主要有 测量技术（有实际系统存在、并可从系统直接测得数 据）和模型技术（只能从模型来测得数据）。
性能的评价
究竟怎样的系统结构是最好的？一般来说系统结构 的性能不应只以程序执行速度来度量，而应该用实 际解题效率来度量。但是前者容易度量且可量化， 而后者很难度量，因此前者被广泛地使用和交流。 在专业性讨论时，又往往用后者更能说明问题。 中科院的联想LSSC-II机群系统运行国际标准的 Linpack基准程序HPL，使用512个处理器求解 153600阶线性方程组，实测性能达到每秒1.027万亿 次浮点运算。
计算机系统结构 -性能评价与测量
概论
用户总希望能以最小的代价，最有效地利用系 统的一切资源，使之具有尽可能高的信息处理 能力，以满足需要。因此用户总是不断地追求 计算机系统的性能价格比的改善，迫切需要了 解对计算机系统进行性能评价的结果。 设计人员又要不断地提高计算机系统的性能价 格比，不断地对计算机系统的性能进行评价和 测量。计算机性能评价是指计算机系统对原始 数据进行逻辑推算；计算机性能测量是指采用 基准测试程序包来度量计算机系统的性能。