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。
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2.3.1 评估计算机性能的基准测试程序
浮点操作次数 MFLOPS=
执行时间×106
MFLOPSTEIF1N06 其中，IFN表示程序中的浮点运算次数。
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2.2.3 MIPS和MFLOPS
MFLOPS可以比较不同机器的浮点运算能力, 但有局限性: (1) MFLOPS不仅和机器有关，也和所用测试程序有关； (2) 不同机器的浮点指令不同； (3) MFLOPS与整数、浮点数操作的混合比例有关。
时钟频率40MHz，求MIPS？ 精品课件
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2.2.2 衡量CPU性能的公式
例2-1 P26
比较指令 20%
转移指令 20%
其它指令 60%
CPIA＝0.2*2+0.8*1=1.2 TCPUA＝INA*1.2*TCA=1.2INA*TCA
CPIB＝0.25*2+0.75*1=1.25 TCPUB＝INB* CPIB *TCB
IN表示要执行的程序中的指令总数，CPI表示执行每条 指令所需的平均时钟周期数， TC表示每个时钟周期的 时间长度。 公式意义
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2.2.2 衡量CPU性能的公式
CPU性能依赖于三个参量: IN，CPI，TC； 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 IN —指令集系统结构和编译技术
为了评价计算机性能的不同方面，计算机专家们从设 计的应用中归纳出一系列测试程序，用来测试机器的 软件和硬件的综合性能，我们称这些测试程序为基准 程序。
分类
实际应用程序 核心基准程序 简单基准程序 合成基准程序
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2.3.1 评估计算机性能的基准测试程序
上个世纪70年代中期，Cleve Moler和他的同事在 美国国家自然科学基金的资助下开发了Linpack和 EISPACK的Fortran子程序库，这两个程序库是解 线性方程和特征值问题的，代表当时矩阵计算软 件的最高水平。
MIPSTEIN106＝IN
IN CPITC106
CPIRC106
其中，TE表示程序的执行时间，RC表示时钟频率。仅适合于标量机。
MIPSV TTRVef MIPSRef
其中，MIPSV表示待评估机的MIPS，TV表示程序在待评估机上的执行时间，
MIPSV表示参考机的MIPS，TV表示程序在参考机上的执行时间，
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2.2.3 MIPS和MFLOPS
注意： (1)MIPS与指令集有关,不适于比较不同指令集结构的机器； (2)不同程序测同一台计算机会得到不同的MIPS值； (3)MIPS反映的性能可能会与实际情况相反。
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2.2.3 MIPS和MFLOPS
2. MFLOPS—百万条指令数/秒
=0.8INA*1.25*1.25TCA=1.25INA*TCA
3/5
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2.2.3 MIPS和MFLOPS
1. MIPS—百万条指令数/秒
指令数 MIPS = -----------------------
执行时间×106
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2.2.3 MIPS和MFLOPS
1. MIPS—百万条指令数/秒
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2.2.2 衡量CPU性能的公式
例. 计算CPU时间
已知指令使用频度和各类指令的 CPI:
操作
频率
时钟周期数
ALU 操作
43%
1
Loads
21%
2
Stores
12%
2
Branch
24%
2
CPI = 43%×1＋21%×2＋12%×2＋24%×2
=1.57 TCPU = IN×1.57×TC
计算机系统结构
第2章 计算机的性能及其评估标准
孙志海 杭州电子科技大学计算机学院 szh@ 2011年10月
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第2章 计算机的性能及其评估标准
2.1 引言
2.2 计算机性能和性价比
2.3 计算机性能的评估标准
2.4 计算机成本和价格
精品课件能的原因 计算机系统设计的三种选择
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例. 假设两台计算机为X和Y，“X比Y快”的意思是 对于给定任务，X的响应时间比Y少。
X比Y快n倍：
响应时间
= nY
响应时间 X
响应时间与性能成反比，上式变成
n = 响响应应时时间=间YX
1
=性能 Y
1 性能 X
性能 X 性能 Y
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2.2.2 衡量CPU性能的公式
CPU时间
TC P UINC P ITC