【文章內(nèi)容簡介】 不執(zhí)行比較，故： ICB = ? ICA 因此 CPUB性能為： 總 CPU時(shí)間 B = ICB ? CPIB ? 時(shí)鐘周期 B = ? ICA ? ? ( ? 時(shí)鐘周期 A) = ? ICA ? 時(shí)鐘周期 A 在這些假設(shè)之下，盡管 CPUB執(zhí)行指令條數(shù)較少，CPUA因?yàn)橛兄痰臅r(shí)鐘周期，所以比 CPUB快。 定量分析技術(shù)基礎(chǔ) Computer Architecture 如果 CPUA的時(shí)鐘周期時(shí)間僅僅比 CPUB快 ，則 時(shí)鐘周期 B = ? 時(shí)鐘周期 A CPUB的性能為： 總 CPU時(shí)間 B = ICB ? CPIB ? 時(shí)鐘周期 B = ? ICA ? ? ( ? 時(shí)鐘周期 A) = ? ICA ? 時(shí)鐘周期 A 因此 CPUB由于執(zhí)行更少指令條數(shù)，比 CPUA運(yùn)行更快 。 定量分析技術(shù)基礎(chǔ) Computer Architecture 定量分析技術(shù) 4. 程序的局部性原理 程序在執(zhí)行時(shí)所訪問地址的分布不是隨機(jī)的，而是相對地簇聚；這種簇聚同時(shí)存在于指令訪問和數(shù)據(jù)訪問中。 ◆ 程序的時(shí)間局部性： 程序即將用到的信息很可能就是目前正在使用的信息。 ◆ 程序的空間局部性： 程序即將用到的信息很可能與目前正在使用的信息在空間上相鄰或者臨近。 Computer Architecture 定量分析技術(shù) 用 Amdahl定律分析并行加速 現(xiàn)實(shí)世界的計(jì)算過程從來不會(huì)按照簡單的串并行來區(qū)分，實(shí)際上，也幾乎沒有計(jì)算過程能純粹地劃歸為串行或者并行實(shí)現(xiàn)的 絕大多數(shù)軟件會(huì)包含 可并行 和 不可并行（串行）的操作 Computer Architecture 定量分析技術(shù) ? p： 處理器數(shù)； ? W：問題規(guī)模（計(jì)算負(fù)載、工作負(fù)載） WS： 應(yīng)用程序中的串行分量 WP：應(yīng)用程序中可并行分量 W = WS +WP ? 串行分量比例（ f = WS/W） ? 并行分量比例（ 1f = WP/W） ? S：加速比 Computer Architecture 定量分析技術(shù) 53 ? ?/( 1 ) ( 1 )11 1 ( 1 )SPSPWWSW W pf W f W f f pffW fpffWpp???? ? ? ?? ? ??? ????加速比 1:PSf? ? ? 處理機(jī)數(shù) 加速比 Computer Architecture 定量分析技術(shù) 例 如 果 想 用 100 個(gè) 處 理 器 達(dá) 到 80 的 加 速 比 ， 求原計(jì)算程序中串行部分所占比例 。 解 Amdahl定律為 得出： f＝ 可以看出要用 100個(gè)處理器達(dá)到 80的加速比，串行計(jì)算的部分只能占 %。 1 ( 1 )pSpf? ??100801 (10 0 1 ) f? ??Computer Architecture 定量分析技術(shù) 例 如果一個(gè)程序中 80%的部分能完全并行化 ， 剩下 20%串行執(zhí)行 ， 問用 100 個(gè) 處 理 器 能 達(dá) 到 多 少 加 速 比 ？ 忽略所有因并行產(chǎn)生的額外開銷 。 解 Amdahl定律為 這時(shí)用 100 個(gè)處理器只能達(dá)到 倍的加速比 100 1 ( 1 ) 1 99 pSpf? ? ?? ? ? ?Computer Architecture 定量分析技術(shù) 56 例 當(dāng)處理器數(shù)目 p =1024， 加速比公式如下： 102410241 ( 1024 1 ) 1 1023pSff? ??? ? ?Computer Architecture 定量分析技術(shù) Gustafson定律 ? 除非特定研究，在實(shí)際應(yīng)用中沒有必要固定工作負(fù)載而 讓 計(jì)算程序運(yùn)行在不同數(shù)目的處理器上，增多處理器必須相應(yīng)地增大問題規(guī)模才有實(shí)際意義 ? 對大多數(shù)問題，問題規(guī)模的改變只會(huì)改變計(jì)算中并行計(jì)算量，而不會(huì)改變串行計(jì)算量 Computer Architecture 定量分析技術(shù) 58 39。/( 1 )( 1 )( 1 )S P S PS P S PW pW W pWSW p W p W Wf W p f Wf p f f W f W????? ? ???? ? ? ???? 并行計(jì)算是為了解決大規(guī)模計(jì)算問題，可并行部分的比例是可擴(kuò)大的 加速比與處理器數(shù)成斜率為（ 1f）的線性關(guān)系 串行比例 f 不再是并行擴(kuò)展的瓶頸 Computer Architecture 定量分析技術(shù) 評測的性能指標(biāo)： 執(zhí)行時(shí)間 和 吞吐率 采用什么性能指標(biāo)，與測試者看問題的角度有關(guān)。 一般用戶： 單個(gè)程序的 執(zhí)行時(shí)間 （執(zhí)行 單個(gè) 程序所花的時(shí)間） 數(shù)據(jù)處理中心的管理員： 吞吐率 （在單位時(shí)間里能夠 完成的任務(wù) ） 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能評測 Computer Architecture 定量分析技術(shù) 執(zhí)行時(shí)間可以有多種定義： ? 計(jì)算機(jī)完成某一任務(wù)所花費(fèi)的全部時(shí)間 : 包括磁盤訪問、存儲器訪問、輸入 /輸出、操作系統(tǒng)開銷等。 ? CPU時(shí)間： CPU執(zhí)行所給定的程序所花費(fèi)的時(shí)間，不包含 I/O等待時(shí)間以及運(yùn)行其他程序的時(shí)間。 – 用戶 CPU時(shí)間： 用戶程序所耗費(fèi)的 CPU時(shí)間。 – 系統(tǒng) CPU時(shí)間： 用戶程序運(yùn)行期間操作系統(tǒng)耗費(fèi)的 CPU時(shí)間。 Computer Architecture 定量分析技術(shù) 假設(shè)兩臺計(jì)算機(jī)為 X和 Y， X比 Y快 的意思是： 對于給定任務(wù)， X的執(zhí)行時(shí)間比 Y的執(zhí)行時(shí)間少。 X的性能是 Y的 n倍，即 而執(zhí)行時(shí)間與性能成反比，即 執(zhí)行時(shí)間 Y 執(zhí)行時(shí)間 X =n n= = = 執(zhí)行時(shí)間 Y 執(zhí)行時(shí)間 X 性能 Y 1 性能 X 1 性能 X 性能 Y Computer Architecture 定量分析技術(shù) 通用評測方法 : (1) 采用基于測試的方法，如以測試程序的執(zhí)行時(shí)間為度量 。 (2) 采用基于分析的方法，如通過對主頻、 CPI 、各類指令的計(jì)數(shù)等的分析來獲得 。 Computer Architecture 定量分析技術(shù) 2 .基準(zhǔn)測試程序 ： （按測試可靠性由高至低的順序列出） (1) 真實(shí)程序 (2) 核心程序 (3) 小測試程序 (4) 合成測試程序 Computer Architecture 定量分析技術(shù)基礎(chǔ) 2. 測試程序組件 選擇一組各個(gè)方面有代表性的測試程序， 組成一個(gè)通用測試程序集合。 最大優(yōu)點(diǎn)： 避免了獨(dú)立測試程序存在的片面性，盡可能全面地測試了一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能。 基本測試程序 SPEC 科學(xué)與工程計(jì)算性能 LINPACK Computer Architecture 定量分析技術(shù)基礎(chǔ) 臺式計(jì)算機(jī)的基準(zhǔn)測試程序套件可以分為兩大類： 處理器性能測試程序 圖形性能測試程序 ? SPEC89： 用于測試處理器性能。 10個(gè)程序（ 4個(gè)整數(shù)程序， 6個(gè)浮點(diǎn)程序） 演化出了 4個(gè)版本 SPEC92： 20個(gè)程序 SPEC95： 18個(gè)程序 SPEC2022： 26個(gè)程序 SPEC CPU2022： 29個(gè)程序 Computer Architecture 定量分析技術(shù)基礎(chǔ) SPEC CPU2022 整數(shù)程序 12個(gè)（ CINT2022） 9個(gè)是用 C寫的， 3個(gè)是用 C++寫的 浮點(diǎn)程序 17個(gè)（ CFP2022） 6個(gè)是用 FORTRAN寫的， 4個(gè)是用 C++寫的， 3個(gè)是用 C寫的， 4個(gè)是用 C和 FORTRAN混合編寫的。 為真正的程序經(jīng)過精簡并最小化 I/O活動(dòng)而形成 , Computer Architecture 定量分析技術(shù)基礎(chǔ) 針對桌面計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)支持 OpenGL庫的性能 : SPECviewperf 針對桌面計(jì)算機(jī) 圖形密集型應(yīng)用的性能： SPECapc 針對 文件服務(wù)器性能： SPECSFS 針對網(wǎng)絡(luò) 文件服務(wù)器性能： SPECWeb 針對事務(wù)處理領(lǐng)域 ： TPC測試程序組件（主要測試事務(wù)處理的吞吐能力） Computer Architecture 定量分析技術(shù)基礎(chǔ) 基于 Windows的 PC機(jī)方面： ? PCMark04 包括中央處理器測試組 、 內(nèi)存測試組 、 圖 形芯片測試組 、 硬盤測試組等 。 ? Business Winstone 2022 主要用于測試計(jì)算機(jī)系統(tǒng)商業(yè)應(yīng)用的綜合 性能 。 ? Multimedia Content Creation Winstone 2022 主要用于測試計(jì)算機(jī)系統(tǒng)多媒體應(yīng)用的綜合性能 。 Computer Architecture 定量分析技術(shù)基礎(chǔ) 對高性能計(jì)算機(jī)： ?機(jī)器的理論峰值速度 ?用戶能得到的實(shí)際速度 ?加速比、效率 ?可擴(kuò)展性： 隨著計(jì)算負(fù)載的增加和機(jī)器規(guī)模的擴(kuò)大，計(jì)算系統(tǒng)的性能是否隨著處理器的數(shù)目的增加而按比例的增加 Computer Architecture 定量分析技術(shù)基礎(chǔ) 系統(tǒng)評估： 單位時(shí)間內(nèi)能完成的 工作量 工作量： ? 執(zhí)行的指令數(shù) ：計(jì)算單位為百萬條 ? 每秒執(zhí)行多少百萬條指令 （ MIPS） ? 完成的浮點(diǎn)運(yùn)算數(shù) ：計(jì)算單位為百萬次 ? 每秒執(zhí)行多少百萬次浮點(diǎn)運(yùn)算 （ MFLOPS） ? GFLOPS(10億 )