定量分析技术

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：

$$ 总执行时间_{改进后}=\frac{可改进比例* 总执行时间_{改进前}}{部件极速比}+不可改进比例总执行时间_{改进前} =总执行时间_{改进前} [(1-可改进比例)+ \frac{可改进比例}{部件加速比}] 系统加速比=\frac {总执行时间_{改进前}} {总执行时间_{改进后}} =\frac {1}{(1-可改进比例)+\frac{可改进比例}{部件加速比}} $$

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。

$$ CPU时间=CPU时钟周期数时钟周期时间 =\sum\limits_{i=1}^n{(CPU_iIC_i)* 时钟周期时间} $$

$$ = \frac{\sum\limits_{i=1}^n{(CPI_iIC_i)}}{IC} = \sum\limits_{i=1}^n{(CPI_i \frac{IC_i}{IC})} $$

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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