计算机体系结构 -- 第一章3 -- 设计的定量原理

文章目录

• 体系设计的定量原理
• • 加快经常性事件速度
  • • Amdahl定律
    • CPU性能公式
• 访问局部性原理

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体系设计的定量原理

加快经常性事件速度

• 可以提高计算机整体性能

Amdahl定律

系统的某个部件由于采用更快的执行方式后，整个系统的性能提高
整体性能 与 这种执行方式的使用频率 or 占总执行时间 的比例有关

物理意义：可以告诉我们一项改进措施可以使整个系统的性能提高多少

例题：

CPU性能公式

一些概念：

• 时钟周期：计算机运行周期，表示程序执行时间
• 每个指令的平均周期数CPI：= CPU时钟周期数目 / IC ------一个程序中包含多个指令，不同指令可拥有不同时间周期数，多个指令的时间周期数的平均值就是CPI
• 指令的条数：IC

CPU时间 = CPU时钟周期数 / 频率
CPU时间 = CPU时钟周期数 * 时钟周期长
CPU时间 = (IC * CPI) * CPU周期

• 时钟周期长：大多数计算机时钟速度是固定的

总结：CPU时间取决于3个因素：1、 CPU指令条数 2、时钟频率 3、每条指令所花的时钟周期数

CPU时钟周期总数的方法：
CPU时钟周期数 = 求和（CPI * I）
注：I–指令i所需的平均时钟周期数

提高CPU性能:

1. 降低CPI： 方式提高时钟频率，BUT这属于元件上的改进很难
2. 增加流水线：BUT工艺上有很大的困难
3. 针对部分指令设计专门的部件，使得原部件和新的部件并行运行
   
   

访问局部性原理

1. 时间局部性：最近或将来访问的指令或数据
2. 空间局部性：地址邻近的地方容易访问