p3计算机性能评价

教学目标

• 掌握计算机性能评价理解软件和硬件设计对电脑影响
• 重点：计算机性能评价 阅读书《computer organization and design 》第一章第四小节
• 考虑性能之前先考察成本

CPU封装：将芯片固定在塑胶 或者陶瓷上 塑胶工作温度 0-70度 如果有其他要求-25度-85 这时需要陶瓷封装（见的比较少 一般都是塑胶封装 ）

陶瓷封装的成本比塑胶高很多

芯片成本控制：硅切成圆晶片的的价格 圆晶片上包含的集成电路大小 芯片的合格率 芯片的面积 CPU里面集成了几十亿个二极管

计算机的两者性能 ：响应时间 and 吞吐率 从应用的角度看计算机每小时完成的操作数 从指令集角度看（计算机每分钟能处理多少浮点运算）

不同的应用场景用户需求不同

吞吐率高的场景：视频音频的播放

吞吐量高响应时间短：ATM web服务器  速度快

提高计算机性能两种方法 ：更换更高级的cpu（响应速度会更快  吞吐率提高 这就是钱的力量哈哈） 增加cpu（？？？盲猜意思应该是增加内核数 2核 4 核 8核 12核这样）结果：单个任务处理速度不会变快 要避免一核有难 八核看戏这种情况  响应时间和吞吐率的变化互相影响

计算机性能的基本评价cpu执行时间 打开应用的速度差别  如何用时间衡量呢

• 同样的工作量 时间花费更少的那一台

用户感应的响应时间 ：发送作业到电脑上 用户等待的时间/   但是这个时间不是cpu真正的执行时间

cpu执行时间：运行用户的代码 + 执行操作系统一些指令代码的时间或称（系统代码）

其他时间：磁盘的响应速度 例如固态和机械 放在固态里面的数据访问速度会更快 机械则比较慢因为机械硬盘寻找数据需要把磁头放在对应的轨道上需要花时间寻找 而固态硬盘 的数据不要去找直接拿就可以用 系统放在固态里开机速度会比放在机械更快

Cpu性能指标：cpu在执行用户代码所需的时间

 

计算机指令集：机器语言 指令集的设置 就像大楼的建筑师画图一样先把图纸话出来然后看设计的满意不满意

指令格式 实现功能的代码

 

计算机硬件设计：用什么材料 性能会更好 类似甲方和乙方 甲方提要求不管乙方用什么办法只要能做到就行只看结果 用什么架构

例子：计算机需要提供乘法服务要用乘法指令集 计算机硬件用什么材料实现电脑上使用乘法指令集方法

 

计算机组成：实现乘法用硬件乘法器 还是加法位移器实现乘法指令

 

计算机实现技术 ：具体执行采用什么工艺（ECL TTL CMOS）

CPL减少会增加时钟周期长度

缩短时钟周期可能会增加指令条数

改变IS介绍指令数会让时钟周期变长

最少指令条数也不一定会让程序执行速度变快 就像代码少一样实现功能单维护起来就不方便了 程序执行时间不仅和指令多少有关还和类型有关系（+ - .....） 比如1x2的运算方式用 乘法指令的速度慢 不如有位移法计算向左位移 或者用+ 法（只适合运算小数字使用）

指令集结构（从程序员角度来看）

• 寄存器的个数
• 32位还是64位
• 主存地址大小 （B byte）（b bit）

数据类型

• int  long short float double 这些都是类型
• 计算机中数据表示用 编码完成 原码 补码 反码

所以衡量计算机的方面又很多不能只让某一面很强 其它地方却很弱这样反而会影响性能适得其反

CPI 主要考虑计算能力 存储能力 和I/O能力的平衡

例子：有一个程序在机器A上执行跑了 10秒 主频是4Ghz 想提高性能 设计一台机器B 同样的程序跑起来从10秒降低了 6秒 增加了主频 CPI多了1.2倍 主频8GHZ 但是实际功率并没有做到 A机器的两倍 从理论上来说主频翻倍 那么性能也应该翻倍  机器B 应该是五秒但是实际上是六秒 why？ 因为主频提高了但是机器B的cpl命令执行速度周期变长了

单周期处理器是指所有指令一拍就完成但这样的性能是最差的 cpl=1 因为计算1的计算标准是以完成的一拍中最慢的程序为标准 跑五个程序 前四个程序跑的都很快 最后一个跑了一分半 拉夸了 虽然它也是一拍完成的

机器A 时钟周期250ps 平均CPI2 机器B时钟周期 500ps

相同指令对同一个程序来说序列一样翻译过来的指令条数也一样 CPU 平均cpl1.2 主频慢 cpl小了 问那台机器快 

cpu a  =  I X 2.0 X 250 = 500 x I (ps)    # I 程序包含指令条数

cpu a  =  I X 1.2 X 500 = 600 x I (ps)

主频快了cpl会变长 主频慢了cpl会变短  

 

性能的定义：程序的响应时间或者系统的吞吐量 表示机器或系统的整体性能 

CPU性能定义：用户程序的cpu执行时间

各样性能指标关系 

cpu执行时间 =CPU时钟周期数  x 时钟周期 

时钟周期和和时钟频率互为倒数

cpu时钟周期数 = 程序指令数  x 每条指令的平均时钟周期数cpl