计算机组织与设计软硬体介面ppt课件

第二章效能的角色,效能(Performance),測量、報告、與結論做出明智的抉擇看穿市場銷售的伎倆各個會影響效能的因素：對於不同的程式，為何有些硬體的效能比其他的好？不同程式會有不同的效能硬體如何影響系統的效能？我們是否需要一個新的機器或新的作業系統指令集如何影響效能,哪一架飛機有最好的效能？,飛機載客量續航力(mi)速度(mph)波音737-100101630598波音7474704150610BAC/SudConcord格拉斯DC-8-501468720544,Concorde比747快多少?=反應時間(responsetime)的問題747的載客量比道格拉斯DC-8多多少?=生產量(throughput)的問題,電腦效能：時間、時間、時間,反應時間(responsetime)等待多久才執行我的工作？等待多久才執行一個工作？在查詢資料庫時，我要等多久？生產量(throughput)機器一次可以執行多少工作什麼是平均執行率(averageexecutionrate)?一次完成多少工作？如果換上一個新的處理器來升級電腦，有什麼增進呢？生產量呢？如果實驗室多買一台新的電腦，又是如何呢？,執行時間,Elapsedtime(實耗時間)完成一件工作所花的全部時間(包含：磁碟、記憶體存取、I/O.等)使用者親身體驗到的是elapsedtime，但它並不適合用來做比較CPUtime(CPU時間)不包括I/O時間和執行其他程式的時間CPUtime可在分為系統時間(systemtime)和使用者時間(usertime)重點：CPU時間真正執行程式中一行一行指令所花的時間,效能的定義,對於在機器X上面執行某些程式：效能X=1/執行時間X機器X比Y快n倍：效能X/效能Y=n問題:機器A執行程式花了20秒機器B執行相同的程式花了25秒,時脈週期,以時脈週期為單位來表示執行時間：時脈“tick”指示硬體何時該開始動作:時脈週期時間(clocktime)=一個完整的時脈週期(如2ns)=每個時脈週期花費幾秒時脈率或時脈速率(clockrate或frequency)=(1Hz.=1cycle/sec)時脈率200Mhz.為時脈週期時間,如何改進效能,所以為了改善效能，你能做的有：,_程式需要的時脈週期數,或_時脈週期時間,或另一種說法_時脈率,一個程式需要多少時脈週期？,可以假設時脈週期的數目常數*指令數目？這個假設是錯誤的，不同的指令在不同的電腦上有不同的時脈週期數目為什麼？暗示：還記得這些機器指令嗎，這不是C語言的程式碼,time,不同的指令有不同的時脈週期數目,乘法比加法花費更多的時間浮點運算比整數運算耗時存取記憶體比存取暫存器耗時重點：改變時脈週期時間，通常會改變不同指令所需的時脈週期數目,time,範例,現在我們有一個程式在電腦A上執行需要10秒，電腦A的時脈率為400MHZ。我們試著幫助一個電腦設計者去建構一台新的機器B，好讓執行我們的程式只需6秒。這個設計者可以使用新的(也許更貴的)技術來改善時脈率，但是他告訴我們這項改變卻會影響CPU中的其他部分的設計，而導致機器B對於想同的程式需要1.2倍於機器A的時脈週期數目。所以我們應該告訴設計者時脈率應提升到多少才能達成我們的目標？別緊張，這利用一些基本的原理就可以算出來了。,現在我們對於時脈的瞭解,給定一個程式需要：一些指令數目一些時脈週期數目一些秒數下面這些字彙我們已講解過他們的意義：時脈週期時間(cycletime)：secondspercycle時脈率(clockrate)：cyclespersecondCPI：cyclesperinstructionMIPS(millionsofinstructionspersecond)每秒的百萬指令數目,效能,執行時間決定效能好壞有任何變數和效能意義相同嗎？#執行一個程式花費多少時脈?#一個程式有多少指令?#一秒有幾個時脈?平均一個指令多少時脈?平均一秒有幾個指令?陷阱：想想看這些能象徵效能的變數中的其中一個是否就真的能代表效能。,CPI範例,假設我們要製作兩個相同指令集的架構instructionsetarchitecture(ISA)對於一些程式來說機器A的時脈週期時間為10ns,CPI為2.0機器B的時脈週期時間為20ns,CPI為1.2哪一台機器比較快，快多少？如果兩台機器有相同的ISA，那麼下列那一項永遠相等?時脈率、CPI、執行時間、指令的數目、MIPS,關於指令的範例,編譯程式設計人員想要在兩套程式碼之間作選擇，根據硬體的製作，總共有三種不同型態的指令：種類A、種類B、種類C，分別各需要1、2、3的時脈週期數。第一段程式碼有：2個種類A的指令、1個種類B的指令、2個種類C的指令第二段程式碼有：4個種類A的指令、1個種類B的指令、1個種類C的指令。哪一段程式碼比較快，快多少？他們的CPI值又各為多少？,關於MIPS的範例,現有兩個編譯器其時脈速率為100MHZ，給定一台機器，和上例類似此機器一樣有三種型態的指令：種類A、種類B、種類C，分別各需要1、2、3的時脈週期數。這兩個編譯器被用來製作軟體。第一個編譯器製作出的程式碼：使用5百萬個種類A的指令、1百萬個種類B的指令、1百萬個種類C的指令。第二個編譯器製作出的程式碼：使用1千萬個種類A的指令、1百萬個種類B的指令、1百萬個種類C的指令。根據MIPS，哪一段程式碼比較快，快多少？根據執行時間，哪一段程式碼比較快，快多少？,效能評估程式(benchmark),作為評效效能最好的工具，就是真正的應用軟體。工作量(workload)各種應用軟體:編譯器/編輯器、科學計算軟體、圖形軟體等小的評估程式對於設計者比較好用比較容易標準化可能會被誤用SPEC(SystemPerformanceEvaluationCooperative)外面公司認同這些程式及輸入。仍然可能被誤用評定效能的指標,SPEC89,兩種編譯器的效能比，其中一種為增強型,SPEC95,SPEC95,將時脈速率加倍是否能將效能提升兩倍一個時脈速率較低的機器能獲得較高的效能嗎？,Amdahl定律,改進後的執行時間範例：假設一個程式在某台機器上要執行100秒，而乘法運算就佔了80秒，假設我們想讓程式變成現在的4倍快，試問乘法部分需改善多少才能達到要求？那如果要到達5倍快，要如何做？原則：讓常出現的部分加快,範例,假設我們加速一台機器，使得其浮點運算變成5倍快。如果在加速前一些效能評估程式測試此程式的執行時間為10秒，那麼若只花5秒來執行浮點運算程式，則加速(speedup)為多少?假如我們希望達到3倍的加速，那麼浮點運算的執行時間應該為多少？,記住,不同的程