系统量化研究方法 ¶

CPU 性能 ¶

• CPU 执行时间 = CPU 时钟周期数 * CPU 时钟周期时间 = CPU 时钟周期数 / CPU 时钟频率
• IC：Instruction Count，指令数
• CPI：Cycle Per Instruction，每条指令的时钟周期数
  • 由 CPU 硬件决定
  • 不同的指令也会有不同的 CPI，平均 CPI 取决于指令的组合方式
  • CPI = CPU 时钟周期数 / IC
  • CPU 执行时间 = IC * CPI / CPU 时钟频率

Amdahl 定律 ¶

• Amdahl 定律指出了，当提升系统性能时，有多大的收益受限于被提升的部分所占的运行时间比例
• \(T_\text{improved} = \dfrac{T_\text{affected}}{\text{improvement factor}} + T_\text{unaffected}\)
• 加速比 Sp = 改进后的运行时间 / 改进前的运行时间
• \(T_\text{new} = T_\text{old}\times \left((1-f)+\dfrac{f}{Sp}\right)\)
• \(Sp_\text{overall} = \dfrac{T_\text{old}}{T_\text{new}} = \dfrac{1}{(1-f)+\dfrac{f}{Sp}}\)
  • 其中 \(Sp\) 为被优化部分的加速比，\(Sp_\text{overall}\) 为整体加速比，\(f\) 为被优化部分所占的运行时间比例

经典的体系结构思想 ¶

• 摩尔定律
  • 每过 18-24 个月，集成电路的晶体管数量将增加一倍
• 使用抽象来简化设计
• 让最常见的情况更快
• 通过并行来提高性能
  • 由很多级别的并行，比如指令集并行、进程并行等
• 通过流水线来提高性能
  • 将任务分为多段，让多个任务的不同阶段同时进行
  • 通常用来提高指令吞吐量
• 通过预测来提高性能
• 使用层次化的内存
  • 让最常访问的数据在更高层级，访问更快