[體系結構學習筆記1-3] 計算機系統的評價標準

[體系結構學習筆記1-3] 計算機系統的評價標準

[1.3.1] 性能

1. MIPS（Million Instructions Per Second）

• Fz爲處理機的工作主頻
• CPI (Cycles Per Instruction)爲每條指令所需的平均時鐘週期數
• IPC (Instruction Per Cycle)爲每個時鐘週期平均執行的指令條數

2. MFLOPS（Million Floating Point Operations Per Second）

• 只能反映機器執行浮點操作的性能，並不能反映機器的整體性能（如編譯性能）
• 基於浮點操作而非指令，比較適合用於衡量處理機中向量運算性能
• 會隨着整數和浮點數的比例、快遞浮點操作與慢速浮點操作的比例不同而不同
• 一般認爲 1 MFLOPS≈1 MIPS

3. 性能的比較

計算機的性能通常用峯值性能和持續性能來評價
持續性能的表示

• 算數性能平均值
• 調和性能平均值
• 幾何性能平均值
  

算術性能平均值

算術性能平均值$A_m$是$n$道程序運算速度或運算時間的算術平均值

• 以速度評價
  $A_m=\frac{1}{n} ∑_{i=1}^nR_i =\frac{1}{n} ∑_{i=1}^n\frac{1}{T_i}$

其中$R_i$是第i個程序的執行速率；$T_i$是第i個程序的執行時間

• 以執行時間評價
  $A_m=\frac{1}{n} ∑_{i=1}^nT_i$

• 加權算術平均（在工作負荷中各個程序出現的比例不同）
  $A_m=∑_{i=1}^nα_i R_i =∑_{i=1}^n\frac{α_i}{T_i}$

調和性能平均值

• 調和性能平均值$H_m$（以時間評價）
  $H_m=\frac{n}{∑_{i=1}^n\frac{1}{R_i} }=\frac{n}{∑_{i=1}^nT_i } =\frac{n}{T_1+T_2+\dots+T_n}$

$H_m$的值與運行全部程序所需要的時間$∑_{i=1}^nT_i$ 成反比，用他來衡量計算機的時間（速度）性能比較準確

• 加權調和平均
  $H_m=\Big(∑_{i=1}^n{α_i T_i}\Big)^{−1}=\Big(∑_{i=1}^n\frac{α_i}{R_i} \Big)^{−1}$

幾何性能平均值

• 幾何性能平均值$G_m$
  $G_m=\sqrt[n]{∏_{i=1}^nR_i} =\sqrt[n]{∏_{i=1}^n\frac{1}{T_i}}$

對不同機器進行性能比較時，可以對性能採取歸一化處理，以某一臺機器的性能作爲參考標準，即$R_i$是第$i$個程序相對於參考機器歸一化後的運行速率

幾何平均速度與所參考的機器無關，不論哪臺機器做參考機， $G_m$均能夠正確反映結果的一致性： $G_m>1$的機器性能相對較好， $G_m<1$的機器的相對性能較差