计算机体系结构（一）——量化设计的基本原则

ゝ一世哀愁。 2024-02-19 21:04 6阅读 0赞

**目录**

一、大概率事件优先原则

二：Amdahl定律

三、程序的局部性原理

四、CPU性能

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## 一、大概率事件优先原则 ##

基本思想：对于大概率事件，赋予它优先处理权和资源使用权，以获取全局的最优效果。

其实就是2/8法则在计算机领域的使用，集中精力去解决最大的矛盾，获取事半功倍的而效果。

## 二：Amdahl定律 ##

系统性能加速比，受限于该部件在系统中所占的重要性（定量计算）；

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系统加速比依赖的两个因素：1、**可改进比率**、2、**部件加速比**

**可改进比率：**可改进部分在原系统计算时间中所占的比率（T1/T0），它总是小于1的。

![20190720100259699.png][]

T1是可改进部分的时间(绿色部分)；T0是整个系统的计算时间（红色部分）

**部件加速比：**可改进部分改进以后的性能提高。（改进前需要时间）/（改进后需要时间）；它一般是>=1的，代表着改进后，总的执行时间缩短了。

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公式剖析和意义：

总的执行时间 = 不可改进时间 + 改进后的时间

（1）性能增加递减规律。仅仅对计算机的一部分进行改进，改进获得的收益越来越小，想想CPU和存储。

（2）不可加速部分决定计算机的性能。短板效应，剩下的都是硬伤。

（3）带宽平衡。计算机的提升是整体性能的提升而不是某一个部件的最优化。

## 三、程序的局部性原理 ##

程序的时间局部性：程序即将用到的信息很可能就是目前正在使用的信息。

程序的空间局部性：程序即将用到的信息很可能与目前正在使用的信息在空间上相邻或者相近。

这是因为程序总是趋向于最近使用过的数据和指令，也就是说程序在执行时访问存储器地址 分布不是随机的，而是相对的簇聚。

## 四、CPU性能 ##

CPU性能公式：

CPU时间 = 总时钟周期数 / 时钟频率
    
    
    总时钟周期数 = CPI * IC   (这个概念非常重要，计算机的性能优化会在这一块大做文章)
    
    IC ：指令数，反映了计算机指令集的结构和编译技术
    
    CPI ：指令时钟数，即执行一条指令所花费的时间
    
    时钟频率：反映了计算机实现技术、生产工艺和计算机组织
    
    所以，CPU性能公式还可以写成：
    
    总CPU时间 = CPI * IC / 时钟频率

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