【系統分析師之路】第十三章 系統配置與性能評價（視頻筆記）
性能指標（★）
阿姆達爾選擇方案（★★★）
性能評價方法（★★★）
- 性能指標（★）
| 時鐘週期 | Clock Cycle | 又稱爲主頻和CPU時鐘頻率，時鐘週期是時鐘頻率的倒數。如主頻爲1GHz，則說明1秒鐘有1G個時鐘週期，每個時鐘週期爲1ns。 |
| 指令週期 | Instruction Cycle | 取出並執行一條指令的時間 |
| 總線週期 | Bus Cycle | 也就是一個訪存儲器或IO端口操作所用的時間。 |
| 平均執行週期數 | Clock Cycle Per Instruction | CPI表示每條計算機指令執行所需的時鐘週期，有時簡稱爲指令的平均週期數。CPI=執行程序所需要的時鐘週期數/所執行的指令條數 |
指令週期，總線週期，時鐘週期之間的關係：一個指令週期由若干個總線週期組成，而一個總線週期時間又包含有若干個時鐘週期。一個指令包含若干個時鐘週期。時鐘數：進行一次運算的最小單位。
使用虛存的計算機系統如果主存太小，則頁面交換的頻率將增加，CPU的使用頻率就會降低，因此應當增加更多的內存。
| MIPS | 每秒處理的百萬級的機器語言指令數，主要用於衡量標量機性能。 |
| MFLOPS | 每秒百萬個浮點操作，不能反映整體情況，只能反映浮點運算情況。主要用於衡量向量機性能。 |
指令平均時鐘數＝（指令條目數×指令時鐘數） /總指令條目數
運算速度＝1/指令平均時鐘數×時鐘頻率 單位（MIPS）
對時鐘頻率爲400MHz的某計算機進行測試，測試程序使用四種類型的指令，每種指令的數量及每種指令的指令時鐘數CPI如表所示。該計算機指令平均時鐘數爲2.24，該計算機的運算速度爲178.6MIPS。
指令類型 指令條數 指令時鐘數CPI 1 120000 1 2 36000 2 3 24000 4 4 20000 8 解答：
指令條目數×指令時鐘數=120000*1 + 36000*2 + 24000*4 + 20000*8 = 448000；
總指令條目數=120000+36000+24000+20000=200000
指令平均時鐘數＝（指令條目數×指令時鐘數） /總指令條目數 = 448000 / 200000 = 2.24
運算速度（單位MIPS）＝1/指令平均時鐘數×時鐘頻率=1/2.24 * 400MHZ=178.6MIPS
假設單個CPU性能爲1，則由n個這種CPU組成的多處理機系統的性能P爲 p=n/（1+（n-1）a )
其中a是一個表示開銷的常數， 例如a=0.1，n=4時，p約爲3。
也就是說由4個這種CPU組成的多機系統性能約爲3，該公式表明，多機系統的性能有一個上限，不管n如何增加，P都不會超過某個值，當a=0.1時，這個上限是10。
解答：可以用求極限和帶入法兩種方法來求。
方法1：P= n /（1+（n-1）0.1 ) ，n無窮大時，公式裏面的常數是可以忽略不計的，於是P=n /0.1n≈10
方法2：值帶入法可以看到P的值（性能值）無限接近於10。
當n=1時，P= 1 /（1+（1-1）0.1 ) =1
當n=5時，P= 5 /（1+（5-1）0.1 ) =5/1.4=3.6
當n=10時，P= 10 /（1+（10-1）0.1 ) =10/1.9=5.26
當n=100時，P=100 /（1+（100-1）0.1 ) =100/10.9=9.17
當n=1000時，P=1000 /（1+（1000-1）0.1 ) =1000/100.9=9.91
- 阿姆達爾選擇方案（★★★）
阿姆達爾其實就是爲了解決局部性能優化的問題。如果提升每個部件的話，那麼成本會相當的高。於是就提升部分的部件來加速系統的性能。
它的定義是對系統某組件採用某種更快的執行方式，所獲得的系統性能的改變程度，取決於該組件被使用的頻率，或所佔總執行時間的比例。
加速比：系統不進行優化和進行優化的比值。
加速比的計算公式如下： R=不使用改進組件完成整個任務的時間/使用改進組件完成整個任務的時間
加速比主要取決於兩個因素
1）在原有的系統上，能被改進的部分在總執行時間中所佔的比例。這個值 稱爲改進比例，它總是小於1。
2）通過改進的執行方式所取得的性能的提高，即如果整個系統使用了改進的執行方式，那麼系統的速度會有多少的提高，這個值等於在原來的條件下，系統的執行時間與使用改進組件後系統的執行時間之比。它總大於1。
假設某一功能的處理時間爲整個系統運行時間的60%，若使該功能的處理速度提高至原來的5倍，則根據阿姆達爾定律，整個系統的處理速度可提高至原來的1.923倍。
計算方法：1/（0.6/5 + 0.4）
- 性能評價方法（★★★）
| 時鐘頻率法 | 以時鐘頻率高低衡量速度 |
| 指令執行速度法 | 表示機器運算速度單位是MIPS。單位時間內能夠處理指令的數量。 |
| 等效指令速度法 | 通過各類指令在程序中所佔的比例進行計算得到的。特點是考慮了指令比例不同的問題。它也叫吉普森混合法。 |
| 數據處理速率法 | 用PDR值的方法來衡量機器性能，PDR值越大機器性能就越好。特點是綜合考慮CPU和存儲。 |
| 綜合理論性能法 | 首先算出處理部件每個計算單元的有效計算率，在按不同的字長加以調整，得出該計算單元的理論性能 |
| 考慮每一個處理部件計算單元的有效計算率。而不光光只考慮CPU和存儲這些的東西。 | |
| 所有組成該處理部件的計算單元的理論性能之和即爲CTP。使用每秒百萬次理論運算MTOPS。 | |
| 基準程序法 | 把應用系統中用得最多最頻繁的那部分核心程序作爲評估計算機性能的標準程序，稱爲基準測試程序（benchmark）。基準程序法是目前一致承認的測試系統性能較好的方法。就是跑分軟件。 |
基準測試：運行一個標準程序對多種計算機系統進行檢查，以比較和評價他們的性能。
真實的程序 -》核心程序 -》小型基準程序 -》合成基準程序。
| SPEC基準程序 | 是一種測試計算機完成單項任務有多快，稱爲速度測試；另一種是測試計算機在一定時間內能完成多少項任務，稱爲吞吐率測試。 |
| TPC基準程序 | TPC是事務處理委員會，基準程序用以評測計算機在事務處理，數據庫處理，企業管理與決策支持系統等方面的性能。該基準程序的評測結果用每秒完成的事務處理數TPC來表示。 |