定量分析技术基础.ppt

《定量分析技术基础.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《定量分析技术基础.ppt（31页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、1.5定量分析技术基础,1.5.1 计算机性能的评测,响应时间：从事件开始到结束之间的时间，也称为执行时间。(计算机完成某一任务所花费的全部时间)流量：在单位时间内所能完成的工作量。,相同点：都认为能够以最短时间完成指定任务的 计算机就是最快的。不同点：响应时间针对单任务，而流量针对多任务。,第一章 计算机体系结构的基本概念,响应时间与性能成反比，上式变成n=,1.假设两台计算机为X和Y，“X比Y快”的意思是 对于给定任务，X的响应时间比Y少。X比Y快n倍：=n,用户CPU时间 系统CPU时间,2.CPU时间 CPU工作的时间，不包含I/O等待时间及运行 其它程序的时间。,1.5 定量分析技术

2、基础,1.5.2 测试程序,1.目前常用的测试程序可以分为五类：（按测试可靠性由高至低的顺序列出）(1)实际应用程序(2)修正的（或者脚本化）应用程序(3)核心测试程序(3)小测试程序(4)合成测试程序,1.5 定量分析技术基础,2.测试程序组件 选择一组各个方面有代表性的测试程序，组成一个通用测试程序集合。最大优点：避免了独立测试程序存在的片面性，尽 可能全面地测试了一个计算机系统的性能。最常见的测试程序组件是基于UNIX的SPEC 主要版本包括SPEC89、SPEC92、SPEC95和SPEC2000等。,1.5 定量分析技术基础,表1.7SPEC不同版本所包含测试程序的演化过程,表1.8

3、SPEC CPU2000测试程序组件中的程序,SPEC2000测试程序组件，除了含有测试CPU的 SPEC CPU2000，还包括其他一系列测试程序组 件：,SPECviewperf 用于测试图形系统支持OpenGL库的性能 SPECapc 测试图形密集型应用的性能 SPECSFS 基于NFS文件系统的文件服务器测试程 SPECWeb Web服务器测试程序,1.5 定量分析技术基础,TPC测试程序组件 事务处理（Transaction-processing，TP）测试程序主要测试在线事务处理系统的性能。核心内容：数据库访问和相关的信息决策能力。,TPC-A TPC-C 模拟一个复杂队列环境。T

4、PC-H 一个特别的决策支持模型，其队列执 行时间特别长。,1.5 定量分析技术基础,TPC-R 模拟面向一组标准队列的商业决策支持 系统，涉及到DBMS的优化。TPC-W 基于Web的商业事务处理活动。,面向事务处理的测试程序组件主要用于测试服务器的性能。测试基于Microsoft公司的Windows系列操 作系统平台的测试组件,1.5 定量分析技术基础,PCMark04 包括中央处理器测试组、内存测试组、图 形芯片测试组、硬盘测试组等。Business Winstone 2004 主要用于测试计算机系统商业应用的综合 性能。Multimedia Content Creation Winst

5、one 2004 主要用于测试计算机系统多媒体应用的综合性能。,1.5 定量分析技术基础,SiSoft Sandra Pro 2004 拥有超过30种以上的分析与测试模组，主要包括有CPU、存储器、I/O接口（如SCSI、APM/ACPI、网络等）、I/O设备（如CD-ROM/DVD、鼠标、键盘、打印机等）、主板 等。,1.5 定量分析技术基础,3DMark03 主要测试显卡性能和DirectX的性能。Prime95 用来估计分布式计算程序的通信情况，可使计算机高负荷运转，所以也用来测试计 算机的稳定性。SuperPi/SuperE 计算圆周率/自然指数e的软件，通常 用来测试CPU的稳定性。

6、,一些专门的性能指标测试程序,1.5 定量分析技术基础,1.5.3 性能设计和评测的基本原则,三条基本原则和方法：,1.大概率事件优先的原则 对于大概率事件（最常见的事件），赋予 它优先的处理权和资源使用权，以获得全局的 最优结果。2.Amdahl定律 加快某部件执行速度所获得的系统性能 加速比，受限于该部件在系统中所占的重要性。,1.5 定量分析技术基础,(1)加速比,系统加速比依赖于两个因素：可改进比例：可改进部分在原系统计算时间中所占的 比例，它总是小于等于的。例如:一个需运行60秒的程序中有20秒的运算 可以加速，那么该比例就是20/60。,系统加速比=,部件加速比：可改进部分改进以后

7、的性能提高，一般情况下它是大于的。例如:系统改进后执行程序，其中可改进部分花 费2秒的时间，而改进前该部分需花费5秒，则性能提高为5/2。,1.5 定量分析技术基础,总执行时间改进后=(1-可改进比例)总执行时间改进前+=(1-可改进比例)+总执行时间改进前,总执行时间改进后=不可改进部分的执行时间+可改进部分改进后的执行时间,系统加速比为改进前与改进后总执行时间之比:系统加速比=,(2)Amdahl定律：性能递减规则 如果仅仅对计算机中的一部分做性能改 进，则改进越多，系统获得的效果越小。推论：如果只针对整个任务的一部分进行优化，那么所获得的加速比不大于1/(1-fe)。(3)一个“好”的计

8、算机系统：具有高性价比的计 算机系统是一个带宽平衡的系统，而不是看它 使用的某些部件的性能。,1.5 定量分析技术基础,3.程序的局部性原理 程序在执行时所访问地址的分布不是随机 的，而是相对地簇聚；这种簇聚包括指令和数 据两部分。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 临近。,1.5 定量分析技术基础,1.5.4 CPU的性能1.将程序执行的时间进行分解(1)计算机工作的时钟频率 计算机系统中与实现技术和工艺有关的因素。单位是MHz(f)。(2)总时钟周期数,程序执行的cpu时间:,

9、CPU时间=总时钟周期数/时钟频率,1.5 定量分析技术基础,2.“指令时钟数”CPI(Cycles Per Instruction)一个与计算机体系结构有关的参数。,CPI=总时钟周期数/IC,3.程序执行的CPU时间可以写成 总CPU时间=CPI IC/时钟频率,时钟频率：反映了计算机实现技术、生产工艺 和计算机组织。,IC：程序执行过程中所处理的指令数。,1.5 定量分析技术基础,CPI：反映了计算机实现技术、计算机指令集 的结构和计算机组织。IC：反映了计算机指令集的结构和编译技术。,1.5 定量分析技术基础,假设：计算机系统有n种指令；CPIi：第i种指令的处理时间；ICi：在程序中

10、第i种指令出现的次数；则程序执行时间为CPU时间=(CPIi ICi)/时钟频率CPI=(CPIi ICi)/IC=(CPIi ICi/IC)其中：(ICi/IC)反映了第i种指令在程序中所占的 比例。,i=1,i=1,i=1,n,n,n,1.5 定量分析技术基础,4.对CPU性能公式进行进一步细化,例1.1假设我们考虑条件分支指令的两种不同设计方法如下：,(1)CPUA：通过比较指令设置条件码，然后测试条 件码进行分支。CPUB：在分支指令中包括比较过程,在两种CPU中，条件分支指令都占用2个时钟周期而所有其它指令占用1个时钟周期，对于CPUA，执行的指令中分支指令占20%；由于每个分支指令

11、之前都需要有比较指令，因此比较指令也占20%。由于CPUA,1.5 定量分析技术基础,在分支时不需要比较，因此假设它的时钟周期时间比CPUB快1.25倍。哪一个CPU更快？如果CPUA的时钟周期时间仅仅比CPUB快1.1倍，哪一个CPU更快呢？,解：我们不考虑所有系统问题，所以可用CPU性能公式。占用2个时钟周期的分支指令占总指令的20%，剩下的指令占用1个时钟周期。所以 CPIA=0.2 2+0.80 1=1.2则CPU性能为：总CPU时间A=IC 1.2 时钟周期A,1.5 定量分析技术基础,根据假设，有：时钟周期B=1.25 时钟周期A在CPUB中没有独立的比较指令，所以CPUB的程序量

12、为CPUA的80%，分支指令的比例为：20%/80%=25%这些分支指令占用2个时钟周期，而剩下的75%的指令占用1个时钟周期，因此：CPIB=0.25 2+0.75 1=1.25因为CPUB不执行比较，故：ICB=0.8 ICA,1.5 定量分析技术基础,因此CPUB性能为：总CPU时间B=ICB CPIB 时钟周期B=0.8 ICA 1.25(1.25 时钟周期A)=1.25 ICA 时钟周期A 在这些假设之下，尽管CPUB执行指令条数较少，CPUA因为有着更短的时钟周期，所以比CPUB快。,1.5 定量分析技术基础,如果CPUA的时钟周期时间仅仅比CPUB快1.1倍，则 时钟周期B=1.10 时钟周期ACPUB的性能为：总CPU时间B=ICB CPIB 时钟周期B=0.8 ICA 1.25(1.10 时钟周期A)=1.10 ICA 时钟周期A因此CPUB由于执行更少指令条数，比CPUA运行更快。,1.5 定量分析技术基础,