计算机系统结构

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计算机系统结构

2024-07-11 17:59| 来源: 网络整理| 查看: 265

流水线的性能指标 吞吐率 吞吐率:指的是流水线单位时间里能流出的任务数或结果数。 最大吞吐率

连续无数条指令流入的情况,不考虑流水线建立时所用时间。从第一条指令执行结束到第二条指令执行结束所有的时间为Δt, T P = 1 Δ t T_P=\frac {1}{Δt} TP​=Δt1​又分为一下两种情况:  ①各子过程经过的时间都是Δt2,满负荷后流水线每隔Δt2解释完一条指令。其最大吞吐率 T P m a x = 1 Δ t 2 T_{P_{max}}=\frac{1}{Δt2} TPmax​​=Δt21​ 在这里插入图片描述 ②如果各个子过程所需的时间不相等,分别为Δt1、Δt2 、Δt3、Δt4,时间周期max{Δt1,Δt2,Δt3,Δt4}, 流水线的最大吞吐率 T P m a x = 1 m a x ( Δ t 1 , Δ t 2 , Δ t 3 , Δ t 4 ) T_{P_{max}}=\frac{1}{max(Δt1,Δt2,Δt3,Δt4)} TPmax​​=max(Δt1,Δt2,Δt3,Δt4)1​ 在这里插入图片描述 T P m a x = 3 Δ t 0 T_{P_{max}}=\frac{3}{Δt0} TPmax​​=Δt03​

瓶颈段 什么是瓶颈段:流水线中最慢的一段。瓶颈子过程:流水线中经过时间最长的子过程解决方案 瓶颈子过程再细分。 在这里插入图片描述 重复设置多套瓶颈段并联,让它们交叉并行 在这里插入图片描述 实际吞吐率

T P = n T k T_P =\frac{n}{T_k} TP​=Tk​n​,n是任务完成数目,Tk是总共用时 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 线性流水线各段经过的时间Δti不等时,其中瓶颈段的时间为Δtj, 在这里插入图片描述则完成n个任务所能达到的实际吞吐率 在这里插入图片描述

加速比

不使用流水线所用的时间与使用流水线所用的时间比即为加速比。 S p = 没 有 使 用 流 水 线 的 时 间 使 用 流 水 线 的 时 间 = T 串 行 T 并 行 S_p=\frac {没有使用流水线的时间}{使用流水线的时间}=\frac {T_{串行}}{T_{并行}} Sp​=使用流水线的时间没有使用流水线的时间​=T并行​T串行​​

效率

流水线的设备利用率被称为流水线的效率。 从时—空图上看,效率实际上就是n个任务占用的时空区面积和m个段总的时—空区面积之比。

例题

【例5-2】设向量A和B各有4个元素,要在图5-24(a)所示的静态双功能流水线上计算向量点积 A ⋅ B = ∑ i = 1 4 a i × b i A·B=\sum_{i=1}^4{a_i\times b_i} A⋅B=∑i=14​ai​×bi​ 。其中,1→2→3→5组成加法流水线,1→4→5组成乘法流水线。又设每个流水线所经过的时间均为Δt,流水线输出可直接返回输入或暂存于相应缓冲寄存器中,其延迟时间和功能切换所需的时间都可忽略。现求出流水线从开始流入到结果流出这段时间的实际吞吐率Tp和效率η。 在这里插入图片描述 ①其实际吞吐率Tp=7/(15Δt), ②顺序方式所需时间为4×3Δt+3×4Δt=24Δt。,加速比为Sp=24Δt/(15Δt)=1.6 ③)效率:该流水线的效率可用阴影区面积和全部5个段的总时-空区面积之比求得,即在这里插入图片描述



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