【计算机基础Ep15】黑皮书：《计算机组成与设计——硬件/软件接口》内容梳理（六）
第一章 计算机抽象及相关技术
1.6性能
1.6.1性能的定义
要素：
响应时间（response time）——
定义：也叫执行时间（execution time），是计算机完成某任务所需的总时间，包括硬盘访问、内存访问、I/O活动、操作系统开销和CPU执行时间等；
适用范围：个人计算机用户会对降低响应时间感兴趣；
吞吐率——
定义：也叫做带宽（band-width），性能的另一种度量参数，表示单位时间内完成的任务数量；
适用范围：服务器更关注吞吐量。
关系：往往相互影响。
相对性能： 公式——
——X的执行速度是Y的n倍。
1.6.2性能的度量
衡量标准：时间，需要时间最少的计算机是最快的。
时间分类：
挂钟时间（wall clock time）：也叫响应时间（response time）、运行时间（elapsed time），表示完成某项任务所需的总时间，包括了磁盘访问、内存访问、I/O活动和操作系统开销等一切时间；
CPU执行时间（CPU execution time）：简称为CPU时间，只表示在CPU上花费的时间，而不包括等待I/O或运行其他程序的时间；
注意：用户所感受到的是程序的运行时间，而不是CPU时间。
定义：
系统性能（system performance）：空载系统的响应时间；
CPU性能（CPU performance）：用户CPU时间；
本章重点放在CPU性能上；
时钟周期数（clock cycle，或称滴答数、时间滴答数、时钟数、周期数）——
背景：计算机用户更关心时间，计算机设计者考虑如何度量计算机硬件完成基本功能的速度；
含义：计算机一个时钟周期的时间，通常是指处理器时钟，并在固定频率下运行；
时钟频率：时钟周期的倒数。
1.6.3CPU性能及其度量因素
将用户关注的性能指标（时间）与设计者关注性能指标（时钟周期数）联系起来，公式——
——硬件设计中减少程序执行所需的CPU时钟周期数或缩短时钟周期长度，就能改进性能。
1.6.4指令性能
编译器明确生成了要执行的指令，且计算机必须通过执行指令来运行程序，因此执行时间必然依赖于程序中的指令数，公式——
——指令平均时钟周期数（clock cycle per instruction）：表示每条指令所需的时钟周期平均数，缩写为CPI，根据所完成任务的不同，不同的指令需要的时间可能不同，CPI是程序的所有指令所用时钟周期的平均数，在指令系统不变的情况下，一个程序执行的指令数是不变的。
1.6.5经典的CPU性能公式
用指令数（程序执行所需要的指令总数）、CPI（指令平均时钟周期数）和时钟周期长度来写出基本的性能公式——
——将三个影响性能的因素进行了分离，可以比较不同的实现方案或评估某个设计的替代方案。
注意：时间是唯一对计算机性能进行测量的完整而可靠的指标。
测量方式：
CPU的执行时间：运行程序；
时钟周期长度：计算机说明书；
指令数：
体系结构仿真器；
处理器中的硬件计数器。
结论：只用一个因素去评价性能是危险的——
比较两台计算机时必须考虑全部三个因素，它们组合起来才能确定执行时间；
如果某个因素相同，则必须考虑不同的因素才能确定性能的优劣；
因为CPI根据指令分布的不同而变化，所以即使时钟频率是相同的，也必须比较指令总数和CPI——指令分布（instruction mix）：在一个或多个程序中，对指令的动态使用频度的评价指标。
影响性能的软硬件组分：
算法：指令数、CPI；
编程语言：指令数、CPI；
编译器：指令数、CPI；
指令系统体系结构：指令数、时钟频率、CPI。
