计算机系统结构复习：Amdahl定律与性能公式解析

"《计算机系统结构》总复习-习题2016.ppt" 这篇复习资料主要聚焦于计算机系统结构的基本概念，包括定性和定量两方面的知识。它提到了三个关键的性能评估公式，即Amdahl定律、平均周期数（CPI）公式以及每秒百万指令数（MIPS）和每秒百万浮点数（MFLOPS）公式。这些公式对于理解和优化计算机系统的性能至关重要。 Amdahl定律是计算机性能改进的一个基本理论，由Gene Amdahl提出，用于描述系统整体性能提升的极限。根据定律，如果一个计算机系统的某部分被改进，使得其执行速度提升了Se倍，而这个部分原本占总执行时间的比例为Fe，则全局加速比Sn可以表示为： \[ S_n = \frac{1}{(1 - F_e) + \frac{F_e}{S_e}} \] 这里的Se是局部加速比，Fe是被改进部分原执行时间占总时间的百分比。Amdahl定律强调，即使局部改进非常显著，但如果被改进的部分在整个系统中的占比小，那么全局加速比的提升也会受限。通过图形化Amdahl定律，可以看出Se和Fe对Sn的影响，并能发现随着Fe固定，Se的增加对Sn的提升效果逐渐减弱。 复习资料还提到了一个实际应用的例子，假设通过增加向量模块可以将向量运算速度提高20倍，我们需要计算加速比S与可向量化百分比F之间的关系。解这个问题需要利用Amdahl定律的公式进行计算，找出在特定加速比下F的值。 例如，若要达到2倍的加速比（S=2），则可以通过以下方式求解F： \[ S = \frac{1}{(1 - F) + \frac{F}{20}} \] 通过解这个方程，可以找到F的值，从而了解要达到特定加速比所需的向量化程度。 这份复习资料深入讲解了计算机系统结构中的关键性能指标和优化原则，对于理解计算机系统的工作原理和性能瓶颈分析具有重要意义。掌握这些知识对于系统设计者和优化者来说是必不可少的，有助于他们在设计和改进系统时做出更明智的决策。