Инструкции на цикл

В компьютерной архитектуре количество инструкций за такт ( IPC ), обычно называемое инструкциями за такт , представляет собой один из аспектов производительности процессора : среднее количество инструкций , выполняемых за каждый такт . Это мультипликативное обратное число циклов на инструкцию . ^[1]^[2]^[3]

Объяснение

В то время как ранние поколения процессоров выполняли все этапы выполнения инструкций последовательно, современные процессоры могут выполнять многие действия параллельно. Поскольку невозможно просто удваивать тактовую частоту, конвейерная обработка команд и конструкция суперскалярных процессоров эволюционировали, поэтому процессоры могут использовать различные исполнительные блоки параллельно, просматривая входящие инструкции с целью их оптимизации. Это приводит к тому, что количество инструкций за завершенный цикл намного превышает 1, что является причиной большей части улучшений скорости в последующих поколениях ЦП.

Расчет МПК

Расчет IPC выполняется путем запуска заданного фрагмента кода, расчета количества инструкций машинного уровня, необходимых для его выполнения, а затем использования высокопроизводительных таймеров для расчета количества тактовых циклов, необходимых для его выполнения на реальном оборудовании. Конечный результат получается путем деления количества инструкций на количество тактов процессора.

Количество инструкций в секунду и операций с плавающей запятой в секунду для процессора можно получить путем умножения количества инструкций за цикл на тактовую частоту (циклов в секунду, выраженную в герцах ) рассматриваемого процессора. Количество инструкций в секунду является приблизительным показателем вероятной производительности процессора.

Количество инструкций, выполняемых за такт, не является константой для данного процессора; это зависит от того, как конкретное программное обеспечение запущенное взаимодействует с процессором, да и всей машиной, особенно с иерархией памяти . Однако некоторые функции процессора, как правило, приводят к тому, что значения IPC превышают средние значения; наличие множества арифметико-логических блоков (АЛУ — подсистема процессора, способная выполнять элементарные арифметические и логические операции) и коротких конвейеров. При сравнении различных наборов команд более простой набор команд может привести к более высокому показателю IPC, чем реализация более сложного набора команд с использованием той же технологии микросхем; однако более сложный набор команд может обеспечить более полезную работу с меньшим количеством инструкций. Таким образом, сравнение показателей IPC между различными наборами инструкций (например, x86 и ARM) обычно бессмысленно.

Скорость компьютера

Полезная работа, которую можно выполнить на любом компьютере, зависит от многих факторов, помимо скорости процессора. Эти факторы включают в себя архитектуру набора команд процессора , микроархитектуру и организацию компьютерной системы (например, конструкцию дисковой системы хранения данных , а также возможности и производительность других подключенных устройств), эффективность операционной системы и высокоуровневый уровень производительности. проектирование прикладного программного обеспечения .

Для пользователей компьютеров и покупателей тесты приложений , а не инструкции за цикл, обычно являются гораздо более полезным показателем производительности системы. Однако IPC является примером того, почему тактовая частота не является единственным фактором, влияющим на производительность компьютера.

См. также

Ссылки

^ Паттерсон, Дэвид А.; Хеннесси, Джон Л. (2014). Организация и проектирование компьютера: аппаратно-программный интерфейс . Серия Моргана Кауфмана по компьютерной архитектуре и дизайну (5-е изд.). Амстердам; Бостон: Elsevier/Morgan Kaufmann, Morgan Kaufmann — это отпечаток Elsevier. ISBN 978-0-12-407726-3 . OCLC 859555917 .
^ Хеннесси, Джон Л.; Паттерсон, Дэвид А. (3 ноября 2006 г.). Компьютерная архитектура: количественный подход . Эльзевир. ISBN 978-0-08-047502-8 .
^ Столлингс, Уильям (2016). Компьютерная организация и архитектура: проектирование для повышения производительности (Десятое изд.). Бостон: Пирсон-Прентис Холл. ISBN 978-0-13-410161-3 .

[1] Паттерсон, Дэвид А.; Хеннесси, Джон Л. (2014). Организация и проектирование компьютера: аппаратно-программный интерфейс . Серия Моргана Кауфмана по компьютерной архитектуре и дизайну (5-е изд.). Амстердам; Бостон: Elsevier/Morgan Kaufmann, Morgan Kaufmann — это отпечаток Elsevier. ISBN 978-0-12-407726-3 . OCLC 859555917 .

[2] Хеннесси, Джон Л.; Паттерсон, Дэвид А. (3 ноября 2006 г.). Компьютерная архитектура: количественный подход . Эльзевир. ISBN 978-0-08-047502-8 .

[3] Столлингс, Уильям (2016). Компьютерная организация и архитектура: проектирование для повышения производительности (Десятое изд.). Бостон: Пирсон-Прентис Холл. ISBN 978-0-13-410161-3 .

[1]

[2]

[3]