在流水線這部分的理解中,需要再腦海中繪製一幅圖:
橫軸是時間在流動,縱向表達的是指令的階段。這樣,斜著往右上角的同色的顏色塊是一條指令的執行。用一條平行於縱軸的線從0時開始往右移動,切到的塊數就是同一時刻在並行的段。
如圖,分為四個階段,那麼前面四個階梯就是在效能爬坡階段,直到四個段可以同時並行,這樣以後每乙個段的執行時間塊結束就會有一條指令執行結束。也稱作一條指令流出流水線。
吞吐率定義
單位時間內流水線完成的任務數量。基本計算公式
tp在流水線中的計算公式:(thr
ough
put)
=ntk
,n是任
務完成數
目,tk
是總共用
時
tp解釋就是:n個任務在效能爬坡階段用時k段個時間完成乙個指令,後面的n-1條指令會在n-1個時間段內完成,也就是一段時間就會有一條指令流出流水線。=n(k
+n−1
)δt
加速比(s)
定義
不使用流水線所用的時間與使用流水線所用的時間比即為加速比。計算注意加速比大於1就可以了。
s=簡單求這個極限可知,n→knδt
(k+n
−1)δ
t=kn
(k+n
−1)
∞ 時,s→
1 這個極限的意思是:流水線分段數目有限時,對於很多很多任務的加速效果不明顯的。但是在正常有限數字內,加速比總是大於1的。
效率這個有些難以接受或者理解,but,值得try.
定義
流水線的裝置利用率被稱為流水線的效率。簡單說就是,一條指令將調動不同的部件完成任務。但是在乙個裝置忙的時候,其他裝置可以在忙也可以在休息。理論上,在同乙個時刻最大可以有k個部件同時工作。事實上做不到,因為即使是採用流水線也得有乙個效能爬坡階段。
因此這裡的計算主要講的是流水線的裝置利用率計算。
流水線中的效率(e)計算
完成n個任務占用的時空區的有效面積與採用流水線完成n個任務所佔的時空區總面積。這個概念模擬推演了好幾次我才真的明白說的是什麼。
有效面積是什麼?總面積又是什麼?
需要明確的是,有效面積指的是裝置真的在工作的那一塊。可以畫圖數格仔,也可以這麼分析:每一條指令的完成一定用了k個格仔,乙個格仔大小是kδ
t ,則有效面積是:nk
δt。再來明確什麼是時空區總面積,這個其實也很好理解:每時每刻最大可以有k個裝置在工作。那麼,總面積就是k⋅
tk,t
k指的是
流水線完
成任務需
要的總時
間。
我們知道流水線完成任務的時空圖是左右有鋸齒形的平行四邊形,總面積就是補齊左右的傾斜得到的矩形的面積。
那麼計算:e=
nkδt
ktk=
t0kt
k==n
k+n−
1 所以,效率也等於加速比除以段數,即:e=
sk
即使是流水線,效率也是小於1的。
以上。
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