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浙江大学计算机学院计算机组成教材《计算机组成与设计》（潘学增）的课堂教学课件。

             
<p><font color="#000000" size="4">&nbsp; 在许多缓存的组织中，读.写失效时间是相同的，即从存储器取块并且忽&nbsp;略写缓冲等待时间，则可以归纳为一个公式:</font>              
</p>              
              
<p><font color="#000000" size="4">&nbsp;&nbsp; 存储器等待时间周期=存储器访问次数/每个程序*失效率*失效损失时间             
</font>             
</p>             
             
<p><font color="#000000" size="4">&nbsp; 也可以是：<br>              
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 存储器等待时间周期=指令数/每个程序*失效次数/每条指令*失效损失时间<br>              
</font>              
</p>              
              
<p><font color="#000000" size="4">&nbsp;&nbsp;例1：设GCC程序中，指令缓存失效率=5，数据缓存失效率=10，某机有CPI=4，无存储器等待，总损失时间=12周期，问缓存不失效情况下，</font>             
</p>             
             
<p><font color="#000000" size="4">&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 计算机运行速度？</font>               
</p>               
               
<p><font color="#000000" size="4">解答：用GCC指令频率      IC为指令数   CPI是每条指令平均时钟周期</font>               
</p>               
               
<p><font color="#000000" size="4">&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;       
指令损失周期=IC*5=0.6*IC</font>              
</p>              
              
<p><font color="#000000" size="4">&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;       
数据损失周期=IC*33         %*12=0.4*IC<br>                
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;<br>                
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 总存储等待周期=0.6IC+0.4IC=1.0IC即每条指令等待一个周期</font>               
</p>               
               
<p><font color="#000000" size="4">&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 具有存储等待的CPI=1+4=5<br>              
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;<br>              
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 因此，COU的执行时间的比率是：</font>                
</p>                
                
<p><font color="#000000" size="4">&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; CPU（等待）时间/CPU（无等待）时间=CPIsmall/CPIperfect</font>               
</p>               
               
<p><font color="#000000" size="4">&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;       
=5/4=1.25<br>              
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;<br>              
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;可以使用理想缓存，机器性能提高1.25倍。</font>               
</p>               
               
<p><font color="#000000" size="4">讨论：</font>               
</p>               
               
<p><font color="#000000" size="4">&nbsp; 1.加快CPU速度，情况会怎样？</font>               
</p>               
               
<p><font color="#000000" size="4">&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 如上题，将相应的CPI从4提高到2，时钟频率不变，则CPI=3/2=1.5倍,性能提高1.5倍,不是2 倍。但存储器等待时间从1/5=0.20提高到1/3=0.33</font>              
</p>              
              
<p><font color="#000000" size="4">&nbsp; 2.不改变存储系统，增加时钟速度，情况怎样</font>              
</p>              
              
<p><font color="#000000" size="4">&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 例如:时钟速度是前例的两倍，但由于主存速度不可能改变，处理缓存失效的绝对时间不变，则时钟速度提高，机器的速度快多少？</font>              
</p>              
              
<p><font color="#000000" size="4">&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;解答：失效损失时间=24周期 （主存绝对时间未变之故）</font>               
</p>               
               
<p><font color="#000000" size="4">&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;       
每条指令的总失效周期=（5）+33（10）=2<br>               
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;<br>              
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;       
更快机器的CPI=4+2=6</font>              
</p>              
              
<p><font color="#000000" size="4">&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;       
更慢机器的CPI=4+1=5<br>              
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;<br>              
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;则可计算机器的相对性能之比：</font>              
</p>              
              
<p><font color="#000000" size="4">&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;       
快时钟机器性能/慢时钟机器性能=执行时间（慢时钟）/执行时间（快时钟）<br>              
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;<br>              
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;=IC*CPI*Clock cycle/IC*CPI*Clock cycle</font>               
</p>               
               
<p><font color="#000000" size="4">&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;=5/（6*1/2）=5/3=1.67<br>              
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;<br>             
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;机器性能不是快2倍，而是1.67倍。由此可见,缓存失效时间随机器速度的提高而提高。更甚者，如果机器的时钟频率提高，CPI减少，</font>             
</p>             
             
<p><font color="#000000" size="4">&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;       
则命中率成倍提高：</font>              
</p>              
              
<p><font color="#000000" size="4">&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; （1） CPI越小，影响等待周期越大</font>                
</p>                
                
<p><font color="#000000" size="4">&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; （2） 主存速度提高没有CPU快，计算CPI时，缓存失效时间是以CPU时钟周期的       
单元来度量的.假设2机器的存储器具有相同的执行时</font>              
</p>              
              
<p><font color="#000000" size="4">&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 间，那么CPU时&nbsp;钟速度越高，损失时间       
越大。因此，CPI越低，时钟速度越高，CACHE的性能就越好。</font>              
</p>              
              
<p><font color="#000000" size="4">&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</font>             
</p>             
             
<p><font color="#000000"><font size="4">&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</font><br>             
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;<br>            
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</font>            
</p>            
            
<p><font color="#000000">&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;<br>            
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;<br>            
</font>            
</p>            
            
      
      
</body>      
      
</html>