背景

  • Vcats 家有很多只小猫（CPU）。
  • 为了衡量每只小猫的吃饭能力（性能），Vcats 买了一堆小鱼干用来测试。
  • 假设每次测试时，Vcats 会为小猫提供一定数量的小鱼干。
  • 每条小鱼干由一个或多个原子构成，这些原子相当于不可分割的基本指令。
  • 小猫每口吃一个原子，及小猫每吃一条鱼干需要一口或多口，与原子数相同。

通过这个类比，我们可以形象地理解 CPU 的一些关键性能概念。

概念类比映射关系

  • CPU Time ↔️ 小猫吃完所有小鱼干的总用时（吃饭总时间），即 CPU 完成任务所需的总时间。
  • CPU Clock Cycle ↔️ 小猫吃了多少口（吃鱼的口数），即 CPU 执行多少个时钟周期来完成任务。
  • CPU Cycle Time ↔️ 小猫每吃一口需要的时间（每口所需的时间），即每个时钟周期的长度。
  • CPU Clock Rate ↔️ 小猫每秒能吃多少口（每口的频率），即 CPU 每秒执行多少个时钟周期，通常以 GHz 为单位。
  • Instruction Count ↔️ 每次测试时 Vcats 提供的小鱼干数量（鱼干数量），即 CPU 需要执行的指令数量。
  • CPI ↔️ 小猫平均吃一条小鱼干需要吃几口（平均每条鱼干所需的口数），即 CPU 执行每条指令所需的平均时钟周期数。

计算类比

原始公式

在 CPU 性能衡量中，常用以下公式来计算 CPU 执行任务所需的时间：

  1. 总时间计算公式：
    $CPU;Time = CPU;Clock;Cycles \times Clock;Cycle;Time = \frac{CPU;Clock;Cycles}{Clock;Rate}$
  2. 时钟周期数计算公式：
    $Clock;Cycles=Instruction;Count \times Cycles;per;Instruction$
  3. 最终公式：
    $CPU;Time=Instruction;Count \times CPI \times Clock;Cycle;Time=\frac{Instruction;Count \times CPI}{Clock;Rate}$

类比公式及解释

在每次吃饭能力测试中：

  1. 总时间公式：
    $小猫吃鱼总时间=小猫的吃鱼口数 \times 小猫每吃一口需要的时间=\frac{小猫的吃鱼口数}{小猫每口的频率}$
  2. 口数公式：
    $小猫吃鱼口数=需要吃的小鱼干总数 \times 每吃一条小鱼干所需的平均口数$
  3. 结合公式：
    $小猫吃鱼总时间=需要吃的小鱼干总数 \times 每吃一条小鱼干所需的平均口数 \times 小猫每吃一口需要的时间 = \frac{需要吃的小鱼干总数 \times 每吃一条小鱼干所需的平均口数}{小猫每口的频率}$