通過CPU主頻來看效能

2021-10-13 22:59:20 字數 1712 閱讀 9932

程式的cpu執行時間

計算機效能類似與幹體力勞動搬東西。

衡量計算機效能的標準

常見提公升效能辦法

cpu 的效能提公升其實在 10 年前就處於「擠牙膏」的狀態,所以響應時間的提公升沒有那麼容易,一般把效能定義如下:

效能 = 1 / 響應時間
響應時間越短,效能的數值就越大。

同樣乙個程式,在 intel 最新的 cpu coffee lake 上,只需要 30s 就能執行完成,在 5 年前 cpu sandy bridge 上,需要 1min 才能完成。

所以coffee lake 的效能是 1/30,sandy bridge 的效能是 1/60,兩個的效能比為 2,coffee lake 的效能是 sandy bridge 的 2 倍。

用時間來衡量存在兩個問題:時間不准和超頻執行

時間不准

一般統計下,我們記錄的是程式執行結束的時間減去程式執行開始的時間,在這個時間裡,計算機可能不停的在各個程式之間切換,去執行別的程式去了,所以要準確統計某個程式的執行時間,進而去比較效能差異,需要去除這部分時間。

time 命令可以幫我們統計出來,同樣的 wall clock time 下,程式實際在 cpu 上到底花了多少時間。

$ time

seq 1000000 |

wc -l

1000000

real 0m0.101s

user 0m0.031s

sys 0m0.016s

而程式實際花費的 cpu 執行時間(cpu time),就是 user time 加上 sys time。例子中實際上程式用了 0.101s,cpu time 有 0.031+0.016 = 0.047s,執行程式的時間裡只有不到一半是實際花在這個程式上的。

超頻執行

拿到了 cpu 時間,不一定可以直接「比較」出兩個程式的效能差異。

在同一臺計算機上,cpu 可能滿載執行也可能降頻執行,降頻執行的時候自然花的時間會多一些。

對「時間」這個我們可以感知的指標進行拆解,程式的 cpu 執行時間變成 cpu 時鐘週期數(cpu cycles)和 時鐘週期時間(clock cycle)的乘積。

程式的cpu執行時間 = cpu 時鐘週期數 × 時鐘週期時間
cpu 內部有乙個叫晶體振盪器(oscillator crystal,晶振)的東西,我們把晶振當成 cpu 內部的電子錶來使用,晶振帶來的每一次「滴答」,就是時鐘週期時間。在2.8ghz 的 cpu 上,這個時鐘週期時間,就是 1/2.8g,可以先粗淺地認為cpu 在 1 秒時間內可以執行的簡單指令的數量是 2.8g 條。

cpu是按照這個「時鐘」提示的時間來進行自己的操作。主頻越高,意味著這個錶走得越快,我們的 cpu 也就「被逼」著走得越快。

提公升效能方案如下:

對於 cpu 時鐘週期數,我們可以再做乙個分解,把它變成「指令數×每條指令的平均時鐘週期數(cycles per instruction,簡稱 cpi)」。

不同的指令需要的 cycles 是不同的,加法和乘法都對應著一條 cpu 指令,但是乘法需要的 cycles 就比加法要多,自然也就慢。

在這樣拆分了之後,我們的程式的 cpu 執行時間就可以變成這樣三個部分的乘積。

程式的cpu執行時間 = 指令數 × cpi × clock cycle time

通過cpu主頻,了解效能

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