計算機結構 -- 速度的議題

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處理器效能

CPU 時間 = CPU 執行一個指令所需的時脈週期 / 時脈頻率

CPI = CPU 執行一個指令所需的時脈週期 / 指令數

CPU 時間 = 指令數 * 每個指令週期數 * 時脈週期時間

安達荷定理 (Amdahl's Law)

改善一系統的某部分以提升效能之時,其改善程度會受限於「該部分所佔的時間比率」。

(1)
\begin{align} S = \frac{1}{(1-f)+f/k} \end{align}

S : 整體系統的改善比率。
f: 改善部分的比率。
k: 該部分系統改善後的效能增加倍數。

RISC 精簡指令集電腦

使用管線 (Pipeline) 讓電腦加速

管線 CPI = 理想管線 CPI + 結構暫停值 + 資料違障暫停值 + 流程控制暫停值

動態排程

Tomasulo 演算法

利用快取增加速度

  • 目錄性快取一致性協定

記憶體階層 (Memory Hierarchy)

  • 記憶裝置
    • SRAM
    • DRAM
    • 磁碟機
  • 分頁式虛擬記憶體
    • TLB : Translate Look aside Buffer
  • 輸出入系統
    • RAID : 磁碟陣列

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