谁是最棒的狗勾

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效能的定义

生活中很常对各种东西做出比较，哪本书比较好看、哪个星座比较好相处、安卓跟苹果哪个更好用，种种的比较很难有一定的答案，我们要针对某个特定的项目作比较才行，比如说我们拿战斗机跟客机比较：

战斗机	客机

单纯直接说哪个比较好都不公平，战斗机绝对能得到速度上的优势，而客机绝对能在载运人数上胜过对方。

刚刚提到的速度跟载运人数，类似於电脑的Response time (Execution time) 和Throughput，前者代表工作开始到完成所花的时间，後者代表单位时间所完成的工作量，在不同情况我们会考虑用不同的标准检视，比如说在个人电脑中我们比较在乎Response time，多人共用的服务器我们比较在乎Throughput。

Performance

要讨论电脑的优秀程度，我们定义Performance = $\frac{1}{Execution Time}$

所以如果有两部电脑X与Y：
Performance~X~>Performance~Y~

-> $\frac{1}{Execution Time~X~}$ > $\frac{1}{Execution Time~Y~}$

-> Execution Time~Y~ > Execution Time~X~

比较两台不同电脑的效能，X的速度是Y的n倍则表示成：

$\frac{Performance~X~}{Performance~Y~}$ = n

此时Y的执行时间会是X的n倍。

CPU Time

前面提到的Execution Time，包含了很多动作，比如说硬碟存时间、记忆体存取时间、输入/输出时间、作业系统时间等等。

CPU Execution Time，简称为CPU Time，是指CPU花在处理某一项工作的时间，不包括那些存取以及输入输出的时间。

而CPU Time又有User CPU Time跟System CPU Time两者，前者是执行程序的部分，後者是为了服务程序执行所花在作业系统上的时间。

大概是下图这样：

一个程序的CPU Time = Clock cycles x Clock cycle time，也就是Clock跑了几个循环，乘以一个循环会跑多少时间，就是整个程序到底使用了多久的CPU，底下慢慢跟各位介绍CPI(Clock per Instruction)。

CPI

CPI是Clock per Instruction的缩写。

一个程序一定有很多行的程序码，转换成Assembly code之後通常会有更多行。

Assembly code复习
add $t0 $t1 $t2 (将t1加上t2的结果放在t0 register)

CPI的算法为 $\frac{Clock Cycles}{Instruction count}$。

也就是说Clock Cycles = CPI x Instruction count。

套回去CPU Time = Clock cycles x Clock cycle time

= CPI x Instruction count x Clock cycle time。

不过因为不是每个Instruction的执行时间，所以准确来说Clock cycle应该要写成 $\sum{CPIi * Ci}$ (C~i~代表类别i所使用之指令个数)

例题示范

讲讲都是纸上谈兵，我们现在实际在纸上操作一次。

假设有两个使用相同ISA的电脑，执行同一个程序，
Machine A的clock cycle time为250ps，CPI为2.0，
Machine B的clock cycle time为500ps，CPI为1.2。
请问哪一部电脑比较快？快多少？

假设总共有I个cycle。
首先算出A的CPU cycles = I x 2。
B的CPU cycles = I x 1.2。
CPU time A = 2I x 250ps = 500I ps
CPU time B = 1.2I x 500ps = 600I ps

$\frac{Performance A}{Performance B}$ = $\frac{Execution Time B}{Execution Time A}$ = $\frac{600I}{500I}$ = 1.2

所以A的速度是B的1.2倍。

牛刀小试

Consider the following performance measurements for a program:

Which computer is faster?

谁比较快？