某大型銀行深化系統之十七：性能設計之二

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4流水線性能評估

4.1吞吐率TP

        吞吐率是指單位時間內流水線所完成的任務數或輸出結果的數量。

4.1.1最大吞吐率TPmax 

        最大吞吐率是指流水線在連續流動達到穩定狀態後所獲得的吞吐率。若流水線各段的時間相等，均爲△t0 ， 則： 
TPmax＝ 1 /△t0
        若流水線各段的時間不等，則：
TPmax＝ 1 /max{△ti}
        所以最大吞吐率取決於流水線中最慢的一段所需的時間，這段就成了流水線的瓶頸。消除瓶頸的方法通常有兩種：細分瓶頸段和重複設置瓶頸段，以下圖所示：

 

4.1.2實際吞吐率TP

        流水線的實際吞吐率小於最大吞吐率。所以分兩種狀況考慮：
第一種狀況：各段時間相等（設爲△t0），假設流水線由 m 段組成，完成 n 個任務，時空圖以下所示。則完成 n 個任務所需的時間爲：
　 T流水＝m△t0＋(n－1)△t0 

 

        所以實際吞吐率
TP = n/T流水 =n/(m△t0＋(n－１)△t0)=TP/(1+(m-1)/n)
TP ＜ TPmax
當n >> m 時，TP ≈TPmax
第二種狀況：各段時間不等，完成 n 個任務所需的時間
　 T流水＝∑△ti＋(n－1)△tj   △tj＝max{△ti }
        實際吞吐率爲：
TP=n/(∑ △ti＋(n－1)△tj )

4.2加速比S

        加速比是指流水線的速度與等功能非流水線的速度之比。
  S＝T非流水／T流水
（其中T流水和T非流水分別爲按流水和按非流水方式處理 n 個任務所需的時間）
     若流水線爲 m 段，且各段時間相等，均爲△t0 ，則：
    T非流水＝n m△t0                   
    T流水＝m△t0＋(n－1)△t0   

 

        所以S= T非流水/ T流水=m/(1+(m-1)/n)
        能夠看出：當n >> m 時，S ≈ m

4.3效率E

效率是指流水線的設備利用率。
因爲流水線有經過時間和排空時間，因此流水線的各段並非一直滿負荷地工做。
故：E ＜1

 

4.3.1若各段時間相等，則各段的效率ei相等

    即e1＝e2 ＝e3＝em＝n△t0／T流水  (解釋) 

    整個流水線的效率爲: E=1/(1+(m-1)/n)
當 n >> m 時，E ≈ 1
從時－空圖上看，效率實際上就是 n 個任務所佔的時空區與 m 個段總的時空區之比。

 

4.3.2提升流水線效率所採起的措施對於提升吞吐率也有好處