[体系结构学习笔记1-2] 计算机系统的设计技术[1.2.1] 计算机系统的定量原理在设计计算机系统时，一般应遵循如下

[1.2.1] 计算机系统的定量原理

在设计计算机系统时，一般应遵循如下的定量设计原理：

哈夫曼（Huffman）压缩原理
- 在计算机系统的设计中经常要在不同的方法之间进行折中，尽可能加速处理高概率时间远比加速处理低概率时间对性能的提高要显著（例如，CPU在运算中发生溢出的概率是很低的，为此，设计时可考虑加快不溢出时的运算速度，而对溢出时的运算速度不予考虑）
Amdahl定律
- 系统中某一部件由于采用更快的执行方式后，整个系统性能的提高与这种执行方式的使用频率或占总执行时间的比例有关
- 假设 $T_0$ 为改进前整个任务的执行时间，则改进后整个任务的执行时间为：
  - $T_n=T_0⋅(1−F_e+F_e/S_e )$
- 改进后整个系统的加速比为：
  - $S_n=T_0/T_n =1/(1−F_e+F_e/S_e )$
CPU性能公式
- 程序执行的总指令条数𝐼𝐶（Instruction Counter）：取决于指令集结构和编译技术
- 平均每条指令的时钟周期数𝐶𝑃𝐼（Cycles Per Instruction）：取决于计算机组成和指令集结构
- 时钟主频 $f_c$ ：取决于硬件实现技术和计算机组成
  - $T_{CPU}=IC×CPI×\frac{1}{f_c}$
- 𝑛种指令，每种指令的时钟周期数 $CPI_i$ ，出现次数 $I_i$ ：
  - $T_{CPU}=\frac{∑_{i=1}^n(CPI_i×I_i)}{f_c}$
- 平均指令时钟周期数：
  CPI=\frac{∑_{i=1}^n(CPI_i \times I_i)}{IC}=\sum_{i=1}^n (CPI_i \times \frac{I_i}{IC})

局部性分时间局部性和空间局部性

时间局部性：程序中近期被访问的信息项很可能马上将被再次访问。

空间局部性：指那些在访问地址上相邻近的信息项很可能会被一起访问。例如，程序执行时间的90%都是在执行程序中10%的代码；存储器体系的构成就是以访问的局部性原理为基础的