CPU及并发

news2024/11/25 7:08:26

2.9G Hz,即每秒进行2.9G次运算(即29亿次)

几个命令

us: 用户使用的cpu
sy: 系统(内核)使用的cpu
id: idle,即空闲cpu
wa: 等待I/O的cpu
st: 开虚拟机后会有的一个指标,即虚拟机的cpu使用率

一个进程拥有一整套虚拟地址空间,该进程的所有线程都共享该地址空间.

线程是CPU运算的最小单位.CPU不关注是哪个进程,只是轮换着线程来运行,不需要知道该线程属于哪个进程.

线程的五种状态:

只有运行中占用CPU资源,其他包括阻塞状态,都不占用CPU资源.

使用线程池,可以优化线程创建/销毁带来的性能损耗(申请cpu计算资源需进入内核态)

协程是用户自定义的线程,不需要进入内核态进入申请计算资源.(这里的用户就是指应用程序及编程语言了..)

CPU性能衡量参数

主频

主频又称时钟频率，指CPU内部晶振的频率，常用单位为MHz或GHz，它反映了CPU的基本工作节拍;

一般用 f 表示 (frequency)

时钟周期

即 时钟周期 = 主频的倒数

机器周期

机器周期 = m*t

一个机器周期包含若干个时钟周期

指令周期

指令周期 = m*t*n

执行一条指令所需要的时间，一般包含若干个机器周期

CPI

CPI = m*n;

每条指令的平均时钟周期个数

指令周期 = CPI×机器周期 = n（CPI=n）×m×时钟周期=nm/主频f

注意指令周期单位是s或者ns，CPI无量纲

MIPS(MillionInstructions Per Second）

MIPS = 每秒执行百万条指令数 = 1/（CPI×时钟周期）= 主频/CPI

MFLOPS 每秒百万浮点运算次数。

表示秒钟所能执行的指令条数，对于微型计算机, 可用CPU的主频和每条指令执行所需的时钟周期来衡量。

包含关系：指令周期通常用若干个机器周期来表示，在机器语言中，使用执行一条指令所需要的机器周期数来说明指令执行的速度。而机器周期又包含若干个时钟周期。时钟周期是最基本的操作单位。

注意：计算机的运算速度一般用每秒钟所能执行的指令条数来表示。由于不同类型的指令所需时间长度不同，因而运算速度的计算方法也不同。例如，根据不同类型的指令出现的频度，乘上不同的系数求得统计平均值，得到平均运算速度。这种方法用MIPS(Millions of Instruction Per Second)作单位，即每秒百万条指令。

又如，直接给出CPU的主频和每条指令的执行所需的时钟周期。周期一般以MHz为单位。主频即计算机的时钟频率，它在很大程度上决定了主机的工作速度。例如，型号为486DX-133的微型计算机，表明它的CPU型号为486，DX为含浮点处理器，数字133的含义是主频为133MHz。

例题

“
<1>：若某处理器的时钟频率为500MHz，每4个时钟周期组成一个机器周期，执行一条指令需要3个机器周期，则该处理器的一个机器周期▁8▁ns，平均执行速度为▁42▁MIPS

解析如下：

时钟周期T等于主频的倒数，即T=1/500MHz=1/（0.5×10的9次方Hz）=2 ns，机器周期等于4个时钟周期即=4T=4×2 ns=8 ns，每条指令的时钟周期数CPI=3×4=12，则平均速度为：f/（CPI×10的6次方）=（500×10的6次方）/（12×10的6次方）=500/12=41.6≈42MIPS.计算主频的倒数时要注意把主频的MHz换算成Hz即500后面加6个0=500×10的6次方=0.5×10的9次方，1/10的9次方 Hz=1ns

每条指令的时钟周期数CPI=3×4=12，执行一条指令需要3个机器周期数，一个机器周期包含4个时钟周期，所以CPI=3×4=12，这里计算的都是周期的个数，和具体的时间ns纳秒没有关系，若带上具体的时间，一个时钟周期T=2ns，一个机器周期就是2×4=8ns，执行一条指令需要三个机器周期得出执行一条指令需要的具体时间为3×8=24ns，执行每条指令的需要的时钟周期数CPI换句话说就是把执行每条指令需要的时间24ns换算成时钟周期个数表示，为多少个时钟周期个数?时钟周期是最基本的时间操作单位，500MHz主频的处理器一个时钟周期为2ns，24ns等于多少个时钟周期？24/2=12个时钟周期，即那一句：“每条指令的时钟周期数CPI=12”。