4流水线性能评估

4.1吞吐率TP

吞吐率是指单位时间内流水线所完成的任务数或输出结果的数量。

4.1.1最大吞吐率TPmax

最大吞吐率是指流水线在连续流动达到稳定状态后所得到的吞吐率。若流水线各段的时间相等，均为△t0 ，则：
TPmax＝ 1 /△t0
若流水线各段的时间不等，则：
TPmax＝ 1 /max{△ti}
因此最大吞吐率取决于流水线中最慢的一段所需的时间，这段就成了流水线的瓶颈。消除瓶颈的方法一般有两种：细分瓶颈段和重复设置瓶颈段，如下图所示：

4.1.2实际吞吐率TP

流水线的实际吞吐率小于最大吞吐率。因此分两种情况考虑：
第一种情况：各段时间相等（设为△t0），假设流水线由 m 段组成，完成 n 个任务，时空图如下所示。则完成 n 个任务所需的时间为：
　 T流水＝m△t0＋(n－1)△t0

因此实际吞吐率
TP = n/T流水 =n/(m△t0＋(n－１)△t0)=TP/(1+(m-1)/n)
TP ＜ TPmax
当n >> m 时，TP ≈TPmax
第二种情况：各段时间不等，完成 n 个任务所需的时间
　 T流水＝∑△ti＋(n－1)△tj △tj＝max{△ti }
实际吞吐率为：
TP=n/(∑ △ti＋(n－1)△tj )

4.2加速比S

加速比是指流水线的速度与等功能非流水线的速度之比。
S＝T非流水／T流水
（其中T流水和T非流水分别为按流水和按非流水方式处理 n 个任务所需的时间）
若流水线为 m 段，且各段时间相等，均为△t0 ，则：
T非流水＝n m△t0
T流水＝m△t0＋(n－1)△t0

因此S= T非流水/ T流水=m/(1+(m-1)/n)
可以看出：当n >> m 时，S ≈ m

4.3效率E

效率是指流水线的设备利用率。
由于流水线有通过时间和排空时间，所以流水线的各段并不是一直满负荷地工作。
故：E ＜1

4.3.1若各段时间相等，则各段的效率ei相等

即e1＝e2 ＝e3＝em＝n△t0／T流水 (解释)

整个流水线的效率为: E=1/(1+(m-1)/n)
当 n >> m 时，E ≈ 1
从时－空图上看，效率实际上就是 n 个任务所占的时空区与 m 个段总的时空区之比。

某大型银行深化系统之十七：性能设计之二