Метрики эффективности конвейеров

 

Чтобы охарактеризовать эффект, достигаемый за счет конвейеризации вычисле­ний, обычно используют три метрики: ускорение, эффективность и производитель­ность.

Под ускорением понимается отношение времени обработки без конвейера и при его наличии. Теоретически наилучшее время обработки входного потока из N зна­чений T_NK на конвейере с К ступенями и тактовым периодом T_K можно определить выражением:

.

Формула отражает тот факт, что до появления на выходе конвейера результата обработки первого элемента должно пройти K тактов, а последующие результаты будут следовать в каждом такте.

В процессоре без конвейера общее время выполнения составляет NKT_K. Таким образом, ускорение вычислений 5 за счет конвейеризации вычислений можно опи­сать формулой:

.

При ускорение стремится к величине, равной количеству ступеней в кон­вейере.

Еще одной метрикой, характеризующей конвейерный процессор, является эффективность Е — доля ускорения, приходящаяся на одну ступень конвейера:

.

В качестве третьей метрики часто выступает пропускная способность или произ­водительность Р — эффективность, деленная на длительность тактового периода:

.

При эффективность стремится к единице, а производительность – к ча­стоте тактирования конвейера:

.