程序的执行时间

记一个程序的执行时间为(秒)，则：

其中，

• 为该程序的指令数；
• 为每条指令所占用的时间；
• 为每条指令执行所占用的时钟数，即CPI；
• 为每个时钟所占用的时间，即时钟频率的倒数；

那么，怎样减少程序的执行时间呢？

一、减少程序中指令的数量。优化算法、优化编译器、扩展指令集...
二、降低CPI。采用超标量、采用超常指令字（VLIW）...
三、提升时钟频率。优化电路设计、更深的流水线、硅工艺...

但往往降低CPI和提升时钟频率是相互制约、此消彼长的。降低CPI要求每周期执行更多条指令，这样设计复杂度就会急剧上升，导致处理器的周期时间很难降下来；相反，很小的周期时间很难容下复杂的逻辑设计，虽然可以通过更深的流水线来获得小的周期时间，但是却导致处理器在各种预测失败时有更大的惩罚，并增大了功耗，造成“高频低能”的后果。

以上内容总结自《超标量处理器设计》- 姚永斌。