آخر تحديث: 2026-07-02

زمن تنفيذ المعالج

زمن تنفيذ المعالج هو مقدار وقت المعالج الذي يقضيه البرنامج في التنفيذ، وهو محكوم بعلاقة واحدة تُعرف بمعادلة أداء المعالج، أو على نحو أسهل للتذكّر، القانون الصارم لأداء المعالج. تأخذ هذه الحاسبة ثلاث كميات يمكن قياس كل منها أو تقديرها — عدد التعليمات، ومتوسط الدورات لكل تعليمة، وتردد الساعة — وتعيد زمن التنفيذ الناتج إلى جانب العدد الإجمالي لدورات الساعة المستهلكة.

القانون الصارم

يتلخّص زمن التنفيذ في ثلاثة عوامل تُضرب معًا. أولًا، ينفّذ البرنامج عددًا من تعليمات الآلة. ثانيًا، تستغرق كل تعليمة في المتوسط عددًا من دورات الساعة، وهذا هو CPI. ثالثًا، يُكمل المعالج عددًا ثابتًا من الدورات في كل ثانية، وهو تردد ساعته. وضرب عدد التعليمات في CPI يعطي إجمالي الدورات، وقسمة ذلك على تردد الساعة يحوّل الدورات إلى ثوانٍ:

$t = \dfrac{IC \times CPI}{f}$

هنا $IC$ هو عدد التعليمات، و$CPI$ هو متوسط الدورات لكل تعليمة، و$f$ هو تردد الساعة بالدورات في الثانية. والبسط $IC \times CPI$ هو إجمالي عدد الدورات الذي يحتاجه البرنامج.

لماذا ثلاثة عوامل وليس واحدًا

تُبرز المعادلة ما تخفيه المواصفات الخام: لا يلخّص أي رقم منفرد الأداء. فقد تخسر رقاقة عالية التردد أمام منافس أقل ترددًا إذا احتاجت إلى تعليمات أكثر أو دورات أكثر لكل تعليمة لإنجاز العمل نفسه. ويتأثّر كل حدّ من الحدود الثلاثة بجزء مختلف من النظام:

• عدد التعليمات يعتمد على الخوارزمية والشيفرة المصدرية والمترجم ومعمارية مجموعة التعليمات.
• CPI يعتمد على خط الأنابيب وسلوك الذاكرة المخبأة والتنبؤ بالتفرع ومزيج التعليمات.
• تردد الساعة يعتمد على عملية التصنيع والمعمارية الدقيقة.

ولأن الحدود تُضرب معًا، فإن تحسين أي منها يقصّر زمن التنفيذ، لكن تحسين حدٍّ صغير أصلًا لا يفيد كثيرًا. ولهذا يسبق التنميط — للعثور على العامل المهيمن — عمليةَ التحسين.

مثال محلول

لنفترض أن برنامجًا ينفّذ مليار تعليمة بمتوسط CPI يبلغ 1.5 على معالج بتردد 3 غيغاهرتز. نجد أولًا إجمالي الدورات:

ثم نقسم على تردد الساعة، مع ملاحظة أن 3 غيغاهرتز تساوي 3٬000٬000٬000 دورة في الثانية:

يستغرق البرنامج نصف ثانية من وقت المعالج. ولو خفّض تغييرٌ في المترجم عدد التعليمات إلى 800 مليون، لهبط الزمن إلى $800{,}000{,}000 \times 1.5 / 3{,}000{,}000{,}000 = 0.4$ ثانية — أي انخفاض بنسبة 20% بتقليل التعليمات وحده، دون عتاد أسرع.

العلاقة بمقاييس أخرى

لـ CPI مقلوب طبيعي هو IPC (التعليمات لكل دورة)، وتعرضه بعض الأدوات بدلًا منه؛ وكلاهما يحمل المعلومة نفسها. والقانون الصارم أساس أيضًا للمقارنات العادلة بين المعالجات: فحاصل ضرب الحدود الثلاثة، لا تردد الساعة وحده، هو ما يعكس زمن التنفيذ الفعلي. وعند توزيع البرنامج على عدة أنوية، يكون التسريع القابل للتحقيق محدودًا بشكل منفصل بـ حاسبة قانون أمدال، الذي يصف كيف يحدّ الجزء التسلسلي من العمل قابليةَ التوسّع بغضّ النظر عن مقدار تقليص زمن التنفيذ لكل نواة.