Dernière mise à jour : 2026-07-02

Le temps d'exécution CPU

Le temps d'exécution CPU est la quantité de temps processeur qu'un programme passe à s'exécuter, et il est régi par une seule relation, l'équation de performance du processeur — plus mémorablement, la loi d'airain des performances. Ce calculateur prend trois quantités qui peuvent chacune être mesurées ou estimées — le nombre d'instructions, la moyenne des cycles par instruction et la fréquence d'horloge — et renvoie le temps d'exécution obtenu ainsi que le nombre total de cycles d'horloge consommés.

La loi d'airain

Le temps d'exécution se ramène à trois facteurs qui se multiplient entre eux. Premièrement, le programme exécute un certain nombre d'instructions machine. Deuxièmement, chaque instruction prend, en moyenne, un certain nombre de cycles d'horloge : c'est le CPI. Troisièmement, le processeur achève un nombre fixe de cycles par seconde, sa fréquence d'horloge. Multiplier le nombre d'instructions par le CPI donne les cycles totaux, et diviser cela par la fréquence d'horloge convertit les cycles en secondes :

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

Ici $IC$ est le nombre d'instructions, $CPI$ la moyenne des cycles par instruction et $f$ la fréquence d'horloge en cycles par seconde. Le numérateur, $IC \times CPI$, est le nombre total de cycles dont le programme a besoin.

Pourquoi trois facteurs et non un seul

L'équation rend explicite ce que les fiches techniques brutes masquent : aucun nombre isolé ne capture les performances. Une puce à fréquence élevée peut tout de même perdre face à un rival moins cadencé s'il lui faut plus d'instructions ou plus de cycles par instruction pour accomplir le même travail. Chacun des trois termes est influencé par une partie différente du système :

• Le nombre d'instructions dépend de l'algorithme, du code source, du compilateur et de l'architecture du jeu d'instructions.
• Le CPI dépend du pipeline, du comportement du cache, de la prédiction de branchement et du mélange d'instructions.
• La fréquence d'horloge dépend du procédé de fabrication et de la microarchitecture.

Comme les termes se multiplient, une amélioration de l'un d'eux raccourcit le temps d'exécution — mais améliorer un terme déjà petit rapporte peu. C'est pourquoi le profilage, qui sert à trouver le facteur dominant, précède l'optimisation.

Exemple résolu

Supposons qu'un programme exécute un milliard d'instructions avec un CPI moyen de 1,5 sur un processeur cadencé à 3 GHz. On calcule d'abord les cycles totaux :

Puis on divise par la fréquence d'horloge, en notant que 3 GHz valent 3 000 000 000 cycles par seconde :

Le programme prend une demi-seconde de temps CPU. Si un changement de compilateur ramenait le nombre d'instructions à 800 millions, le temps tomberait à $800\,000\,000 \times 1{,}5 / 3\,000\,000\,000 = 0{,}4$ seconde — une réduction de 20 % par les seules instructions, sans matériel plus rapide.

Lien avec d'autres métriques

Le CPI a un inverse naturel, l'IPC (instructions par cycle), que certains outils affichent à la place ; les deux portent la même information. La loi d'airain fonde aussi les comparaisons équitables entre processeurs : seul le produit des trois termes, et non la fréquence d'horloge seule, reflète le temps d'exécution réel. Lorsqu'un programme est parallélisé sur plusieurs cœurs, l'accélération atteignable est bornée séparément par la Calculateur de la loi d’Amdahl, qui décrit comment la portion sérielle du travail limite la mise à l'échelle, quel que soit le degré de réduction du temps d'exécution par cœur.