CPI (Zyklen pro Instruktion)

Worum geht es?

CPI (Cycles per Instruction) gibt an, wie viele Taktzyklen eine CPU im Mittel pro Instruktion benötigt. Niedriges CPI bedeutet hohe Effizienz pro Takt — gute Sprungvorhersage, wenig Cache-Misses, voll ausgelastete Pipeline.

Moderne superskalare CPUs erreichen oft Werte unter 1, weil sie mehrere Instruktionen pro Takt abschließen können. Der Kehrwert (IPC, Instructions per Cycle) ist ebenfalls eine gängige Darstellung.

Die Formel

CPI = Taktzyklen / Instruktionen

Umstellungen:
    Taktzyklen    = CPI · Instruktionen
    Instruktionen = Taktzyklen / CPI

Die Variablen

Minimal-Beispiel

Ein Programm benötigt 4 · 10⁹ Taktzyklen für 2 · 10⁹ Instruktionen.

CPI = 4 · 10⁹ / 2 · 10⁹
    = 2,0

Praxis-Beispiele

Beispiel 1 — Pipeline-Auslastung

Eine ideal arbeitende Pipeline schließt 1,8 · 10⁹ Instruktionen in 2 · 10⁹ Taktzyklen ab.

CPI = 2 · 10⁹ / 1,8 · 10⁹
    ≈ 1,11

Beispiel 2 — Taktzyklen aus CPI

CPI = 1,5 bei 3 · 10⁹ Instruktionen.

Taktzyklen = 1,5 · 3 · 10⁹
           = 4,5 · 10⁹

Beispiel 3 — Superskalare CPU

8 · 10⁹ Instruktionen in 5 · 10⁹ Taktzyklen.

CPI = 5 · 10⁹ / 8 · 10⁹
    = 0,625   (IPC ≈ 1,6)