【计算机组成原理】计算机性能指标

一、计算机的发展历程
二、计算机硬件的基本组成
- 早期冯诺依曼机结构
- 现代计算机的结构
- 各硬件介绍
- - 主存储器的基本组成
  - 运算器的基本组成
  - 控制器的基本组成
  - 指令执行过程
- 计算机系统的多级层次结构
- - 计算机体系结构 vs 计算机组成原理
三、计算机的性能指标
- 存储器的性能指标
- CPU 的性能指标
- 系统整体的性能指标
- 总结

一、计算机的发展历程

第一台电子数字计算机：ENIAC（1946）。逻辑元件：电子管。

二、计算机硬件的基本组成

早期冯诺依曼机结构

冯·诺依曼计算机的特点：

计算机由五大部件组成
指令和数据以同等地位存于存储器，可按地址寻访
指令和数据用二进制表示
指令由操作码和地址码组成
存储程序
以运算器为中心

现代计算机的结构

现代计算机：以存储器为中心
CPU = 运算器 + 控制器

各硬件介绍

主存储器的基本组成

运算器的基本组成

控制器的基本组成

指令执行过程

计算机系统的多级层次结构

计算机体系结构 vs 计算机组成原理

三、计算机的性能指标

存储器的性能指标

MAR位数反映存储单元的个数（最多支持多少个）

MDR位数 = 存储字长 = 每个存储单元的大小

总容量 = 存储单元个数×存储字长 bit = 存储单元个数×存储字长/8 Byte

CPU 的性能指标

不同的指令，CPI 不同。甚至相同的指令，CPI 也可能有变化

CPU执行时间（整个程序的耗时）= CPU时钟周期数/主频=（指令条数*CPI）/主频

IPS（ Instructions Per Second ）：每秒执行多少条指令
KIPS、MIPS

FLOPS（Floating-point Operations Per Second）：每秒执行多少次浮点运算
KFLOPS、MFLOPS、GFLOPS、TFLOPS

注：此处K、M、G、T 为数量单位
K=Kilo=千=10310^3103，M=Million=百万=10610^6106，G=Giga=十亿=10910^9109 ，T=Tera=万亿= 101210^{12}1012

PFLOPS，EFLOPS，ZFLOPS。P=10310^3103T，E=10310^3103P，Z=10310^3103E

系统整体的性能指标

数据通路带宽：数据总线一次所能并行传送信息的位数（各硬件部件通过数据总线传输数据

吞吐量：指系统在单位时间内处理请求的数量。
它取决于信息能多快地输入内存，CPU能多快地取指令，数据能多快地从内存取出或存入，以及所得结果能多快地从内存送给一台外部设备。这些步骤中的每一步都关系到主存，因此，系统吞吐量主要取决于主存的存取周期。

响应时间：指从用户向计算机发送一个请求，到系统对该请求做出响应并获得它所需要的结果的等待时间。
通常包括CPU时间（运行一个程序所花费的时间）与等待时间（用于磁盘访问、存储器访问、I/O操作、操作系统开销等时间）。

总结

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