计算机组成原理——计算机系统的性能指标(机器字长、存储容量、运算速度)

计算机组成原理——计算机系统的性能指标

计算机系统的性能指标（机器字长、存储容量，运算速度）：

1. 吞吐量：

一台计算机在某一时间间隔内能够处理的信息量。

2. 响应时间：

从输入有效到系统产生响应之间的时间度量，用时间单位来度量。

3. 利用率：

在给定的时间间隔内系统被实际使用的时间所占的比率，用百分比表示。

4. 机器字长（处理机字长）：

CPU一次能处理二进制数据的位数，与CPU中的寄存器位数有关，又称为处理机字长。如32位，64位。
机器字长标志着机器的精度，机器字长越长，计算的精度就越高。

5. 总线宽度：

一般来说指CPU中运算器与存储器之间进行互连的内部总线二进制位数（数据线的根数）。

6. 存储器容量（按字节数）：

存储器中所有存储单元的总数目，通常用KB、MB、GB、TB来表示。
计算机存储的单位是二进制字节数，这里K不代表10的3次方，1KB=2¹⁰B，1MB=2²⁰B，1GB=2³⁰B

7. 存储器带宽：

单位时间内从存储器读出的二进制数数据量，一般用字节数/秒表示。

8. 主频/时钟周期：

CPU的工作节拍受主时钟控制，主时钟不断产生固定频率的时钟，主时钟的频率（f）叫CPU的主频。度量单位是Hz（赫兹）、MHz（兆赫兹）、GHz（吉赫兹）。
主频的倒数称为CPU的时钟周期（T），T = 1/f，度量单位是s、us、ns。

9. CPU执行时间：

表示CPU执行一般程序所占用的CPU时间。
公式1：CPU执行时间 = CPU时钟周期数 ✖ CPU时钟周期
公式2：程序拥有的指令数量 ✖ CPI ✖ 时钟周期
**等效指令执行时间：**按照各种指令在程序中所占的比例进行计算

10. CPI （CPI的计算）

表示每条指令周期数，即执行一条指令所需的平均时钟周期数。
公式：CPI = 执行某段程序所需的CPU时钟周期数 ➗ 程序包含的指令条数

11. MIPS（Million Instruction Per Second）

表示平均每秒执行多少百万条定点指令数
公式1：MIPS = 指令条数 ➗ （程序执行时间 ✖ 10⁶）
公式2：MIPS = 时钟频率 ➗ （CPI ✖ 10⁶）

12. FLOPS（Floating-point Operation Per Second）

表示每秒执行浮点操作的次数，用来衡量机器浮点操作的性能。
公式：FLOPS = 程序中的浮点操作次数 ➗ 程序执行时间(s)

例题1：
程序P在装置执行时间为20秒，编译优化后，P执行的指令数是以前的70%，但CPI为以前的1.2倍，则现在P在M上的执行时间为多少秒？

现在的指令数：优化前指令数 ✖ 70% = 0.7 ✖ 优化前指令数
现在的CPI ： 1.2 ✖ 优化前CPI
按照公式2：程序拥有的指令数量 ✖ CPI ✖ 时钟周期
优化前执行时间：优化前指令数 ✖ 优化前CPI ✖ 时钟周期 = 20
优化后执行时间：0.7 ✖ 优化前指令数 ✖ 1.2 ✖ 优化前CPI ✖时钟周期 =20* 0.7*1.2 = 16.8秒

例题2：
程序P编译后生成的目标代码由A、B、C、D四类指令组成，它们在程序中所占的比例分别为43%、21%、12%、24%。已知它们的CPI分别为1、2、2、2。现重新对P进行优化，生成的新目标代码中A类指令条数减少了50%，其他类指令的条数没有变。求编译优化前后程序P的CPI各是多少？

A类：43% ✖ 50% = 21.5%，21.5% ➗（21.5+21+12+24） = 27%
B类：21➗（21.5+21+12+24）= 27 %
C类：12➗（21.5+21+12+24）= 15%
D类：24➗（21.5+21+12+24）= 31%

优化前CPI：43%*1 + 21%*2 + 12%*2 + 24%*2 = 1.57
优化后CPI：27%*1 + 27%*2 + 15%*2 + 31%*2 = 1.73