计算机组成原理-计算机的性能指标及计算题

1. 计算机的主要性能指标

1.1 机器字长

机器字长是指计算机进行一次整数运算（定点整数运算）所能处理的二进制数据的位数，通常与CPU的寄存器位数、加法器有关。
机器字长一般等于内部寄存器的大小，字长越长，数的表示范围越大，计算精度越高。

1.2 数据通路带宽

数据通路带宽只数据总线一次所能并行传送信息的位数。
此处指外部数据总线的宽度，与CPU内部的数据总线宽度（内部寄存器的大小）有可能不同

1.3 主存容量

主存储器所能存储信息的最大容量。
字数x字长=2^(MAR位数)xMDR位数
如16位MAR和32位MDR，存储容量位64Kx32位

1.4 运算速度

1. 吞吐量和响应时间

• 吞吐量
  系统在单位时间内处理请求的数量。最综合的判断标准。吞吐量主要取决于主存的存储周期
• 响应时间
  指用户向计算机发送一个请求，到系统对该请求作出响应并获得所需结果的等待时间。
  CPU时间（运行一个程序所花费的时间）+等待时间（用于磁盘访问、存储器访问、IO操作、操作系统开销等的时间）

2. 主频和CPU时钟周期

• CPU时钟周期 CLK。
  =1/主频
  进行一个最基本的动作需要多少秒。
  一个动作至少需要一个时钟周期。主频的倒数，CPU中最小的时间单位。
• 主频（CPU时钟频率）
  =1/CLK
  每秒可以执行多少次动作。
  完成指令的一个执行步骤所用时间越短，执行速度越快。单位Hz，2.4GHz：一秒2.4x10^9次

3. CPI
   执行一条指令所需要的时钟周期数。
4. CPU执行时间
   运行一个程序所花的时间。
   =（CPIx条数）x CPU时钟周期
   = CPU时钟周期数/主频
   可以看出CPU的性能（CPU执行时间）取决于 主频（时钟频率）、CPI、指令条数
5. MIPS和M/G/TFLOPS

• MIPS
  每秒执行多少百万条指令。
  MIPS=指令条数/（执行时间x10^6）= 主频/CPI = 1/（CPIxCPU时钟周期）
• M/G/TFLOPS
  每秒执行多少百万/十亿/万亿次浮点数运算

2. 计算题总结

2.1 给出表格求平均CPI、MIPS、和程序执行时间

平均CPI=∑各指令CPIx指令混合比
MIPS = 主频/CPI
程序执行时间= 指令条数xCPIxCPU时钟周期=指令条数xCPI/主频

2.2 两个相同逻辑电路不同主频的CPU芯片，求指令执行速度

已知A主频CFa和B主频CFb，A的平均指令执行速度aMIPS，求B的平均指令执行速度bMIPS
法一：
bMIPS = aMIPSx(CFb/CFa)
法二：
指令执行速度理解为执行每条指令所用时间
A平均每条指令时钟周期数CPIa
= A平均指令周期/A的CPU时钟周期
= A平均指令周期xA的主频CFa
= (1/aMIPS)xCFa
= CFa/MIPS
= B的CPIb（二者片内逻辑电路完全相同）

B的平均指令周期
= B的平均每条指令时钟周期数CPIb x B的CPU时钟周期
= CPIb/CFb

B的平均指令执行速度bMIPS
=1/B的平均指令周期

每一个字我都认识，放一起真的搞不明白