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)
  1. 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
  1. CPI
    执行一条指令所需要的时钟周期数。
  2. 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
  3. 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

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