计算机的性能指标(计算机组成原理6)

计算机的性能指标

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计算机组成原理 系列文章目录

  • 计算机的性能指标
  • 前言
  • 1 存储器的性能指标
  • 2 CPU的性能指标
  • 3 系统整体的性能指标
  • 4 小结

前言

在本篇中,你将掌握

  • 计算机的存储器、CPU和系统整体的性能指标
  • CPU的指令时间相关计算

1 存储器的性能指标

计算机的性能指标(计算机组成原理6)_第1张图片
评估存储器的性能指标有
  MAR位数:存储单元的个数(最多支持)
  MDR位数:储存字长=每个存储单元的大小

举例,MAR=32位,MDR=8位,则存储器的总容量为
2 32 ∗ 8 b i t = 4 G B 2^{32} * 8 bit = 4GB 2328bit=4GB

注:描述文件大小 2 10 : K 、 2 20 : M 、 2 30 : G 、 2 40 : T 2^{10}:K、2^{20}:M、2^{30}:G、2^{40}:T 210K220M230G240T
  如1KB = 2 10 2^{10} 210B = 1024B(Byte) = 1024 * 8b(bit)
  和下面的数据处理速度的K、M、G、T是不同的

2 CPU的性能指标

计算机的性能指标(计算机组成原理6)_第2张图片
评估存储器的性能指标有

  CPU时钟周期
  CPU主频(时钟频率):cpu时钟周期的倒数(每秒钟有多少个时钟周期)
  CPI:执行一条指令所需的时钟周期数,通常用平均代替
  IPS:每秒执行多少条指令 = 主 频 平 均 C P I \frac{主频}{平均CPI} CPI
  FLOPS:每秒执行多少浮点运算
    IPS和FLOPS通常会加前缀数量单位,K、M、G、T( 千 K = 1 0 3 , 百 万 M = 1 0 6 , 十 亿 G = 1 0 9 , 万 亿 T = 1 0 12 千K=10^{3},百万M=10^{6},十亿G=10^{9},万亿T=10^{12} K=103M=106亿G=109亿T=1012
    如2KIPS=平均每秒执行2000条指令(数据处理速度)

执行一条指令的耗时 = CPI x CPU时钟周期
CPU执行时间:执行整个程序(多条指令组成程序)的耗时

例,某CPU的主频为1000Hz,某程序包含100条指令,平均来看指令的CPI=3。该程序在该CPU上执行需要多久?(CPU执行时间)

  答:1条指令平均耗时 = CPI x 时钟周期 = 3 x 1/1000 秒
  100条耗时 = 100 x 3 x 1/1000 = 0.3秒

3 系统整体的性能指标

计算机的性能指标(计算机组成原理6)_第3张图片
对于系统整体的静态性能指标有:

  1. 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)

  2. 吞吐量:系统在单位时间内处理请求(请求:广义上的任务)的数量

  3. 响应时间: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

对于系统整体的动态性能指标有:

  1. 基准程序:用来测量计算机处理速度的一种实用程序,以便于被测量的计算机性能可以与运行相同程序的其它计算机性能相比较(跑分软件,如鲁大师等的电脑性能评估)

思考题:

  • 主频高的CPU一定比主频低的CPU快吗?
      答:不一定,如两个CPU,A主频为2GHz,平均CPI=10,A一秒可以执行0.2G条指令;
      B主频为1GHz,平均CPI=1,B一秒可以执行1G条指令。

  • 那若A、B两个CPU的平均CPI相同,那么A一定更快吗?
      答:不一定,还要看指令系统,如A不支持乘法指令,只能用多次加法实现乘法;而B支持乘法指令。

  • 基准程序执行得越快说明机器性能越好吗?
      答:基准程序中的语句存在频度差异,运行结果也不能完全说明问题(如基准程序中可能图像处理部分的语句占比很多,则会影响到其他性能的测试权重占比)

4 小结

计算机的性能指标(计算机组成原理6)_第4张图片
本篇重点,评估计算机性能的指标,其中有关CPU的主频、CPI、执行时间的计算是重中之重。

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