计算机组成原理学习笔记第1章 1.2——计算机系统性能评价
计算机组成原理学习笔记第1章 1.2——计算机系统性能评价
目录
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- 计算机组成原理学习笔记第1章 1.2——计算机系统性能评价
- 0️⃣思维导图(自制)
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- ①思维导图下载
- ②图示
- 1️⃣非时间指标
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- ①机器字长
- ②总线宽度
- ③主存容量与存储带宽
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- a.主存容量
- b.存储带宽
- 2️⃣时间指标
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- ①主频 f/ 时钟周期T , 外频、 倍频
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- a.主频f
- b.时钟周期T
- c.f与T的关系
- d.外频
- e.倍频
- ②CPI(Clock cycles Per Instruction)
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- a.定义
- b.补充
- c.公式
- d.CPI应用举例
- ③MIPS(Million Instructions Per Second)
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- a.定义
- b.公式
- c.MIPS应用举例
- ④CPU时间
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- a.定义
- b.公式
- c.CPU时间的计算方法
- d.CPU时间应用举例
- 3️⃣时间指标的应用思考
- 本节小结
0️⃣思维导图(自制)
①思维导图下载
自制思维导图文件(可下载后打开编辑完善)——第1章 第1.2节
提取码请见评论置顶
②图示
1️⃣非时间指标
①机器字长
定义：指机器一次能处理的二进制位数
- 由加法器、寄存器的位数决定；
- 一般与内部寄存器的位数相等(字长);
- 字长越长，表示数据的范围就越大，精确度越高；
- 目前常见的有32位和64位字长 。
②总线宽度
定义：数据总线一次能并行传送的最大信息的位数
- 一般指运算器与存储器之间的数据总线位数 。
- 有些计算机内部与外部数据总线宽度不一致;
- 8086 、 80286 、 80386 内外数据总线等宽；
- 8088 、 80386 SX 外部总线宽度 8 位内部总线宽度16位；
- Pentium 外总线 64 位 内总线 32 位 两条 32 位流水线
③主存容量与存储带宽
a.主存容量
定义： 是指一台计算机主存所包含的存储单元总数 。
b.存储带宽
定义： 指单位时间内与主存交换的二进制信息量
ps：常用单位B/s(字节/秒) 。
(影响存储带宽的指标包括数据位宽和数据传输速率 )
2️⃣时间指标
①主频 f/ 时钟周期T , 外频、 倍频
a.主频f
定义：指CPU内核工作的时钟频率，即CPU内数字脉冲信号振荡的速率， 与CPU 际的运算能力之间不是唯一的、直接关系；
b.时钟周期T
定义：也称节拍周期，是计算机中最基本的、最小的时间单位。在一个时钟周期内， CPU 仅完成一个最基本的动作；
c.f与T的关系
关系：互为倒数，f 越高， T就越小 （f=1/T）
例如：
f=100MHz 时 —> T=10ns
f=1GHz时 —> T=1ns
d.外频
定义：指CPU( 内存)与主板之间同步的时钟频率(系统总线的工作频率);
e.倍频
定义：CPU主频与外频之间的倍数
公式关系：
主频 = 外频 × 倍频
如：
Pentium 4 2.4G CPU主频
2400M = 133M (外频 ) × 18 ( 倍频)
如何超频？
②CPI(Clock cycles Per Instruction)
a.定义
执行一条指令平均需要的时钟周期数(即T周期的个数)
b.补充
单条指令CPI 、一段程序中所有指令的 CPI 、指令系统 CPI 等
c.公式
CPI = 程序中所有指令的时钟周期数之和 / 程序指令总数 = 程序指令总数
d.CPI应用举例
例1 某计算机指令系统中各类指令所占比例及CPI如下表所示，求程序的CPI。
| 指令类型 | CPI | 指令比例 |
|---|---|---|
| 算术和逻辑 | 1 | 60% |
| Load/Store | 2 | 18% |
| 转移 | 4 | 12% |
| Cache缺失访存 | 8 | 10% |
解： CPI = 1 * 60% + 2 * 18% + 4 * 12% +8 * 10% = 2.24
补充：IPC (Instruction per Clock)：每个时钟周期内执行的指令条数 (并行)
实际上频率和 IPC 在真正影响 CPU 性能 。
准确的 CPU 性能判断标准应该是：
CPU 性能 =IPC(CPU 每一时钟周期内所执行的指令多少) × 频率 (MHz 时钟速度)----由英特尔提出并被业界广泛认可。
例如：
如果将英特尔用于企业级服务器的主频为800MHz的安腾处理器(英特尔的最高级系列 CPU) 与用于台式机的主频为1800MHz的奔腾4处理器进行对比。
主频为800MHz的安腾处理器 PK 主频为1800MHz的奔腾4处理器
PK结果：
主频仅为800MHz的安腾处理器在性能上竟然比主频高达1800MHz的奔腾4处理器还要强大。
③MIPS(Million Instructions Per Second)
a.定义
每秒钟CPU能执行的指令总条数 (单位：百万条/秒)
b.公式
c.MIPS应用举例
例如： 某计算机主频为1GHZ，在其上运行的目标代码包含 2x10^5 条指令，分4类，各类指令所占比例和各自CPI如下表所示，求程序的MIPS。
| 指令类型 | CPI | 指令混合比例 |
|---|---|---|
| 算术和逻辑 | 1 | 60% |
| Load/Store | 2 | 18% |
| 转移 | 4 | 12% |
| Cache缺失访存 | 8 | 10% |
④CPU时间
a.定义
执行一段程序所需的时间
( CPU时间+ I/O时间 + 存储访问时间+ 各类排队时延等)。
b.公式
CPU时间 = 程序中所有指令的时钟周期数之和 × T = 程序中所有指令的时钟周期数之和 / f(回顾汇编语言课程中延时子程序的设计原理)
c.CPU时间的计算方法
考虑CPI后的CPU时间：
考MIPS后的CPU时间:
d.CPU时间应用举例
例如：某计算机主频为1GHZ 在其上运行的目标代码包含 2 ×10^5 条指令，分4类，各类指令所占比例和各自 CPI 如下表所示，求该段程序的 CPU 时间 。
| 指令类型 | CPI | 指令混合比例 |
|---|---|---|
| 算术和逻辑 | 1 | 60% |
| Load/Store | 2 | 18% |
| 转移 | 4 | 12% |
| Cache缺失访存 | 8 | 10% |
方法1：
方法2：
3️⃣时间指标的应用思考
思考：
- 如何合理利用时间指标评测计算机性能？
f、 CPI 、 MIPS 、 CPU 时间在评价计算机性能方面的特点和不足
- 如何科学合理测试计算机系统的综合性能？
- 有哪些常用测试工具？
- 测试结果能否真实反映计算机的实际性能？
- 计算机性能指标是确定的吗？？
b.逻辑等效性
本节小结
计算机系统性能评价
- 1️⃣非时间指标
- 2️⃣时间指标
- 3️⃣时间指标的应用思考
本篇笔记整理：Code_流苏
笔记内容学习资料：计算机组成原理微课版(谭志虎、秦磊华等编著)
课件资料及视频学习：MOOC计算机组成原理(华科大)
计算机组成原理笔记专栏
内容随着个人本学期课程学习进度而适时更新，本学期内会更完个人全部笔记，希望对大家有所帮助！能够学有所获！还请大家多多点赞与关注！