计算机的性能及评估标准

计算机成本和价格

1.0引言

系统设计的三种选择

高性能指标（超级计算机）——不考虑成本

低成本的设计——以牺牲性能为代价

介于上述两者之间——最吸引用户的设计方式

1.1计算机性能和性评价

衡量性能的主要标准

时间：最可靠的衡量尺度

响应时间：用户提交一个任务后，获得结果所需等待时间。对多道程序，无法区分是否在等待I/O时间及执行其它程序。

CPU时间：不包括等待I/O操作的时间以及CPU转去运行其它程序所花的时间。
系统CPU时间：与采用的操作系统有关，难以进行精确统计。

系统CPU时间：与采用的操作系统有关，难以进行精确的统计；

用户CPU时间：

以用户CPU时间衡量CPU性能较为妥当。

计算机性能——CPU性能

大多数计算机以固定速率运行，运行周期即时钟周期（Clock Cycles），单位ns或者MHz。

CPU的性能取决于3个参数：

时钟周期（速率）：硬件工艺和计算机组成；（在模型机中，CLK的周期是固定的，称为时钟周期。在现代计算机中称为CPU的主频）

每条指令所需的平均时钟周期数：计算机组成和指令系统有关；

程序中的指令总数：机器指令系统和编译技术；

一个程序在CPU上运行的时间

In：要执行的程序中的指令总数

CPI：执行每条指令所需的平均时钟周期数

Tc：每个时钟周期的时间

CPI=执行整个程序所需要的CPU时钟周期数/程序中指令总数

Ii：第i类指令在程序中的执行次数

CPIi：执行一条第i类指令所需的平均时钟周期数

n：该程序所有的指令种类数

IN：指令总数

补充知识：指令类型

1、数据传送指令

包括寄存器与寄存器、寄存器与存储单元、存储单元与存储单元之间的传送。

2、算术逻辑运算指令

实现算术运算（加、减、乘、除等）和逻辑运算（与、或、非、异或）。有些计算机还设置有位操作指令，如位测试（测试指定位的值）、位清零、位求反指令等。

3、移位操作指令

可分为算术移位、逻辑移位和循坏移位。

4、程序控制类指令

①无条件转移指令：无条件转至目的地址处执行；

②条件转移指令：条件满足转至目的地址处执行，否则顺序执行；

③调用与返回指令：

调用指令CALL:从当前的程序位置转至子程序的入口；

返回指令RETURN:子程序执行后重新返回到原程序的断点。

④陷阱指令：一种意外事故的中断；

⑤堆栈操作指令：特殊的数据传送指令，入栈Push，出栈POP；

⑥输入输出指令：从外设端口读入一个数据到CPU的寄存器内，或将数据从CPU的寄存器输出到某外设的端口中；

⑦处理器控制指令：包括等待、停机、空操作、开中断和关中断指令等。

⑧特权指令：多用户、多任务计算机系统资源的分配和管理只给操作系统或其他系统软件，而不能提供给用户使用，以防止破坏系统或其他用户的信息。

1.2计算机性能的评估标准——MIPS和MFLOPS

MIPS:每秒百万条指令

MFLOPS：每秒百万次浮点运算

1.3 评估计算机性能的基准测试程序

基准测试程序（Benchmark）