第一章 计算机系统概述 1.3 计算机的性能指标

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本笔记参考书目：

1. 计算机组成原理（第六版.立体化教材）白中英、戴志涛
2. 2021王道计算机组成原理视频公开课

本节重点：

• 容量计算
• K/M/G/T单位转换
• CPU主频/CPI/IPS/FLOPS
• 数据通路带宽/吞吐量/响应时间

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总容量计算

总容量 = 储存单元个数 X 储存字长 bit

字节单位换算

常见2的指数换算：

$2^4=16$
$2^5=32$
$2^6=64$
$2^7=128$
$2^8=256$
$2^9=512$
$2^{10}=1024$

字节（Bytes）换算：

$1KB=2^{10}B=1024B$
$1MB=2^{10}\ast 1KB={\left(2^{10}\right)}^{2}B=2^{20}B$
$1GB=2^{30}B$
$1TB=2^{40}B$

K/M/G/T：增长倍数为 $2^{10}$

CPU的性能指标

CPU主频（时钟频率）： CPU内数字脉冲信号振荡频率

单位：Hz

CPU主频（时钟频率）和CPU时钟周期互为倒数

CPI（Clock Cycles per Instruction） ：执行一条指令需要的时钟周期数

执行不同/相同指令的时间周期数CPI不一定相同。

执行一条指令的平均耗时 = Avg. CPI X CPU时钟周期

CPU执行时间 ：执行整个程序（而非单条指令）的耗时

IPS（Instructions per Second） ：每秒执行多少条指令
$IPS=\frac{CPU主频}{Avg.CPI}$

FLOPS（Floating-point Operations per Second）：每秒执行多少次浮点运算

IPS和FLOPS增加单位：
KIPS、MIPS
KFLOPS、MFLOPS、GFLOPS、TFLOPS
K/M/G/T：增长倍数为 $10^3$

描述储存和CPU时，K/M/G/T增长倍数有区别！

系统整体的性能指标

数据通路带宽 ：数据总线一次能并行传送的信息的位数。

各硬件间（I/O、控制器、运算器、主储存器）通过数据总线进行数据传输。

吞吐量 ：系统在单位时间内处理请求的数量

响应时间：用户向计算机发请求，系统对请求的响应时间

🤔思考

主频高的CPU一定比主频低的快吗？
Ans：不一定。Avg. CPI高，导致高频CPU的IPS低。

⚠️若CPI相同，主频高一定意味着更快吗？
Ans：不一定！ 操作系统设计不同，导致快慢不同。比如，A不支持乘法，只能通过多次加法实现乘法，而B支持乘法，意味着B更快。

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