计算机组成原理——计算机系统的性能指标(机器字长、存储容量、运算速度)

计算机组成原理——计算机系统的性能指标


计算机系统的性能指标(机器字长、存储容量,运算速度):

1. 吞吐量:

一台计算机在某一时间间隔内能够处理的信息量。


2. 响应时间:

输入有效系统产生响应之间的时间度量,用时间单位来度量。


3. 利用率:

在给定的时间间隔内系统被实际使用的时间所占的比率,用百分比表示。


4. 机器字长(处理机字长):

CPU一次能处理二进制数据的位数,与CPU中的寄存器位数有关,又称为处理机字长。如32位,64位。
机器字长标志着机器的精度机器字长越长,计算的精度就越高。


5. 总线宽度:

一般来说指CPU中运算器与存储器之间进行互连的内部总线二进制位数(数据线的根数)。


6. 存储器容量(按字节数):

存储器中所有存储单元的总数目,通常用KB、MB、GB、TB来表示。
计算机存储的单位是二进制字节数,这里K不代表10的3次方,1KB=210B,1MB=220B,1GB=230B


7. 存储器带宽:

单位时间内从存储器读出的二进制数数据量,一般用字节数/秒表示。


8. 主频/时钟周期:

CPU的工作节拍受主时钟控制,主时钟不断产生固定频率的时钟,主时钟的频率(f)叫CPU的主频。度量单位是Hz(赫兹)、MHz(兆赫兹)、GHz(吉赫兹)。
主频的倒数称为CPU的时钟周期(T)T = 1/f,度量单位是s、us、ns。


9. CPU执行时间:

表示CPU执行一般程序所占用的CPU时间。
公式1:CPU执行时间 = CPU时钟周期数 ✖ CPU时钟周期
公式2:程序拥有的指令数量 ✖ CPI ✖ 时钟周期
**等效指令执行时间:**按照各种指令在程序中所占的比例进行计算

在这里插入图片描述


10. CPI (CPI的计算)

表示每条指令周期数,即执行一条指令所需的平均时钟周期数。
公式:CPI = 执行某段程序所需的CPU时钟周期数 ➗ 程序包含的指令条数


11. MIPS(Million Instruction Per Second)

表示平均每秒执行多少百万条定点指令数
公式1:MIPS = 指令条数 ➗ (程序执行时间 ✖ 106
公式2:MIPS = 时钟频率 ➗ (CPI ✖ 106


12. FLOPS(Floating-point Operation Per Second)

表示每秒执行浮点操作的次数,用来衡量机器浮点操作的性能。
公式:FLOPS = 程序中的浮点操作次数 ➗ 程序执行时间(s)


例题1:
程序P在装置执行时间为20秒,编译优化后,P执行的指令数是以前的70%,但CPI为以前的1.2倍,则现在P在M上的执行时间为多少秒?

现在的指令数 :优化前指令数 ✖ 70% = 0.7 ✖ 优化前指令数
现在的CPI : 1.2 ✖ 优化前CPI
按照公式2:程序拥有的指令数量 ✖ CPI ✖ 时钟周期
优化前执行时间: 优化前指令数 ✖ 优化前CPI ✖ 时钟周期 = 20
优化后执行时间:0.7 ✖ 优化前指令数 ✖ 1.2 ✖ 优化前CPI ✖时钟周期 =20* 0.7*1.2 = 16.8秒

例题2:
程序P编译后生成的目标代码由A、B、C、D四类指令组成,它们在程序中所占的比例分别为43%、21%、12%、24%。已知它们的CPI分别为1、2、2、2。现重新对P进行优化,生成的新目标代码中A类指令条数减少了50%,其他类指令的条数没有变。求编译优化前后程序P的CPI各是多少?

A类:43% ✖ 50% = 21.5%,21.5% ➗(21.5+21+12+24) = 27%
B类:21➗(21.5+21+12+24)= 27 %
C类:12➗(21.5+21+12+24)= 15%
D类:24➗(21.5+21+12+24)= 31%

优化前CPI:43%*1 + 21%*2 + 12%*2 + 24%*2 = 1.57
优化后CPI:27%*1 + 27%*2 + 15%*2 + 31%*2 = 1.73

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