计算机的性能指标

计算机的主要性能指标

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存储器的性能指标

主存容量

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\begin{align}
主存容量 &= 存储单元个数 \times 存储字长 \\
&= 2^{MAR位数}(最多支持) \times MDR位数
\end{align}
$$

CPU的性能指标

CPU时钟频率(主频)

CPU时钟周期

平均执行周期数(Cycle Per Instruction, CPI)

每条指令时钟周期数(平均看指令数)

CPU执行时间

$$
CPU执行时间 = CPU时钟周期数/主频 = (指令条数 \times 平均CPI)/主频
$$

CPU的性能(CPU 执行时间)取决于三个要素:

• 主频(时钟频率)

• 每条指令执行所用的时钟周期数CPI

• 指令条数。

主频、CPI和指令条数是相互制约的。例如，更改指令集可以减少程序所含指令的条数，但同时可能引起CPU结构的调整，从而可能会增加时钟周期的宽度(降低主频)。

每秒指令数(Instruction Per Second, IPS)

$$
IPS = 主频/平均CPI
$$

每秒浮点运算次数(Floating-point Operations Per Second, FLOPS)

数量单位

描述存储容量、文件大小：$ 1T = 2^{10}G = 2^{20}M = 2^{30}K $

描述频率、速率：$ 1Z = 10^{3}E = 10^{6}P = 10^{9}T = 10^{12}G = 10^{15}M = 10^{18}k$

系统总体的性能指标

字长

数据通路带宽

吞吐量

响应时间

基准程序

使用基准程序进行计算机性能评测也存在一些缺陷，因为基准程序的性能可能与某一小段的短代码密切相关，而硬件系统设计人员或编译器开发者可能会针对这些代码片段进行特殊的优化，使得执行这段代码的速度非常快，以至于得不到准确的性能评测结果。

补充

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字长

在通常所说的“某16位或32位机器”中，16、32指的是字长，也称机器字长。

所谓字长,通常是指CPU内部用于整数运算的数据通路的宽度，因此字长等于CPU内部用于整数运算的运算器位数和通用寄存器宽度，它反映了计算机处理信息的能力。

字和字长的概念不同。字用来表示被处理信息的单位，用来度量数据类型的宽度，如x86 机器中将一个字定义为 16 位。

指令字长:一个指令字中包含的二进制代码的位数。

存储字长:一个存储单元存储的二进制代码的长度。

它们都必须是字节的整数倍。

数据字长:是数据总线一次能并行传送信息的位数。

指令字长一般取存储字长的整数倍，若指令字长等于存储字长的2倍，则需要2个访存周期来取出一条指令；若指令字长等于存储字长，则取指周期等于机器周期。
早期的存储字长一般与指令字长、字长相等，因此访问一次主存便可取出一条指令或一个数据。

随着计算机的发展，指令字长、字长都可变，但必须都是字节的整数倍。

CPU寄存器透明

汇编程序员可以通过JMP指令来设置PC的值。状态寄存器、通用寄存器只有为汇编程序员可见，才能实现编程，而IR、MAR、MDR是CPU的内部工作寄存器，对程序员均不可见。

评价计算机性能的综合参数

主频、主存容量和指令系统(间接影响CPI)并不是综合性能的体现。吞吐率指系统在单位时间内处理请求的数量，是评价计算机系统性能的综合参数。

设计高性能计算机的重要途经

提高CPU主频、扩大主存容量对性能的提升是有限度的。采用并行技术是实现高性能计算的重要途径，现今超级计算机均采用多处理器来增强并行处理能力。

兼容

兼容指计算机软件或硬件的通用性，通常在同一系列的不同型号计算机可以通用。

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