专栏首页用户画像1.3.1 计算机的主要性能指标

1.3.1 计算机的主要性能指标

1.机器字长

机器字长是指计算机进行一次整数运算(即定点整数运算)所能处理的二进制数据的位数,通常与CPU的寄存器位数、加法器有关。所以机器字长一般等于内存寄存器的大小,字长越长,数的表示范围越大,计算精度越高。计算机字长通常都选定字节(Byte,8位)的整数倍,通常是2、4、8倍。不同的计算机,字长可以不相同。

指令字长:一个指令中包含二进制代码的位数。

存储字长:一个存储单元存储二进制代码的长度,它们必须是字节的整数倍。

指令字长一般都取存储字长的整数倍,如果指令字长等于存储字长的2倍,就需要2次访存来取一条指令,因此,取值周期为机器周期的2倍,如果指令长度等于存储字长,则取指周期等于机器周期。

2.数据通路带宽

数据通路带宽是指数据总线一次所能并行传送信息的位数。这里所说的数据通路宽度是指外部数据总线的宽度,它与CPU内部的数据总线宽度(内部寄存器的大小)有可能不同。

注意:各个子系统通过数据总线连接形成的数据传送路径称为数据通路。

3.主存容量

主存容量是指主存储器所能存储信息的最大容量,通常以字节来衡量,也可以用字数*字长(512k*16位)来表示存储容量。其中MAR的位数反应了存储单元的个数,MAR的位数反应了可寻址范围的最大值(而不一定是实际存储器的存储容量)。

例如,MAR为16位,表示2^16=65536,即此存储体内有65536个存储单元(可称作64k内存,1k=1024),若MDR为32位,表示存储容量64K*32位。

4.运算速度

(1)吞吐量和响应时间

吞吐量:指系统在单位时间内处理请求的数量。它取决于信息能多块地输入内存,CPU能多块地取指令,数据能多块地从内存取出或存入,以及所得结果能多块地从内存送给一台外部设备。这些步骤中的每一步都关系到主存,因此,系统吞吐量主要取决于主存的存取周期

响应时间:指从用户向计算机发送一个请求,到系统对该请求作出响应并获得它所需要的结果的等待时间。通常包括CPU时间(运行一个程序所花费的时间)与等待时间(用于磁盘访问、存储器访问、I/O操作、操作系统开销等时间)。

(2)主频和CPU时钟周期

CPU时钟周期:通常为节拍脉冲或T周期,即主频的倒数,它是CPU中最小的时间单位,每个动作至少需要一个时钟周期。

主频(CPU时钟频率):机器内部主时钟的频率,它是衡量机器速度的重要参数。主频的倒数是CPU时钟周期。对于同一型号的计算机,其主频越高,完成指令的一个执行步骤所用的时间越短,执行指令的速度越快。

注意:CPU时钟周期=1/主频,主频通常以MHZ(兆赫兹)为单位,1HZ表示每秒一次。

(3)CPI(Clock cycle per instruction),即执行一条指令所需的时钟周期数。

(4)CPU执行时间,指运行一个程序所花费的时间

CPU执行时间=CPU时钟周期数/主频=(指令条数*CPI)/主频

CPU的性能(CPU执行时间)取决于三个要素:①主频(时钟频率);②每条指令执行所用的时钟周期数;③指令条数

(5)MIPS、MFLOPS、GFLOPS和TFLOPS

MIPS(Million Instruction Peer Second),即每秒执行多少百万条指令。

MIPS=指令条数/(执行时间*10^6)=主频/CPI

MFLOPS(Mega Floating-point Operation Per Second),即每秒执行多少百万次浮点运算。

MFLOPS=浮点操作次数/(执行时间*10^6)

GFLOPS(Giga Floating-point Operation Per Second),即每秒执行多少十亿次浮点运算。

GFLOPS=浮点操作次数/(执行时间*10^9)

TFLOPS(Tera Floating-point Operation Per Second),即每秒执行多少万亿次浮点运算。

TFLOPS=浮点操作次数/(执行时间*10^12)

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