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）