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)
計算機組成原理——計算機系統的性能指標
計算機系統的性能指標（機器字長、存儲容量，運算速度）：
1. 吞吐量：
一臺計算機在某一時間間隔內能夠處理的信息量。
2. 響應時間：
從輸入有效到系統產生響應之間的時間度量，用時間單位來度量。
3. 利用率：
在給定的時間間隔內系統被實際使用的時間所占的比率，用百分比表示。
4. 機器字長（處理機字長）：
CPU一次能處理二進制數據的位數，與CPU中的寄存器位數有關，又稱為處理機字長。如32位，64位。
機器字長標志著機器的精度，機器字長越長，計算的精度就越高。
5. 總線寬度：
一般來說指CPU中運算器與存儲器之間進行互連的內部總線二進制位數（數據線的根數）。
6. 存儲器容量（按字節數）：
存儲器中所有存儲單元的總數目，通常用KB、MB、GB、TB來表示。
計算機存儲的單位是二進制字節數，這里K不代表10的3次方，1KB=210B，1MB=220B，1GB=230B
7. 存儲器帶寬：
單位時間內從存儲器讀出的二進制數數據量，一般用字節數/秒表示。
8. 主頻/時鐘周期：
CPU的工作節拍受主時鐘控制，主時鐘不斷產生固定頻率的時鐘，主時鐘的頻率（f）叫CPU的主頻。度量單位是Hz（赫茲）、MHz（兆赫茲）、GHz（吉赫茲）。
主頻的倒數稱為CPU的時鐘周期（T），T = 1/f，度量單位是s、us、ns。
9. CPU執行時間：
表示CPU執行一般程序所占用的CPU時間。
公式1：CPU執行時間 = CPU時鐘周期數 ? CPU時鐘周期
公式2：程序擁有的指令數量 ? CPI ? 時鐘周期
**等效指令執行時間：**按照各種指令在程序中所占的比例進行計算
10. CPI （CPI的計算）
表示每條指令周期數，即執行一條指令所需的平均時鐘周期數。
公式：CPI = 執行某段程序所需的CPU時鐘周期數 ? 程序包含的指令條數
11. MIPS（Million Instruction Per Second）
表示平均每秒執行多少百萬條定點指令數
公式1：MIPS = 指令條數 ? （程序執行時間 ? 106）
公式2：MIPS = 時鐘頻率 ? （CPI ? 106）
12. FLOPS（Floating-point Operation Per Second）
表示每秒執行浮點操作的次數，用來衡量機器浮點操作的性能。
公式：FLOPS = 程序中的浮點操作次數 ? 程序執行時間(s)
例題1：
程序P在裝置執行時間為20秒，編譯優化后，P執行的指令數是以前的70%，但CPI為以前的1.2倍，則現在P在M上的執行時間為多少秒？
現在的指令數 ：優化前指令數 ? 70% = 0.7 ? 優化前指令數
現在的CPI ： 1.2 ? 優化前CPI
按照公式2：程序擁有的指令數量 ? CPI ? 時鐘周期
優化前執行時間： 優化前指令數 ? 優化前CPI ? 時鐘周期 = 20
優化后執行時間：0.7 ? 優化前指令數 ? 1.2 ? 優化前CPI ?時鐘周期 =20* 0.7*1.2 = 16.8秒
例題2：
程序P編譯后生成的目標代碼由A、B、C、D四類指令組成，它們在程序中所占的比例分別為43%、21%、12%、24%。已知它們的CPI分別為1、2、2、2。現重新對P進行優化，生成的新目標代碼中A類指令條數減少了50%，其他類指令的條數沒有變。求編譯優化前后程序P的CPI各是多少？
A類：43% ? 50% = 21.5%，21.5% ?（21.5+21+12+24） = 27%
B類：21?（21.5+21+12+24）= 27 %
C類：12?（21.5+21+12+24）= 15%
D類：24?（21.5+21+12+24）= 31%
優化前CPI：43%*1 + 21%*2 + 12%*2 + 24%*2 = 1.57
優化后CPI：27%*1 + 27%*2 + 15%*2 + 31%*2 = 1.73
總結
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