主要性能指标
机器字长
指参与运算的基本位数,它是由加法器、寄存器的位数决定的。字长标志着计算机的精度,字长越长,计算机的精度就越高。
机器字长以“字节Byte”为基本单位,字节用大写字母B表示,一个字节为8位二进制数(比特bit),位用小写字母B表示。另外,我们通常提到的字(word),是指数据字,一般是16位,双字(Double Word)是32字。需要说明的是,数据字和字长是有区别的概念,数据字是一个度量单位,用来度量各种数据类型的宽度,而字长表示数据运算的宽度,反映计算机处理信息的能力。
数据通路宽度
数据总线一次所能并行传送信息的位数,是指外部数据总线的宽度,与CPU内部的数据总线宽度可以不相同。它影响到信息的传输能力,从而影响计算机的有效处理速度。
主存容量
一个主存储器所能存储的全部信息量成为主存容量。一般以字节数来表示存储容量。1024个字节称为1KB。
运算速度
影响计算机的运算速度有很多技术指标,主要包括:吞吐量、响应时间、主频、CPU时钟周期、CPI、CPU执行时间、MIPS、MFLOPS等,现分别介绍如下:
1)吞吐量:指计算机系统在单位时间内处理请求的数量。
2)响应时间:指计算机系统对请求作出响应的时间,响应时间包括CPU时间与等待时间的总和。
3)主频:又称时钟频率,表示在CPU内数字脉冲信号振荡的速度。
4)时钟周期:CPU主频的倒数,是CPU中最小的时间元素。每个动作至少需要一个时钟周期。
5)CPI(Cycles perInstruction):
是指每条指令执行所用的时钟周期数。在现代高性能计算机中,由于采用各种并行技术,使指令执行高度并行化,常常是一个系统时钟周期可以处理若干条指令。所以CPI参数经常用IPC(Instructions per Cycle)表示,即每个时钟周期执行的指令数。
![](http://mooc1.haust.edu.cn/ananas/latex/p/103276)
6)CPU执行时间:
![](http://mooc1.haust.edu.cn/ananas/latex/p/103277)
7)MIPS(MillionInstructions per Second):
表示每秒执行多少百万条指令。对于一个给定的程序,MIPS定义为:
![](http://mooc1.haust.edu.cn/ananas/latex/p/103278)
8)MFLOPS(MillionFloating-point Operations per Second):
表示每秒执行多少百万次浮点运算。对于一个给定的程序,MFLOPS定义为:
![](http://mooc1.haust.edu.cn/ananas/latex/p/103279)
例题
例题一:某程序在一台时钟频率为2GHz的计算机A上运行需要10秒。现在将设计一台计算机B,希望将运行时间缩短为6秒。计算机的设计者采用的方法是提高时钟频率,但这会影响CPU其余部分的设计,使计算机B运行该程序时需要相当于计算机A的1.2倍的时钟周期数。那么计算机设计者应该将时钟频率提高到多少?
解: A上运行该程序需要的时钟周期数:
![](http://p.ananas.chaoxing.com/star3/origin/56dfce38e4b0b07fe6c70f64.png)
![](http://p.ananas.chaoxing.com/star3/origin/56dfce42e4b0b07fe6c70f7d.png)
![](http://p.ananas.chaoxing.com/star3/origin/56dfce4ee4b0b07fe6c70fa3.png)
B的CPU时间公式为:
![](http://p.ananas.chaoxing.com/star3/origin/56dfce57e4b0b07fe6c70fcc.png)
![](http://p.ananas.chaoxing.com/star3/origin/56dfce5fe4b0b07fe6c70fed.png)
![](http://p.ananas.chaoxing.com/star3/origin/56dfce67e4b0b07fe6c71010.png)
因此,要在6秒内运行完该程序, B的时钟周期必须提高为A的2倍。
例题二:假设计算机A的时钟周期为250ps, 对某程序的CPI为2.0;计算机B的时钟周期为500ps,对同样程序的CPI为1.2。 对于该程序,请问哪台计算机执行的速度更快?快多少?
解:对于固定的程序,每台计算机执行的总指令数是相同的, 用I表示。
首先,每台计算机的CPU时钟周期数:
![](http://p.ananas.chaoxing.com/star3/origin/56dfcef4e4b0b07fe6c7120f.png)
![](http://p.ananas.chaoxing.com/star3/origin/56dfcefde4b0b07fe6c7123a.png)
每台计算机的CPU时间:
![](http://p.ananas.chaoxing.com/star3/origin/56dfcf07e4b0b07fe6c71269.png)
同理:
![](http://p.ananas.chaoxing.com/star3/origin/56dfcf21e4b0b07fe6c712d7.png)
计算机A更快。
![](http://p.ananas.chaoxing.com/star3/origin/56dfcf33e4b0b07fe6c71318.png)
因此,对于该程序计算机A是计算机B的1.2倍快。