性能指标

• 字长：计算机进行一次整数运算所能处理的二进制位数，一般与字长长度有关

  • Windows 10 64位，64位就是字长

• 数据通路带宽：外部数据总线一次能并行传送信息的位数，非CPU内数据总线宽度

• 主存容量：主存储器所能存储信息的最大容量

  • 通常用字节来衡量，1B=8bit

  • 也可以用字数*字长表示

    • 例如：

      • MAR位数反应存储单元个数，MAR为16位，2¹⁶=65536，即存储体内有65536个存储单元（可称作64K，1K=1024=2¹⁰)
      • MDR位数反应每个存储单元大小，MDR为32位，表示每个存储单元容量为32 bit
      • 所以主存容量就是64K*32 bit=2048 Kb = 256KB
      • 2^MAR位数*MDR位数=主存容量

  • 买电脑时8+512的8G是主存容量

• 吞吐量：系统在单位时间内处理请求的数量

  • 用户评价计算机系统性能的综合参数

• 响应时间：指用户向计算机发送一个请求，到系统对该请求做出响应并获得所需结果的等待时间

• 主频：机器内部主时钟频率，代表每秒执行多少个时钟周期数

  • 值越大代表一个操作所需要的时间越少，CPU运行速度越快

• CPU时钟周期：主频的倒数

  • 是CPU中最小的时间单位，每个动作至少需要1个时钟周期
  • $\text{时}\text{钟}\text{周}\text{期}=\frac{1}{\text{主}\text{频}}$$时钟周期=\frac1{主频}$，如：主频为$2.4GHz$$2.4GHz$，$\text{时}\text{钟}\text{周}\text{期}=\frac{1}{2.4GHz}\text{秒}$$时钟周期=\frac1{2.4GHz}秒$
  • 主频就像是速度，1秒跑多远，时钟周期就像是跑完1米需要多少秒，本质都是评价CPU的性能

• CPI：执行一条指令所需要的时钟周期数

  • CPI与系统结构，指令集，计算机组织有关，与时钟频率无关
  • $CPI=\frac{\text{时}\text{钟}\text{周}\text{期}\text{数}\text{量}}{\text{指}\text{令}\text{数}\text{量}}$$CPI=\frac{时钟周期数量}{指令数量}$

• CPU执行时间：运行一个程序所花费的时间

  • $\text{执}\text{行}\text{时}\text{间}=\text{时}\text{钟}\text{数}\text{量}\times \text{时}\text{钟}\text{周}\text{期}=\frac{\text{时}\text{钟}\text{周}\text{期}\text{数}\text{量}}{\text{主}\text{频}}=\frac{\text{指}\text{令}\text{条}\text{数}\times CPI}{\text{主}\text{频}}$$执行时间=时钟数量 \times 时钟周期 = \frac{时钟周期数量}{主频} = \frac{指令条数 \times CPI}{主频}$ ‼️

• MIPS

  • MIPS：每秒执行多少百万条指令(Million instructions per second)

    • $MIPS=\frac{\text{指}\text{令}\text{条}\text{数}}{\text{执}\text{行}\text{时}\text{间}\times {10}^6}=\frac{\text{主}\text{频}}{CPI\times {10}^6}$$MIPS = \frac{指令条数}{执行时间 \times 10^6} = \frac{主频}{CPI \times 10^6}$‼️

  • MFLOPS：每秒执行多少百万次浮点运算

    • $MFLOPS=\frac{\text{浮}\text{点}\text{操}\text{作}\text{数}\text{次}\text{数}}{\text{执}\text{行}\text{时}\text{间}\times {10}^6}$$MFLOPS = \frac{浮点操作数次数}{执行时间 \times 10^6}$

  • GFLOPS：每秒执行多少十亿次浮点运算

    • $GFLOPS=\frac{\text{浮}\text{点}\text{操}\text{作}\text{数}\text{次}\text{数}}{\text{执}\text{行}\text{时}\text{间}\times {10}^9}$$GFLOPS = \frac{浮点操作数次数}{执行时间 \times 10^9}$

  • TFLOPS：每秒执行多少万亿次浮点运算

    • $TFLOPS=\frac{\text{浮}\text{点}\text{操}\text{作}\text{数}\text{次}\text{数}}{\text{执}\text{行}\text{时}\text{间}\times {10}^{1}2}$$TFLOPS = \frac{浮点操作数次数}{执行时间 \times 10^12}$

  • 区分名字

    • MIPS -> M(int)PS 执行百万条指令(整数int运算)
    • MFLOPS -> M(float)PS 执行百万次浮点数(float)运算
    • GFLOPS -> G(float)PS 执行十亿次浮点数(float)运算
    • TFLOPS -> T(float)PS 执行万亿次浮点数(float)运算

• Others

  • $1kb=2^{10}b=1024b$$1kb = 2^{10}b = 1024b$

  • $1B=8bit$$1B = 8bit$，$1\text{字}\text{节}=8\text{位}/\text{比}\text{特}$$1字节 = 8位/比特$

  • 描述速率/频率时

    • $1T={10}^{3}G={10}^{6}M={10}^{9}K$$1T = 10^3G = 10^6M = 10^9K$

错题集

1. 

   答案与解析：

   
   答案： C
   解析：
   本题问的是科学计算的计算机，科学计算要用到大量的浮点数运算，所以最有用的是MFLOPS

2. 

   答案与解析：

   
   答案： B
   解析：
   汇编程序猿能通过指令设置PC的值，状态寄存器、通用寄存器只有汇编程序猿可见，才能实现编程
   IR、MAR、MDR是CPU内部工作寄存器，对程序猿均不可见

3. 

   答案与解析：

   
   答案： A
   解析：
   CPI是执行一条指令所需要的时钟周期数，也就是执行一条指令需要的时间，与时钟频率无关，与系统结构、指令集、计算机组织有关
   CPI就好像车的速度，与1秒还是1小时无关，与汽车的发动机等因素有关

4. 

   答案与解析：

   
   答案： B
   解析：
   用户看不懂主存容量、主频率，用户没学过408
   用户只能看懂一段时间内能干多少事（单位时间内处理请求的数量），也就是吞吐量

5. 

   答案与解析：

   
   答案： D
   解析：
   提高CPU主频、扩大主存容量对性能的提升是有限度的，并行才是提高性能的重要途径。
   压榨一个员工是有极限的，工作还做不完可以多个员工一起压榨

6. 

   答案与解析：

   
   答案： C
   解析：
   兼容指计算机软件或硬件的通用性，载人同一系列的不同型号计算机之间通用

7. 

   答案与解析：

   
   答案： D
   解析：
   P是千万亿
   千万亿=10¹⁵
   93 x 10¹⁵=9.3 x 10¹⁶=9.3亿亿次