計算機的性能指標(選擇題0~1題無大題)

存儲器的性能指標

總容量=存儲單元個數*存儲字長 bit

例：MAR16位，MDR16位? ? 總容量=2的16次方*16bit

補充：

n個二進制位就有2的n次方不同的狀態

一般描述文件大小容量單位? 2的10次方：K? ? 2的20次方：M? ? ? ? ?2的30次方：G? ? ?2的40次方：T

例：1MB=2的20次方B

CPU的性能指標

CPU時鐘周期：一個時鐘周期內，cpu僅完成一個最基本的動作。通常單位：微妙/納秒

cpu主頻(時鐘頻率,單位:赫茲/Hz)=1/cpu時鐘周期：cpu內數字脈沖信號振蕩的頻率? ??

補充：

時鐘周期數=時間(秒/s)*主頻

如主頻 2.5GHz 表示處理器每秒可執行 2.5×10?個時鐘周期

反映了CPU操作的基本節拍。主頻越高，CPU完成指令的一個執行步驟所需的時間越短

CPI：執行一條指令平均需要的時鐘周期數

補充：不同的指令，CPI不同，甚至相同的指令，CPI也可能有變化

執行一條指令的耗時：CPI*CPU時鐘周期

CPU執行時間(整個程序的耗時)=CPU時鐘周期數/主頻=(指令條數*CPI)/主頻

IPS：每秒執行多少條指令? ?主頻/平均CPI

MIPS：即每秒百萬條指令數，計算公式：指令數總和/執行時間(秒/s)*10的6次方

FLOPS：每秒執行多少次浮點運算

一般描述數量(數據處理速率 )單位??

k=千=10的3次方? M=百萬=10的6次方? G=十億=10的9次方? T=萬億=10的12次方??

p=千萬億=10的15次方? ?e=百萬萬億=10的18次方? ? z=10的21次方

系統整體的性能指標

數據通路帶寬：數據總線一次所能并行傳送信息的位數(各硬件部件通過數據總線傳輸數據)

吞吐量：系統在單位時間內處理請求的數量(主要取決于主存的存取周期)

響應時間：從用戶向計算機發送一個請求，到系統對該請求做出響應并得到它所需要的結果的等待時間

通常包括CPU時間(運行一個程序所花費的時間)與等待時間(用于磁盤訪問、存儲器訪問、I/O操作、操作系統開銷等時間)

主頻高的CPU一定比主頻低的CPU快嗎？

不一定，可能主頻高的平均CPI高

在上述條件加上兩個CPU的平均CPI相同，會A比B快嗎？

不一定，看指令系統，可能A不支持乘法指令，只能多次加法實現乘法，而B支持乘法指令

基準程序(魯大師，評分程序)執行的越快說明機器性能越好嗎？

基準程序語句存在頻率差異，運行結果不能完全說明問題

錯題總結

計算機的機器字長是指數據運算的基本單位長度

寄存器由觸發器構成

計算機中一個字的長度可以為16，32，64位等，一般為8的整數倍

機器字長、指令字長和存儲字長，三者在數值上可以相等也可以不等，視不同機器而定。

一個存儲單元中的二進制代碼的位數稱為存儲字長。存儲字長等于MDR(數據寄存器)的位數

數據字長：數據總線一次能并行傳送信息的位數，它可以不等于MDR的位數。

指令字長：取決于指令的功能和格式，可是單字長、半字長、雙字長

機器字長等于CPU內部的運算器位數和通用寄存器寬度

機器字長是指CPU中定點運算的數據通路寬度

機器字長一般與CPU中通用寄存器的位數有關

機器字長決定了數據的表示范圍和表示精度

用于科學計算的計算機中，標志系統性能的最有用的參數是：MFLOPS

匯編程序員可以通過 JMP 指令來設置 PC的值。狀態寄存器、通用寄存器只有為匯編程序員可見，才能實現編程，而 IR、MAR、MDR是CPU的內部工作寄存器，對程序員均不可見。

注：計算機世界中的透明指的是看不見的

CPI是執行一條指令平均所需的時鐘周期數，系統結構、指令集、計算機組織都會影響CPI，而(主頻)時鐘頻率并不會影響 CPI，但可加快指令的執行速度。

吞吐率指系統在單位時間內處理請求的數量，是在用戶觀點下，評價計算機系統性能的綜合參數。

采用并行技術是當前設計高性能計算機的重要途徑，現今超級計算機均采用多處理器來增強并行處理能力

兼容指計算機軟件或硬件的通用性，通常在同一系列不同型號的計算機間通用

會計電算化屬于計算機數據處理方面的應用。

計算機運算速度：每秒能執行多少條指令

數據通路帶寬的功能是實現 CPU 內部的運算器和寄存器及寄存器之間的數據交換。可以有效提高計算機系統的吞吐量，從而加快程序的執行

原來cpu需要90s運行時間，現在cpu速度提高50%，為什么90/2是錯誤的呢？

假設原來的工作效率是 E（單位：工作量/秒），完成某項工作所需的時間是 T秒，那么完成的工作量 W 可以表示為：W=E×T

如果效率增加了50%，新的效率變為 E′=E+0.5E=1.5E

現在我們要計算在新的效率下完成同樣的工作量需要的時間 T′。由于工作量不變，我們有：W=E′×T′

將 W=E×T代入上式，得到：E×T=1.5E×T′

解這個方程得到新的工作時間 T′：

T'=E*T/1.5E=T/1.5

對于原來耗時90秒的工作，新的時間 T′是：

T′=90/1.5=60 秒

這是因為效率和時間是倒數關系，效率提高導致時間縮短，但縮短的比例不是簡單的減半。

時鐘周期數=時間(秒/s)*主頻

MIPS：即每秒百萬條指令數，計算公式：指令數總和/執行時間(秒/s)*10的6次方

速度提升50%：速度/1.5，而不是速度減一半

為什么平均cpl要乘以所占比例？

在計算總平均CPI時，乘以每種指令類型所占的比例是為了考慮到不同指令在程序執行中出現的頻率。這是因為不同類型的指令對整體性能的影響與其出現的頻率成正比。

如果一個指令類型的CPI很高，但這種指令很少執行，那么它對整體性能的影響就較小。相反，如果一個指令類型的CPI相對較低，但這種指令非常頻繁地執行，那么它對整體性能的影響就會很大。

通過將每種指令類型的CPI乘以其所占的比例，我們可以得到一個加權平均CPI，這個值更能準確地反映處理器在實際運行程序時的平均性能。

總平均CPI=∑(指令類型比例×對應CPI)

執行時間=指令數×CPI×周期時間

兩數之間的比值，通常指的是兩個數相除的結果。假設有兩個數a和b，它們之間的比值就是a/b

ALU、通用寄存器其位數(寬度)一定與機器字長相同

解析：機器字長是指 CPU內部用于整數運算的數據通路的寬度。CPU內部數據通路是指CPU內部的數據流經的路徑及路徑上的部件，主要是CPU內部進行數據運算、存儲和傳送的部件，這些部件的寬度基本上要一致才能相互匹配。因此,機器字長等于CPU內部用于整數運算的運算器位數和通用寄存器寬度。

AI模擬出題人思維，可參考查漏補缺

1. 程序執行時間優化相關

CPU 時鐘頻率：時鐘頻率（主頻）越高，單位時間內完成的時鐘周期數越多，理論上可提升指令執行速度，縮短程序執行時間，理解時鐘頻率與運算速度的關聯。
數據通路結構：優化數據通路（如總線寬度、運算部件連接等），能減少數據傳輸、運算的延遲，加快指令執行流程，影響程序執行效率。
編譯優化：通過編譯優化（如指令調度、冗余代碼消除等），減少程序實際執行的指令數、優化指令執行順序，降低整體執行耗時。

2. 性能指標概念及計算

MIPS（每秒百萬條指令數）：MIPS = 主頻（Hz） / （CPI×10?）?，衡量指令執行速率，常用于評估標量機性能，需掌握根據指令比例、CPI、主頻計算 MIPS 的方法。
MFLOPS（每秒百萬次浮點運算數）：專門針對浮點操作的性能指標，反映浮點運算速度，明確其與 MIPS 等指標的區別（關注浮點操作場景）。
CPI（每條指令平均時鐘周期數）：CPI = 總時鐘周期數 / 指令條數?，也可通過各類指令占比加權計算（CPI = Σ（指令類型 i 占比 × 該類型指令 CPI）?），是連接時鐘頻率、指令數與執行時間的關鍵指標。
執行時間計算：程序執行時間 = CPU 時間 + I/O 時間?；若僅 CPU 速度變化（如提速），新 CPU 時間 = 原 CPU 時間 / （1 + 提速比例）；結合指令數、CPI、主頻時，執行時間 = 指令條數 × CPI / 主頻?，需靈活運用這些公式分析程序耗時變化。