计算机系统性能评价

莫问天涯路几重，轻衫侧帽且从容。这篇文章主要讲述计算机系统性能评价相关的知识，希望能为你提供帮助。

??计算机系统性能评价??

??< 1> 非时间指标??

??1）机器字长：指机器一次能处理的二进制位数??
??2）总线宽度：数据总线一次能并行传送的最大信息位数??
??3）主存容量与存储带宽??

??< 2> 时间指标??

??1）主频f/时钟周期T，外频、倍频??
??2）CPI(Clock cycles Per Instruction)??
??3）MIPS (Million Instructions Per Second)??
??4）CPU时间??

??< 3> 时间指标的应用思考??

计算机系统性能评价< 1> 非时间指标1）机器字长：指机器一次能处理的二进制位数

由加法器、寄存器的位数决定
一般与内部寄存器的位数相等(字长)
字长越长，表示的数据的范围就越大，精确度越高
目前常见的有32位和64位字长

2）总线宽度：数据总线一次能并行传送的最大信息位数

一般指运算器与存储器之间的数据总线位数
有些计算机内部与外部数据总线宽度不一致
8086、80286、80386内部数据总线等宽
8088、80386SX 外部总线宽度8位，内部总线宽度16位
Pentium外总线64位，内总线32位（两条32位流水线）

3）主存容量与存储带宽

主存容量：是指一台计算机主存所包含的存储单元总数
存储带宽：指单位时间内与主存交换的二进制信息量，常用单位B/s（字节/秒）。（影响存储带宽的指标包括数据位宽和数据传输速率）

< 2> 时间指标1）主频f/时钟周期T，外频、倍频

主频f

指CPU内核工作的时钟频率，即CPU内数字脉冲信号振速率，与CPU实际的运算能力之间不是唯一的、直接关系

时钟周期

也称节拍周期，是计算机中最基本的、最小的时间单位。在一个时钟周期内，CPU仅完成一个最基本的动作

f与T的关系

互为倒数，f越高，T就越小（f = 100MHz时 T = 10ns，f = 1GHz时T = 1ns）

外频

指CPU(内存)与主板之间同步的时钟频率

倍频

CPU主频与外频之间的倍数

主频 = 外频 × 倍频
如：Pentium 4 2.4G CPU主频
2400M = 133M(外频) × 18(倍频)

2）CPI(Clock cycles Per Instruction)

执行一条指令(平均)需要的时钟周期数(即T周期个数)
单条指令CPI、一段程序中所有指令的CPI、指令系统CPI等

CPI = 程序中所有指令的时钟周期数之和 / 程序中指令总数
= (程序中各类指令的CPI × 程序中该类指令的比例)
CPI应用举例
例某计算机指令系统中各类指令所占比例及CPI 如下表所示，求程序的CPI

指令类型	CPI	指令比例
算术和逻辑	1	60%
Load/Store	2	18%
转移	4	12%
Cache缺失访存	8	10%

解： CPI = 1*60% + 2*18% + 4*12% + 8*10% = 2.24

IPC（Instruction per Clock）

每个时钟周期内执行的指令条数（并行）

3）MIPS (Million Instructions Per Second)

每秒钟CPU能执行的指令总条数（单位：百万条/秒）

MIPS = 指令条数 / (执行时间 × 106)
= 指令条数 / ((所有指令CPU时钟周期之和 / f) × 106)
= f / (CPI × 106) (全性能公式)
MIPS 应用举例
例某计算机主频为1GHz，在其上运行的目标代码包含2×105条指令，分4类，各类指令所占比例和各自CPI如下表所示，求程序的MIPS

指令类型	CPI	指令混合比例
算术和逻辑	1	60%
Load/Store	2	18%
转移	4	12%
Cache缺失访存	8	10%

解：根据CPU全性能公式： MIPS = f / (CPI × 106)
CPI = 1*60% + 2*18% + 4*12% + 8*10% = 2.24
MIPS = f / (CPI × 106) = 1* 109 / (2.24)*106 = 446.4

4）CPU时间

执行一段程序所需的时间

（CPU时间 + I/O时间 + 存储访问时间 + 各类排队延时等

CPU时间 = 程序中所有指令的时钟周期数之和 × T
= 程序中所有指令的时钟周期数之和 / f
CPU时间的计算方法

考虑CPI后的CPU时间：
CPU时间 = 总指令数 ×(CPIi× ICi/ 总指令数) × 时钟周期时间
= 总指令数 × CPI × T
考虑MIPS后的CPU时间：
MIPS = 指令数量 / (执行指令的时间 × 106)
程序执行的时间 t = 指令数量 / (MIPS × 106)
CPU时间应用举例
例某计算机主频为1GHz，在其上运行的目标代码包含2×105条指令，分4类，各类指令所占比例和各自CPI如下表所示，求该段程序的CPU时间

指令类型	CPI	指令混合比例
算术和逻辑	1	60%
Load/Store	2	18%
转移	4	12%
Cache缺失访存	8	10%

解：方法1：利用CPI
CPU时间 = 2 × 105 × CPI / f
= (2 × 105 × 2.24 / 109) = 4.48 × 10-4(秒)
解：方法2：利用MIPS
CPU时间 = 指令数量 / (MIPS × 106) = 2 × 105 / ((103 / 2.24) × 106) = 4.48 × 10-4(秒)

< 3> 时间指标的应用思考