計(jì)算機(jī)組成原理——計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能指標(biāo)

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計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能指標(biāo)（機(jī)器字長(zhǎng)、存儲(chǔ)容量，運(yùn)算速度）：

1. 吞吐量：

一臺(tái)計(jì)算機(jī)在某一時(shí)間間隔內(nèi)能夠處理的信息量。

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2. 響應(yīng)時(shí)間：

從輸入有效到系統(tǒng)產(chǎn)生響應(yīng)之間的時(shí)間度量，用時(shí)間單位來(lái)度量。

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3. 利用率：

在給定的時(shí)間間隔內(nèi)系統(tǒng)被實(shí)際使用的時(shí)間所占的比率，用百分比表示。

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4. 機(jī)器字長(zhǎng)（處理機(jī)字長(zhǎng)）：

CPU一次能處理二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，與CPU中的寄存器位數(shù)有關(guān)，又稱為處理機(jī)字長(zhǎng)。如32位，64位。
機(jī)器字長(zhǎng)標(biāo)志著機(jī)器的精度，機(jī)器字長(zhǎng)越長(zhǎng)，計(jì)算的精度就越高。

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5. 總線寬度：

一般來(lái)說(shuō)指CPU中運(yùn)算器與存儲(chǔ)器之間進(jìn)行互連的內(nèi)部總線二進(jìn)制位數(shù)（數(shù)據(jù)線的根數(shù)）。

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6. 存儲(chǔ)器容量（按字節(jié)數(shù)）：

存儲(chǔ)器中所有存儲(chǔ)單元的總數(shù)目，通常用KB、MB、GB、TB來(lái)表示。
計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)的單位是二進(jìn)制字節(jié)數(shù)，這里K不代表10的3次方，1KB=2¹⁰B，1MB=2²⁰B，1GB=2³⁰B

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7. 存儲(chǔ)器帶寬：

單位時(shí)間內(nèi)從存儲(chǔ)器讀出的二進(jìn)制數(shù)數(shù)據(jù)量，一般用字節(jié)數(shù)/秒表示。

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8. 主頻/時(shí)鐘周期：

CPU的工作節(jié)拍受主時(shí)鐘控制，主時(shí)鐘不斷產(chǎn)生固定頻率的時(shí)鐘，主時(shí)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(shù)稱為CPU的時(shí)鐘周期（T），T = 1/f，度量單位是s、us、ns。

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9. CPU執(zhí)行時(shí)間：

表示CPU執(zhí)行一般程序所占用的CPU時(shí)間。
公式1：CPU執(zhí)行時(shí)間 = CPU時(shí)鐘周期數(shù) ? CPU時(shí)鐘周期
公式2：程序擁有的指令數(shù)量 ? CPI ? 時(shí)鐘周期
**等效指令執(zhí)行時(shí)間：**按照各種指令在程序中所占的比例進(jìn)行計(jì)算

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10. CPI （CPI的計(jì)算）

表示每條指令周期數(shù)，即執(zhí)行一條指令所需的平均時(shí)鐘周期數(shù)。
公式：CPI = 執(zhí)行某段程序所需的CPU時(shí)鐘周期數(shù) ? 程序包含的指令條數(shù)

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11. MIPS（Million Instruction Per Second）

表示平均每秒執(zhí)行多少百萬(wàn)條定點(diǎn)指令數(shù)
公式1：MIPS = 指令條數(shù) ? （程序執(zhí)行時(shí)間 ? 10⁶）
公式2：MIPS = 時(shí)鐘頻率 ? （CPI ? 10⁶）

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12. FLOPS（Floating-point Operation Per Second）

表示每秒執(zhí)行浮點(diǎn)操作的次數(shù)，用來(lái)衡量機(jī)器浮點(diǎn)操作的性能。
公式：FLOPS = 程序中的浮點(diǎn)操作次數(shù) ? 程序執(zhí)行時(shí)間(s)

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例題1：
程序P在裝置執(zhí)行時(shí)間為20秒，編譯優(yōu)化后，P執(zhí)行的指令數(shù)是以前的70%，但CPI為以前的1.2倍，則現(xiàn)在P在M上的執(zhí)行時(shí)間為多少秒？

現(xiàn)在的指令數(shù) ：優(yōu)化前指令數(shù) ? 70% = 0.7 ? 優(yōu)化前指令數(shù)
現(xiàn)在的CPI ： 1.2 ? 優(yōu)化前CPI
按照公式2：程序擁有的指令數(shù)量 ? CPI ? 時(shí)鐘周期
優(yōu)化前執(zhí)行時(shí)間： 優(yōu)化前指令數(shù) ? 優(yōu)化前CPI ? 時(shí)鐘周期 = 20
優(yōu)化后執(zhí)行時(shí)間：0.7 ? 優(yōu)化前指令數(shù) ? 1.2 ? 優(yōu)化前CPI ?時(shí)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(biāo)代碼由A、B、C、D四類指令組成，它們?cè)诔绦蛑兴嫉谋壤謩e為43%、21%、12%、24%。已知它們的CPI分別為1、2、2、2。現(xiàn)重新對(duì)P進(jìn)行優(yōu)化，生成的新目標(biāo)代碼中A類指令條數(shù)減少了50%，其他類指令的條數(shù)沒(méi)有變。求編譯優(yōu)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(yōu)化前CPI：43%*1 + 21%*2 + 12%*2 + 24%*2 = 1.57
優(yōu)化后CPI：27%*1 + 27%*2 + 15%*2 + 31%*2 = 1.73

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的计算机组成原理——计算机系统的性能指标(机器字长、存储容量、运算速度)的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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