学校网站信息化建设工作心得,小程序外包公司,网站建设类公司新闻,修改wordpress用户名目录 1.3计算机的性能指标
1.3.1计算机的主要性能指标
【命题追踪——与机器字长位数相同的部件(2020、2021)】
【命题追踪——提高系统性能的综合措施(2010)】
【命题追踪——时钟脉冲信号和时钟周期的相关概念(2019)】
【命题追踪——主频和时钟周期的转换计算(2013)】 …目录 1.3计算机的性能指标
1.3.1计算机的主要性能指标
【命题追踪——与机器字长位数相同的部件(2020、2021)】
【命题追踪——提高系统性能的综合措施(2010)】
【命题追踪——时钟脉冲信号和时钟周期的相关概念(2019)】
【命题追踪——主频和时钟周期的转换计算(2013)】
【命题追踪——IPS的相关计算(2023)】
【命题追踪——CPU执行时间的相关计算(2012、2013、2014、2017、2022、2023)】
【命题追踪——MIPS 相关的计算(2012、2013)】
【命题追踪——浮点数运算指标的概念(2011、2021)】 1.3计算机的性能指标
1.3.1计算机的主要性能指标
【命题追踪——与机器字长位数相同的部件(2020、2021)】
通常所说的“某 16 位或 32 位机器”其中的 16、32 指的是机器字长简称字长。
字长是指计算机进行一次整数运算(即定点整数运算)所能处理的二进制数据的位数通常与 CPU 的寄存器位数、ALU 有关。
因此字长一般等于通用寄存器的位数或 ALU 的宽度字长越长数的表示范围越大计算精度越高。
计算机字长通常选定为字节(8位)的整数倍。
补充字、字长、机器字长、指令字长、存储字长的区别和联系是什么?
字长是指 CPU 内部用于整数运算的数据通路的宽度因此字长等于 CPU 内部用于整数运算的运算器位数和通用寄存器宽度它反映了计算机处理信息的能力。
字和字长的概念不同。字用来表示被处理信息的单位用来度量数据类型的宽度如x86 机器中将一个字定义为 16 位。
指令字长一个指令字中包含的二进制代码的位数。
存储字长一个存储单元存储的二进制代码的位数。
它们都必须是字节的整数倍。
指令字长一般取存储字长的整数倍若指令字长等于存储字长的2倍则需要2个访存周期来取出一条指令
若指令字长等于存储字长则取指令周期等于机器周期。
早期的存储字长一般与指令字长、字长相等因此访问一次主存储器便可取出一条指令或一个数据。
随着计算机的发展指令字长、字长都可变但必须都是字节的整数倍。
【命题追踪——提高系统性能的综合措施(2010)】
(1) 吞吐量和响应时间。
吞吐量。指系统在单位时间内处理请求的数量。
它取决于信息能多快地输入内存CPU 能多快地取指令数据能多快地从内存取出或存入以及所得结果能多快地从内存送给一台外部设备。
几乎每步都关系到主存储器因此系统吞吐量主要取决于主存储器的存取周期。
响应时间。指从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。
通常包括 CPU 时间(运行一个程序所花费的时间)与等待时间(用于磁盘访问、存储器访问、I/O 操作、操作系统开销等的时间)。
(2) 主频和 CPU 时钟周期。
【命题追踪——时钟脉冲信号和时钟周期的相关概念(2019)】
CPU 时钟周期。机器内部主时钟脉冲信号的宽度它是 CPU 工作的最小时间单位。
时钟脉冲信号由机器脉冲源发出的脉冲信号经整形和分频 后形成。
时钟周期以相邻状态单元间组合逻辑电路的最大延迟为基准确定。
时钟周期也以指令流水线的每个流水段的最大延迟时间确定。
【命题追踪——主频和时钟周期的转换计算(2013)】
主频(CPU 时钟频率)。机器内部主时钟的频率即时钟周期的倒数它是衡量机器速度的重要参数。
对于同一个型号的计算机其主频越高完成指令的一个执行步骤所用的时间越短执行指令的速度越快。
主频最直观的理解就是每秒有多少个时钟周期。 注意CPU 时钟周期 1/主频主频通常以 Hz(赫兹)为单位10Hz表示每秒 10 次。 (3) CPI(Cycle Per Instruction)。
即执行一条指令所需的时钟周期数。
【命题追踪——IPS的相关计算(2023)】
不同指令的时钟周期数可能不同因此对于一个程序或一台机器来说
其 CPI 指该程序或该机器指令集中的所有指令执行所需的平均时钟周期数此时CPI是一个平均值。
IPS(Instructions Per Second)即每秒执行多少条指令IPS 主频/平均 CPI。
(4) CPU 执行时间。
指运行一个程序所花费的时间。
【命题追踪——CPU执行时间的相关计算(2012、2013、2014、2017、2022、2023)】 CPU 执行时间 CPU 时钟周期数/主频(指令条数×CPI)÷主频 上式表明CPU 的性能(CPU执行时间)取决于三个要素主频、CPI 和指令条数。
主频、CPI 和指令条数是相互制约的。
例如更改指令集可以减少程序所含的指令条数但同时可能引起 CPU 结构的调整从而可能会增加时钟周期的宽度(降低主频)。 【例 1.1】 假定计算机 M1和 M2具有相同的指令集体系结构M1的主频为 2GHz程序P在M1 上的运行时间为 10s。 M2 采用新技术可使主频大幅提升但平均 CPI 也增加到 M1 的 15 倍。 则 M2 的主频至少提升到多少才能使程序P在 M2 上的运行时间缩短为 6s? 解 程序P在M1上的时钟周期数 指令条数×CPI CPU执行时间×主频10s×2GHz2x10¹⁰ 。M2 的平均 CPI为 M1 的 1.5 倍因此程序 P 在 M2 上的时钟周期数 1.5×2×10¹⁰3x10¹⁰ 。要使程序 P在 M2 上的运行时间缩短到 6s则 M2 的主频至少应为 程序P所含时钟周期数 ÷ CPU 执行时间 3x10¹⁰ ÷ 6s 5GHz 由此可见M2 的主频是 M1的 2.5 倍但 M2 的速度却只是 M1 的 1.67 倍。 (5)MIPS(Million Instructions Per Second)。
即每秒执行多少百万条指令。
【命题追踪——MIPS 相关的计算(2012、2013)】 MIPS 指令条数 ÷ (执行时间×10⁶) 主频 ÷ (CPIx10⁶)。 MIPS 对不同机器进行性能比较是有缺陷的因为不同机器的指令集不同指令的功能也就不同。
比如在机器 M1 上某条指令的功能也许在机器 M2 上要用多条指令来完成
不同机器的 CPI和时钟周期也不同因而同一条指令在不同机器上所用的时间也不同。
(6) FLOPS(Floating-point Operations Per Second)。
即每秒执行多少次浮点运算。
【命题追踪——浮点数运算指标的概念(2011、2021)】
MFLOPS (Million FLOPS)即每秒执行多少百万(10⁶)次浮点运算。GFLOPS (Giga FLOPS)即每秒执行多少十亿(10⁹)次浮点运算。TFLOPS (Tera FLOPS)即每秒执行多少万亿(10¹²)次浮点运算。PFLOPS (Peta FLOPS)即每秒执行多少千万亿(10¹⁵)次浮点运算。EFLOPS (Exa FLOPS)即每秒执行多少百京(10¹⁸)次浮点运算(1京 1亿亿 10¹⁶)。ZFLOPS (Zetta FLOPS)即每秒执行多少十万京(10²¹)次浮点运算。 注意 在描述存储容量、文件大小等时K、M、G、T通常用2的幂次表示如 1Kb2¹⁰b在描述速率、频率等时k、M、G、T通常用 10 的幂次表示如 1kb/s10³b/s。通常前者用大写的K后者用小写的k但其他前缀均为大写表示的含义取决于所用的场景
