【体系结构】（三）计算机的量化计算

一、微处理器内部的功率和能耗

对CMOS芯片来说，传统的主要能耗源是开关晶体管，这也被称为动态能耗。每个晶体管所需要的能耗与该晶体管驱动的容性负载与电压平方的乘积成正比，其公式如下：

                                                                  

其中容性负载一般是指带电容参数的负载，即符合电压滞后电流特性的负载。

这是逻辑转变脉冲

的能耗，那么0与1之间的变化的能耗应该为左边的一半，即：

                                                             

每个晶体管所需要的功率就是一次转换的能耗与转换频率的乘积：

                                          

尽管认为动态功率是CMOS中的主要功率耗散源，但由于即使晶体管处于截止状态时也存在泄漏电流，所以静态功率也正成为一个重要问题，静态功率与器件数目成正比，其具有如下趋势：

                                                                            

二、成本计算

 

集成电路的成本有如下计算公式：

 

那么晶片的成本又该如何计算呢，其具有如下公式：

                                       

每个晶圆上的晶片数目大约等于晶圆面积除以晶片面积，其计算公式如下：

                                                    

三、可信任度

在进行可行度计算之前需要了解一些基本概念

（1）服务等级协议（SLA）

（2）服务等级目标（SLO）

（3）服务实现：提供指定服务

（4）服务中断：所提供的服务于SLA不一致

（5）模块可靠性：一个参考初始时刻开始持续实现服务的度量

（6）平均无故障时间（MTTF）：一种可靠性度量，其倒数就是故障率

（7）平均修复时间（MTTR）：用来度量服务终端

（8）平均故障间隔时间（MTBF）：即MTTF+MTTR

（9）模块可用性：在服务完成与服务终端两种状态之间切换时，对服务完成的度量

（10）Failures In Time（FIT）：运行10亿小时发生的故障数

具有公式如下：

                                                             

四、性能的测量

基本概念：

（1）执行时间：一个事件从启动到完成的时间

（2）吞吐量：在给定的时间完成的总工作量

不同的计算机如A与B，他们之间的性能的比较公式如下：