计算机组成原理之计算机的性能指标

目录

计算机的性能指标

复习提示

1.计算机的主要性能指标

1.1机器字长

1.1.1与机器字长位数相同的部件

1.2数据通路带宽

1.3主存容量

1.4运算速度

1.4.1提高系统性能的综合措施

1.4.2时钟脉冲信号和时钟周期的相关概念

1.4.3主频和时钟周期的转换计算

1.4.4IPS的相关计算

1.4.5CPU执行时间的相关计算

1.4.6MIPS 相关的计算

1.4.7浮点数运算指标的概念

1.5基准程序

2.几个专业术语

知识回顾

3.本章小结

4.常见问题和易混淆知识点

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计算机的性能指标

复习提示

本章是组成原理的概述，考查时易针对有关概念或性能指标出选择题，也可能综合后续章节的内容出有关性能分析的综合题。

掌握本章的基本概念，是学好后续章节的基础。

部分知识点在初学时理解不深刻也无须担忧，相信随着后续章节的学习，一定会有更为深入的理解。

学习本章时，请读者思考以下问题：

• 1) 计算机由哪几部分组成? 以哪部分为中心?
• 2) 主频高的 CPU 一定比主频低的 CPU 快吗? 为什么?
• 3) 翻译程序、汇编程序、编译程序、解释程序有什么差别? 各自的特性是什么?
• 4) 不同级别的语言编写的程序有什么区别? 哪种语言编写的程序能被硬件直接执行? 

请读者在学习本章的过程中寻找答案，本章末尾会给出参考案。

1.计算机的主要性能指标

1.1机器字长

1.1.1与机器字长位数相同的部件

【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。

注 意：机器字长、指令字长和存储字长的关系(见章末的常见问题3)

1.2数据通路带宽

数据通路带宽是指数据总线一次所能并行传送信息的位数。

这里所说的数据通路宽度是指外部数据总线的宽度，它与 CPU 内部的数据总线宽度(内部寄存器的大小)有可能不同。

注 意：各个子系统通过数据总线连接形成的数据传送路径称为数据通路

1.3主存容量

主存容量是指主存储器所能存储信息的最大容量,通常以字节来衡量,也可用字数x字长(如512Kx16 位)来表示存储容量。

其中，MAR 的位数反映了存储单元的个数，MDR 的位数反映了存储单元的字长。

例如，MAR 为16 位，表示 2¹⁶=65536，即此存储体内有 65536 个存储单元(可称为 64K 内存，1K=1024)，

若 MDR 为32 位，则表示存储容量为64Kx32 位。

1.4运算速度

1.4.1提高系统性能的综合措施

【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。

1.4.2时钟脉冲信号和时钟周期的相关概念

【命题追踪——