“21天好习惯“ 第一期--10

计算机性能的主要评价

在实际应用中，常用来评价计算机综合性能的指标主要包括CPU的综合性能、存储容量、数据的输入/输出能力（即I/O吞吐率）、响应时间和功耗等。

今天的内容：
1.基本字长
2.外频
3.CPU的综合性能
（1）CPU的主频
（2）平均每秒执行的指令数IPS
（3）平均每条指令的时钟周期数CPI
（4）每秒执行定点/浮点运算的次数
（5）CPU的功耗
4.数据通路宽度与数据传输率
（1）数据通路宽带
（2）数据传输率
5.存储容量
（1)主存容量
（2）辅存容量

1.基本字长
基本字长一般是指处理器中参加一次定点运算的操作数的位数，如8位、16位、32位或64位。基本字长影响着计算的精度、硬件的成本，甚至对指令系统功能也有影响。

在一次运算过程中，操作数和运算结果通过数据总线，在寄存器和运算部件之间传输。因此基本字长标志着计算精度，也反映了寄存器、运算部件和数据总线的位数。基本字长越长，操作数位数越多，计算精度也就越高；但相应部件的位数也会增多，使硬件成本随之增加。因此，为了较好地协调计算精度和硬件成本的制约关系，针对不同需求，大多数计算机允许采用变字长运算，即允许硬件实现以字节为单位的运算以及基本字长（如16位）运算、双字长（如32位）运算和64位字长运算，甚至可以通过软件来实现更长的字长运算。

指令字长与数据字长之间也有一定程度的对应关系。基本字长较长的计算机，其指令的位数可能也较多，读取指令的速度和处理指令的效率要高些，指令系统的功能相应比较强，这在传统的小型机中表现较为明显。

2.外频
外频也叫外部频率或基频，有时也称为系统时钟频率，是指主板上的振荡器输出的时钟频率，也是计算机中一切硬件部件工作所依据的基准时钟信号，它经过倍频系数放大后用作计算机中各部件的工作频率。标准外频有100MHz、133MHz，甚至166MHz、200MHz，一般很少超过300MHz。
在计算机系统中，一般不会用外频来评价计算机的性能，但外频是其他一些频率指标如CPU主频、总线频率或者内存频率等的基础。
3.CPU的综合性能
CPU的运算速度是计算机的一项重要性能指标，计算机追求的目标之一就是提高运算速度。
（1）CPU的主频
CPU的主频（f）是指CPU内核的工作频率，通常所说的某款CPU是多少GHz，就是只CPU的主频，有时也叫CPU的时钟频率（T=1/f）。CPU主频=外频 * 倍频系数，提高两者中的任何一项指标都可以提升CPU的主频（即实现CPU超频）。
（2）平均每秒执行的指令数IPS
CPU平均每秒执行执行指令的数量，即IPS，也常用更大的单位MIPS或GIPS来表示，这个指标适合评价标量运算，不适合评价向量运算。
（3）平均每条指令的时钟周期数CPI
CPU执行程序时，每条指令所需的平均时钟周期（CPI）也常用来衡量CPU的综合性能。
CPI是一个基于标准测程序的统计意义上的平均数概念，它的物理含义可以理解为：CPU在执行一个程序时所需的时钟周期总数与这个程序对应的指令总数的比值，表示成CPI=m_c/n，这里的m_c代表这个程序的时钟周期总数，n_i则代表这个程序的指令总数。
（4）每秒执行定点/浮点运算的次数
CPU每秒钟时间内能完成的定点后者浮点运算次数（非指令数），也可以用来刻画计算机的综合运算速度。
高性能计算机主要是进行浮点向量运算，一般用每秒能完成的浮点运算次数来表示计算机的运算能力。
（5）CPU的功耗
目前的CPU都是基于半导体超大规模集成电路工艺实现的。CPU在运行过程中也存在一定的功耗：动态功耗和静态功耗，这两类功耗主要与晶体管开关过程中产生的功耗和晶体管电荷静态露泄露过程（挥发）中产生的功耗。
4.数据通路宽度与数据传输率
这两个指标主要用来衡量计算机及其部件的数据传输能力（即I/O吞吐率）。
（1）数据通路宽带
数据通路宽度是指数据总线一次能并行传输的数据位数，它会直接影响计算机的性能。
（2）数据传输率
数据传输率也叫比特率，是指单位时间内信道的数据传输量，它的基本单位是bps。在计算机或网络学科中，也常常借用带宽一词来表示数据传输率，显然这里的“带宽”已与原始含义不同，已经发生了习惯性转义。数据传输率与传输信道的数据通路宽度和最大的工作频率有关，其常用的简化计算规则如式所示：DTR = D/T = Wf(bps)
其中，DTR表示数据传输率，D是数据的传输量，T是相应的数据传输时间，W是数据通路的宽度，f是工作频率。
5.存储容量
存储容量用来衡量计算机的信息存储能力，也会影响到系统的综合能力。计算机的存储器分为内存和外存，两者存储容量各有特点。
（1)主存容量
主存储器（内存）用来存放CPU当前需要执行的程序和需要处理的数据，CPU直接与主存交互数据。主存的容量越大，能存放从外存中读入的数据量越大，使系统不断频繁地在主存和辅存之间交换数据，从而缩短CPU读取主存数据的等待时间。主存容量太小，会因等待数据而拖慢CPU的工作节奏，制约其运算能力的充分发挥。
（2）辅存容量
辅存，也叫外存，指计算机系统中能够联机读写的外部存储器、如硬盘、光盘和U盘等。因此辅存容量就是指外部存储器能存储的最大数据量，基本单位一般由B、MB、GB或TB等来表示。

第一章结束了！