1.3.1 計算機的主要效能指標
1.機器字長
機器字長是指計算機進行一次整數運算(即定點整數運算)所能處理的二進位制資料的位數,通常與CPU的暫存器位數、加法器有關。所以機器字長一般等於記憶體暫存器的大小,字長越長,數的表示範圍越大,計算精度越高。計算機字長通常都選定位元組(Byte,8位)的整數倍,通常是2、4、8倍。不同的計算機,字長可以不相同。
指令字長:一個指令中包含二進位制程式碼的位數。
儲存字長:一個儲存單元儲存二進位制程式碼的長度,它們必須是位元組的整數倍。
指令字長一般都取儲存字長的整數倍,如果指令字長等於儲存字長的2倍,就需要2次訪存來取一條指令,因此,取值週期為機器週期的2倍,如果指令長度等於儲存字長,則取指週期等於機器週期。
2.資料通路頻寬
資料通路頻寬是指資料匯流排一次所能並行傳送資訊的位數。這裡所說的資料通路寬度是指外部資料匯流排的寬度,它與CPU內部的資料匯流排寬度(內部暫存器的大小)有可能不同。
注意:各個子系統通過資料匯流排連線形成的資料傳送路徑稱為資料通路。
3.主存容量
主存容量是指主儲存器所能儲存資訊的最大容量,通常以位元組來衡量,也可以用字數*字長(512k*16位)來表示儲存容量。其中MAR的位數反應了儲存單元的個數,MAR的位數反應了可定址範圍的最大值(而不一定是實際儲存器的儲存容量)。
例如,MAR為16位,表示2^16=65536,即此儲存體內有65536個儲存單元(可稱作64k記憶體,1k=1024),若MDR為32位,表示儲存容量64K*32位。
4.運算速度
(1)吞吐量和響應時間
吞吐量:指系統在單位時間內處理請求的數量。它取決於資訊能多塊地輸入記憶體,CPU能多塊地取指令,資料能多塊地從記憶體取出或存入,以及所得結果能多塊地從記憶體送給一臺外部裝置。這些步驟中的每一步都關係到主存,因此,系統吞吐量主要取決於主存的存取週期。
響應時間:指從使用者向計算機發送一個請求,到系統對該請求作出響應並獲得它所需要的結果的等待時間。通常包括CPU時間(執行一個程式所花費的時間)與等待時間(用於磁碟訪問、儲存器訪問、I/O操作、作業系統開銷等時間)。
(2)主頻和CPU時鐘週期
CPU時鐘週期:通常為節拍脈衝或T週期,即主頻的倒數,它是CPU中最小的時間單位,每個動作至少需要一個時鐘週期。
主頻(CPU時鐘頻率):機器內部主時鐘的頻率,它是衡量機器速度的重要引數。主頻的倒數是CPU時鐘週期。對於同一型號的計算機,其主頻越高,完成指令的一個執行步驟所用的時間越短,執行指令的速度越快。
注意:CPU時鐘週期=1/主頻,主頻通常以MHZ(兆赫茲)為單位,1HZ表示每秒一次。
(3)CPI(Clock cycle per instruction),即執行一條指令所需的時鐘週期數。
(4)CPU執行時間,指執行一個程式所花費的時間
CPU執行時間=CPU時鐘週期數/主頻=(指令條數*CPI)/主頻
CPU的效能(CPU執行時間)取決於三個要素:①主頻(時鐘頻率);②每條指令執行所用的時鐘週期數;③指令條數
(5)MIPS、MFLOPS、GFLOPS和TFLOPS
MIPS(Million Instruction Peer Second),即每秒執行多少百萬條指令。
MIPS=指令條數/(執行時間*10^6)=主頻/CPI
MFLOPS(Mega Floating-point Operation Per Second),即每秒執行多少百萬次浮點運算。
MFLOPS=浮點操作次數/(執行時間*10^6)
GFLOPS(Giga Floating-point Operation Per Second),即每秒執行多少十億次浮點運算。
GFLOPS=浮點操作次數/(執行時間*10^9)
TFLOPS(Tera Floating-point Operation Per Second),即每秒執行多少萬億次浮點運算。
TFLOPS=浮點操作次數/(執行時間*10^12)