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目录
- 一、静态测试
- （1）存储器的性能指标
- <1>概念
- <2>补充
- （2）CPU的性能指标
- <1>概念
- <2>例题
- <3>IPS和FLOPS
- <4>注意
- （3）系统整体的性能指标
- 二、动态测试
- 三、知识回顾
这一节，我们来学习几个度量计算机性能的指标。
一、静态测试
（1）存储器的性能指标
<1>概念
最常见的就是存储器容量问题。
①MAR：地址寄存器
MAR的位数，可以反映存储体中存储单元的个数。
②MDR：数据寄存器
MDR的位数，可以反映每一个存储单元可以存放多少个二进制（bit）位。
所以，根据上面两个指标，我们就可以求得整个存储器可以存放多少个二进制位（bit）了。同样，bit/8就是多少字节。
如下：
比如：
MAR是32位。32位的二进制数，最多可以表示2^32的二进制数，也就是这么多地址。每一个地址对应一个存储单元。所以，存储单元的总数量最多是2^32个（考试时只需要按照最多来计算即可）。
MDR是8位。也就是每一个存储单元可以存储8个bit位。
那么相乘，就可以得到存储器的总容量是4GB。
<2>补充
❓为什么32位的二进制数最多只能表示2^32个地址？
先来看这个问题，n个二进制位能表示多少种不同的状态？
如果只有一个二进制位，那么很显然，只有两种（2^1）状态：0，1。
如果有两个二进制位，那么会有四种（2^2）状态：00，01，10，11。
如果有三个二进制位，那么会有八种（2^3）状态：000，001，010，011；100，101，110，111。
... ...
那么，如果有n个二进制位，那么会有2^n种状态。
所以，32位的二进制数最多只能表示2^32个地址，也就是对应这么多存储单元。
记住2^1到2^10，考试经常出现。
还需要记住，下面几个单位转换。
1KB，这个K，就是2^10。
1KB即1024B（字节）。
1b（比特）是一个二进制位。
1B（字节）=8b（比特）
（2）CPU的性能指标
<1>概念
接下来认识几个概念：
每一个波峰是一个数字脉冲信号，CPU的数字脉冲信号是有规律、有节奏地发生。
CPU主频：CPU内数字脉冲信号振荡的频率。
脉冲信号：指挥CPU内部所有的部件，一步一步工作的节奏。
CPU的时钟周期：每一个脉冲信号的时间。通常以微秒、纳秒为单位。
CPU主频和CPU时钟周期互为倒数。
主频为10HZ，意思就是每一秒有10个脉冲信号。
结合之前的例子，CPU在执行一条指令的时候，需要做很多工作。这些工作的执行是有一定先后顺序的。每一个动作完成之后，才会开始下一个动作。
CPU的脉冲信号其实就是给这些动作的执行带来节奏。当然，有的动作可能在一个脉冲的时间内完成不了。
对于两个相同型号的CPU，如果它们的指令系统还有用硬件系统生成指令的方式都一样。那么，主频越高的CPU，速度就会越快。
CPU主频很大程度上反映了CPU的性能，但并不是主频越高，CPU性能就越强。除了主频，还有其他因素会影响CPU的性能。
比如CPI，即每一条指令的执行需要多少时钟周期。
比如：
对于B这个CPU来说，1秒可以执行1G条指令。（G=10^9）
而对于A这个CPU来说，1秒可以执行0.2G（2/10）指令。
所以，主频高的CPU不一定比主频低的CPU快。
再来问一下：
既然CPI相同，B每秒可以执行1G条指令，A每秒可以执行2G条指令。
A更快吗？也不一定。
因为不同的CPU的指令系统可能不一样。
还是拿这个例子看一下。
取数指令总共需要9个步骤完成。
而乘法指令总共需要11个步骤。
所以，进行乘法指令和取数指令所需要的时钟周期肯定不一样。
对于同一个CPU，执行不同的指令，有可能会消耗不同的时钟周期；甚至是执行相同指令，两次消耗的时钟周期也不相同。
比如，CPU要从内存中取一个数，这个指令的执行，除了和CPU本身相关之外，还与主存、内存、当前的状态有关。如果主存当前的负荷比较大，那么CPU想要取走一个数，就需要花更多的时间，也就是需要更多的时钟周期。
而对于不同的CPU，即便执行的都是乘法指令。根据乘法指令的实际实现方式的不同，两个CPU所需要的时钟周期数量也不一样，即CPI不同。
CPI放在微观视角毫无意义，因为可以影响CPI指标的因素太多了。
一般讨论执行一条指令所需要的时钟周期，通常考虑平均情况。
只要我们知道执行一条指令，平均需要多少个时钟周期，再乘以CPU时钟周期长短，就可以算出平均执行一条指令所需要的时间。
<2>例题
根据上面的讲解，我们认识了如下的定义。
下面来看一个例子：
100条指令，平均每一条指令需要3个时钟周期。
一个时钟周期的长度是主频的倒数。
相乘之后算出，需要0.3s的时间来执行程序。
如下：
像这样，计算执行一个程序所花费的时间，也是经常考的。
有时候，会把执行整个程序的耗时称为CPU执行时间。
<3>IPS和FLOPS
下一个性能指标是IPS。
主频：每一秒会有多少数字脉冲，也就是会出现多少时钟周期。
主频再除以执行一条指令所需要消耗的时钟周期数。算出的结果就是每秒执行多少指令（IPS）。
再下一个指标是FLOPS。
FL：一个浮点运算。
如果计算机进行科学数据的处理，经常需要进行浮点运算。
那么使用FLOPS这个指标来度量计算机的好坏，显然是更科学的。
对于IPS和FLOPS这两个指标，使用的时候，通常会在前面加上单位。
如下：
注意，这里的K、M、G、T和之前谈论存储器容量那里的单位有一点区别。
此处的K是10^3。
如果说一台计算机的性能达到2MIPS，就说明这台计算机平均每秒可以执行200万条指令。
2KMIPS，就是这台计算机平均每秒可以执行2000条指令。
3TFLOPS，就是这台计算机平均每秒可以执行三万亿次浮点运算。
<4>注意
📑注意
①一般描述存储器容量或者文件大小的时候，K、M、G、T，默认的容量规则就是下面的方式：
②如果描述的是数据处理速率，这种情况默认下面的方式：
描述频率属性的时候，比如CPU主频是3GHZ，这里的G就表示10^9。
（3）系统整体的性能指标
①数据通路带宽
CPU与内存，内存与I/O设备之间的信息传输，都是通过数据总线来进行的。
比如一个计算机的数据通路带宽是8bit，那么要从存储体里面读出16个bit的数据送入CPU，就需要进行两次数据传输。每次只能传送 8个bit。
进行两次肯定比进行一次传输要慢。
所以，数据通路带宽直接影响到硬件之间数据传输的效率。
②吞吐量
这里的请求比较抽象，可以理解为，一条指令就是一个请求，也可以理解为一个完整的程序是一个请求。
③响应时间
二、动态测试
这些基准程序本质上就是写好了一段程序代码。
这段程序里面，会包含各种指令，并且这些指令出现的频率不一样，它会根据你的电脑，执行这些指令，再根据耗时来给一个综合评分。
看一个问题：
三、知识回顾
如下：
OK，这一节就说到这里。
有缘再见喽~
