计算机组成原理学习笔记——概论（2）性能指标和易混淆知识点

一、性能指标

1、机器字长

• 机器字长是指计算机进行一次整数运算（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、加法器有关。机器字长通常为字节（8位）的倍数。
• 机器字长越大，所能表示的数的范围也越大，计算精度也越高。

2、数据通路带宽

• 各个子系统之间通过数据总线连接形成的数据传送路径称为数据通路，而数据总线一次能并行传送信息的位数称为数据通路带宽，并特指 CPU 外部的数据总线。

3、主存大小

• 通常主存大小用一个主存容量来衡量，单位位字节或字数*字长。
  
• 例如 MAR 为 16 位，则表示此存储体内有 2^16=65536 个存储单元，也就是 64K；MDR 为 32 位，则存储容量为 64K*32位。
• 常见的 2 的 n 次方数：
  

4、速度方面的指标

• 计算机的运行速度往往决定一个计算机能否赢得市场，运行速度相关的几个指标如下：

4.1、吞吐量

• 吞吐量，指系统在单位时间内处理请求的数量，主要取决于主存的存取周期。

4.2、响应时间

• 响应时间，指从用户发出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。

4.3、CPU 时钟周期

• CPU 时钟周期，通常为节拍脉冲或 T 周期，即主频的倒数，是 CPU 中最小的时间单位，每个动作至少要一个时钟周期。

4.4、主频

• 主频，又叫 CPU 时钟频率，是机器内部主时钟的频率，是衡量机器的重要参数。

4.5、CPI

• CPI，Clock cycle Per Instruction，执行一条指令所需的时钟周期数。

4.6、CPU 执行时间

• CPU 执行时间指的是运行一个程序所耗费的时间，公式：CPU 执行时间=CPU时钟周期数/主频=（指令条数*CPI)/主频，由此可以看出 CPU 性能取决于 主频、CPI 和指令条数

4.8、其他指标

• 其他指标诸如 MIPS、MFLOPS、GFLOPS、TFLOPS，如下：
  
  

5、几个专业术语

5.1、系列机

• 系列机，具有基本相同的体系结构，使用相同基本指令系统的多个不同型号的计算机组成的一个产品系列。

5.2、兼容

• 指计算机软件或硬件的通用性，即使用或运行在某个型号的计算机系统中的硬件/软件也能应用于另一个型号的计算机系统时，就说这两天计算机在硬件或软件上存在兼容性。

5.3、软件可移植性

• 指把使用在某个系列计算机中的软件直接或很少修改就能够运行在另一个系列的计算机中的可能性。

5.4、固件

• 将程序固定在 ROM 中组成的部件称为固件。固件是一种具有软件特性的硬件，固件的性能指标介于硬件和软件之间，吸收了软/硬件各自的优点，执行速度快于软件，灵活性优于硬件，是软/硬件结合的产物。

二、常见问题和易混淆知识点

1、常见问题

1.1、指令和数据如何区分

• 依据冯·诺伊曼机，指令和数据同等地位地存储在存储器中，那么如何区分指令和数据呢？
• 计算机如何区分存储器中的指令和数据：
• 方式一：通过不同时间段来区分指令和数据，即在取指令阶段（或取值微指令）取出的为指令，在执行指令阶段（或相应微程序）取出的即为数据。
• 方式二：通过地址来源区分，由 IR 提供存储单元地址的取出的是指令，由指令地址码部分提供存储单元地址的取出的是操作数。

1.2、计算机由哪几个部分组成？以哪部分为中心？

• 

1.3、主频高的 CPU 一定比主频低的快吗？

1.4、翻译程序、汇编程序、编译程序和解释程序的区别？各自的特性？

1.5、不同级别语言编写的程序有何区别？哪种语言编写的程序能被硬件直接执行？

2、易混淆知识点

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