【计算机组成原理】第一章 计算机系统概述

计算机性能指标

• 吞吐量：表征一台计算机在某一时间间隔内能够处理的信 息量，单位是字节/秒（B/S）。

• 响应时间：表征从输入有效到系统产生响应之间的时间度 量，用时间单位来度量，例如微秒（10-6S）、纳秒（10-9S）。

• 利用率：表示在给定的时间间隔内，系统被实际使用的时 间所占的比率，一般用百分比表示。

• 处理机字长：指处理机运算器中一次能够完成二进制数运
  算的位数。当前处理机的字长有8位、16位、32位、64位。　　字长越长，表示计算的精度越高。

• 总线宽度：一般指CPU中运算器与存储器之间进行互连的内 部总线二进制位数。

• 存储器容量：存储器中所有存储单元的总数目，通常用KB、MB、GB、TB来表示。其中:
  $K=2^10，M=2^20，G=2^30，T=2^40，B=8位（1个字节）$

  存储器容量越大，记忆的二进制数越多。

• 存储器带宽：存储器的速度指标，单位时间内从存储器读出的 二进制数信息量，一般用字节数/秒表示。

• 主频/时钟周期：CPU的工作节拍受主时钟控制，主时钟不断
  产生固定频率的时钟，主时钟的频率（f）叫CPU的主频。度量单位是MHz（兆赫兹）、GHz（吉赫兹）。主频的倒数称为CPU时钟周期（T），即T=1/f，度量单位是微秒、纳秒。

• CPU执行时间：表示CPU执行一段程序所占用的CPU时间，可用下式计算：CPU执行时间 ＝ CPU时钟周期数 ×CPU时钟周期长

• CPI：表示每条指令周期数，即执行一条指令所需的平均时钟周期数。

• MIPS：是单位时间内的执行指令数，所以MIPS值越高说明机器速度越快。

• MFLOPS：是基于操作而非指令的，只能用来衡量机器浮点操作的性能，而不能体现机器的整体性能。

• TFLOPS：表示每秒万亿次浮点操作次数，该技术指标一般 在超级计算机中使用。

考研真题

2011年

答案：D
解析：

• A：MIPS:单字长定点指令平均执行速度 Million Instructions Per Second的缩写，每秒处理的百万级的机器语言指令数，是衡量CPU速度的一个指标。MIPS只是衡量CPU性能的指标。
• B：CPI（Cycle Per Instruction，每条指令执行需要的时钟周期数）指CPU的指令时钟数。表示每条计算机指令执行所需的时钟周期数。由于不同指令的功能不同，造成指令执行时间不同，即指令执行所用的时钟数不同，所以通常所说的CPI是一个平均值。
• C：IPC(Inter-Process Communication，进程间通信)。
  IPC ( Instruction Per Clock， 即 CPU 每一时钟周期内所执行的指令多少) IPC代表了一款处理器的设计架构，一旦该处理器设计完成之后，IPC值就不会再改变了。在这里，IPC值的高低起到了决定性的作用，而频率似乎不再高于一切。
• D：MFLOPS(Million Floating-point Operations per
  Second，每秒百万个浮点操作)，衡量计算机系统的技术指标，不能反映整体情况，只能反映浮点运算情况。

2012年：

答案：D
解析：CPU时间原来为90，速度提高50%，则现在CPU时间为90/(1+0.5)=60。又因为I/O时间不变。
则总时间为60+10=70。

2013年：

答案：C
解析：频率为1.2GHz，则周期为1/1.2GHz。
CPI=(2 * 0.5+3 * 0.2+4 * 0.1+5 * 0.2)(1/1.2G)=3/(1.2G)=1/(0.4G)
IPS=1/CPI=1/1/(0.4G)=0.4G
又因为要求的时MIPS。1GB=2^10MB=1024MB
所以MIPS=IPS1024=0.4*1024=409.6≈400

2014年：

答案：D
解析：设指令数为x，执行时间为t。
原来的CPI=20/x，现在的CPI=t/(0.7 * x)；
现在的CPI死原来的CPI的1.2倍，
所以：1.2 * (20/x)=t/(0.7 * x)
脸变得x可以同时约掉，所以t=16.8s。

2015年：

答案：A
解析：

• 机器语言（machine language）是一种指令集的体系。这种指令集，称机器码（machine
  code），是电脑的CPU可直接解读的数据。
• 汇编语言(assembly language)是一种用于电子计算机、微处理器、微控制器或其他可编程器件的低级语言，亦称为符号语言。在不同的设备中，汇编语言对应着不同的机器语言指令集，通过汇编过程转换成机器指令。
• 硬件描述语言(英文: Hardware Description Language ，简称: HDL )是电子系统硬件行为描述、结构描述、数据流描述的语言。利用这种语言，数字电路系统的设计可以从顶层到底层(从抽象到具体)逐层描述自己的设计思想，用一系列分层次的模块来表示极其复杂的数字系统。

2017年：

答案：C
解析：M1周期=1/1.5，M2周期=1/1.2；
M1的CPI=2*(1/1.5)，M2的CPI=1*(1/1.2)；
所以CPI之比=2/1.5：1/1.2=1/1.6；
运行时间之比=CPI之比的倒数=1.6。

2018年（知识点）