1.3 计算机的性能指标

1.3 计算机的性能指标

　　计算机的性能指标是指能在一定程度上衡量计算机优劣的技术指标，计算机的优劣是由多项技术指标综合确定的，而这些指标主要包括处理字长、吞吐量、响应时间、CPU时钟周期、主频、CPI、CPU执行时间、MIPS、MFLOPS等。
　　1．机器处理字长
　　机器字长是指参与运算的数的基本位数，它是由加法器、寄存器的位数决定的，所以机器字长一般等于内部寄存器的大小。字长标志着精度，字长越长，计算的精度就越高。
　　在计算机中为了更灵活地表达和处理信息，又以字节（byte）为基本单位，用大写字母B表示。一个字节等于8位二进制位（bit）。
　　不同的计算机，字（word）的长度可以不相同，但对于系列机来说，在同一系列中字的长度应该是固定的，例如，在Intel 8086系列中，一个字等于16位；在IBM303X系列中，一个字等于32位。
　　2．吞吐量、响应时间
　　计算机系统的吞吐量是指流入、处理和流出系统的信息的速率。它取决于信息能够多快地输入内存，CPU能够多快地取指令，数据能够多快地从内存取出或存入，以及所得结果能够多快地从内存送给一台外围设备。这些步骤中的每一步都关系到主存，因此，系统吞吐量主要取决于主存的存取周期。在一个评价期间内，计算机系统完成的所有工作负载称为吞吐量。
　　响应时间指用户输入一个作业（或事务）至输出开始之间的间隔时间。周转时间指用户开始输入一个作业（或事务）至输出结束之间的间隔时间。响应特性是实时处理和分时处理计算机系统的重要性能指标。
　　3．CPU时钟周期和执行时间
　　CPU的主频是CPU内核工作的时钟频率，一般以MHz或GHz为单位。很多人认为CPU的主频就是其运行速度，其实不然。CPU的主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度，与CPU实际的运算能力并没有直接关系。主频和实际的运算速度存在一定的关系（在同一个系列计算机中，在同样条件下，主频越高，速度越快），但目前还没有一个确定的公式能够定量两者的数值关系，因为CPU的运算速度还要看CPU的流水线各方面的性能指标（缓存、指令集，CPU的位数等）。
　　CPU时钟周期是一个时间的量，主频的倒数就是CPU时钟周期，这是CPU中最小的时间元素。每个操作至少需要一个时钟周期。
　　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CPI应该是一个平均值。
　　CPU执行时间是指CPU全速工作时完成某进程所花费的时间，计算公式如下：

　　上式表明，CPU的性能取决于三个要素：时钟频率、每条指令执行所用的时钟周期数、 指令条数（IC）。
　　4．MIPS和MFLOPS
　　MIPS（Million Instructions Per Second，每秒执行多少百万条指令）定义为：

　　IPC（Instruction Per Cycle，每个时钟周期执行的指令条数）指CPU每一时钟周期内所执行的指令数量，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。这里所说的指令一般是指加、减运算这类短指令。
　　MFLOPS（Million FLoating-point Operations Per Second，每秒执行多少百万次浮点运算）定义为：