计算机的性能指标(选择题0~1题无大题)
存储器的性能指标
总容量=存储单元个数*存储字长 bit
例：MAR16位，MDR16位 总容量=2的16次方*16bit
补充：
n个二进制位就有2的n次方不同的状态
一般描述文件大小容量单位 2的10次方：K 2的20次方：M 2的30次方：G 2的40次方：T
例：1MB=2的20次方B
CPU的性能指标
CPU时钟周期：一个时钟周期内，cpu仅完成一个最基本的动作。通常单位：微妙/纳秒
cpu主频(时钟频率,单位:赫兹/Hz)=1/cpu时钟周期：cpu内数字脉冲信号振荡的频率
补充：
时钟周期数=时间(秒/s)*主频
如主频 2.5GHz 表示处理器每秒可执行 2.5×10⁹个时钟周期
反映了CPU操作的基本节拍。主频越高，CPU完成指令的一个执行步骤所需的时间越短
CPI：执行一条指令平均需要的时钟周期数
补充：不同的指令，CPI不同，甚至相同的指令，CPI也可能有变化
执行一条指令的耗时：CPI*CPU时钟周期
CPU执行时间(整个程序的耗时)=CPU时钟周期数/主频=(指令条数*CPI)/主频
IPS：每秒执行多少条指令 主频/平均CPI
MIPS：即每秒百万条指令数，计算公式：指令数总和/执行时间(秒/s)*10的6次方
FLOPS：每秒执行多少次浮点运算
一般描述数量(数据处理速率 )单位
k=千=10的3次方 M=百万=10的6次方 G=十亿=10的9次方 T=万亿=10的12次方
p=千万亿=10的15次方 e=百万万亿=10的18次方 z=10的21次方
系统整体的性能指标
数据通路带宽：数据总线一次所能并行传送信息的位数(各硬件部件通过数据总线传输数据)
吞吐量：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)
响应时间：从用户向计算机发送一个请求，到系统对该请求做出响应并得到它所需要的结果的等待时间
通常包括CPU时间(运行一个程序所花费的时间)与等待时间(用于磁盘访问、存储器访问、I/O操作、操作系统开销等时间)
主频高的CPU一定比主频低的CPU快吗？
不一定，可能主频高的平均CPI高
在上述条件加上两个CPU的平均CPI相同，会A比B快吗？
不一定，看指令系统，可能A不支持乘法指令，只能多次加法实现乘法，而B支持乘法指令
基准程序(鲁大师，评分程序)执行的越快说明机器性能越好吗？
基准程序语句存在频率差异，运行结果不能完全说明问题
错题总结
计算机的机器字长是指数据运算的基本单位长度
寄存器由触发器构成
计算机中一个字的长度可以为16，32，64位等，一般为8的整数倍
机器字长、指令字长和存储字长，三者在数值上可以相等也可以不等，视不同机器而定。
一个存储单元中的二进制代码的位数称为存储字长。存储字长等于MDR(数据寄存器)的位数
数据字长：数据总线一次能并行传送信息的位数，它可以不等于MDR的位数。
指令字长：取决于指令的功能和格式，可是单字长、半字长、双字长
机器字长等于CPU内部的运算器位数和通用寄存器宽度
机器字长是指CPU中定点运算的数据通路宽度
机器字长一般与CPU中通用寄存器的位数有关
机器字长决定了数据的表示范围和表示精度
用于科学计算的计算机中，标志系统性能的最有用的参数是：MFLOPS
汇编程序员可以通过 JMP 指令来设置 PC的值。状态寄存器、通用寄存器只有为汇编程序员可见，才能实现编程，而 IR、MAR、MDR是CPU的内部工作寄存器，对程序员均不可见。
注：计算机世界中的透明指的是看不见的
CPI是执行一条指令平均所需的时钟周期数，系统结构、指令集、计算机组织都会影响CPI，而(主频)时钟频率并不会影响 CPI，但可加快指令的执行速度。
吞吐率指系统在单位时间内处理请求的数量，是在用户观点下，评价计算机系统性能的综合参数。
采用并行技术是当前设计高性能计算机的重要途径，现今超级计算机均采用多处理器来增强并行处理能力
兼容指计算机软件或硬件的通用性，通常在同一系列不同型号的计算机间通用
会计电算化属于计算机数据处理方面的应用。
计算机运算速度：每秒能执行多少条指令
数据通路带宽的功能是实现 CPU 内部的运算器和寄存器及寄存器之间的数据交换。可以有效提高计算机系统的吞吐量，从而加快程序的执行
原来cpu需要90s运行时间，现在cpu速度提高50%，为什么90/2是错误的呢？
假设原来的工作效率是 E（单位：工作量/秒），完成某项工作所需的时间是 T秒，那么完成的工作量 W 可以表示为：W=E×T
如果效率增加了50%，新的效率变为 E′=E+0.5E=1.5E
现在我们要计算在新的效率下完成同样的工作量需要的时间 T′。由于工作量不变，我们有：W=E′×T′
将 W=E×T代入上式，得到：E×T=1.5E×T′
解这个方程得到新的工作时间 T′：
T'=E*T/1.5E=T/1.5
对于原来耗时90秒的工作，新的时间 T′是：
T′=90/1.5=60 秒
这是因为效率和时间是倒数关系，效率提高导致时间缩短，但缩短的比例不是简单的减半。
时钟周期数=时间(秒/s)*主频
MIPS：即每秒百万条指令数，计算公式：指令数总和/执行时间(秒/s)*10的6次方
速度提升50%：速度/1.5，而不是速度减一半
为什么平均cpl要乘以所占比例？
在计算总平均CPI时，乘以每种指令类型所占的比例是为了考虑到不同指令在程序执行中出现的频率。这是因为不同类型的指令对整体性能的影响与其出现的频率成正比。
如果一个指令类型的CPI很高，但这种指令很少执行，那么它对整体性能的影响就较小。相反，如果一个指令类型的CPI相对较低，但这种指令非常频繁地执行，那么它对整体性能的影响就会很大。
通过将每种指令类型的CPI乘以其所占的比例，我们可以得到一个加权平均CPI，这个值更能准确地反映处理器在实际运行程序时的平均性能。
总平均CPI=∑(指令类型比例×对应CPI)
执行时间=指令数×CPI×周期时间
两数之间的比值，通常指的是两个数相除的结果。假设有两个数a和b，它们之间的比值就是a/b
ALU、通用寄存器其位数(宽度)一定与机器字长相同
解析：机器字长是指 CPU内部用于整数运算的数据通路的宽度。CPU内部数据通路是指CPU内部的数据流经的路径及路径上的部件，主要是CPU内部进行数据运算、存储和传送的部件，这些部件的宽度基本上要一致才能相互匹配。因此,机器字长等于CPU内部用于整数运算的运算器位数和通用寄存器宽度。
AI模拟出题人思维，可参考查漏补缺
1. 程序执行时间优化相关
- CPU 时钟频率：时钟频率（主频）越高，单位时间内完成的时钟周期数越多，理论上可提升指令执行速度，缩短程序执行时间，理解时钟频率与运算速度的关联 。
- 数据通路结构：优化数据通路（如总线宽度、运算部件连接等），能减少数据传输、运算的延迟，加快指令执行流程，影响程序执行效率 。
- 编译优化：通过编译优化（如指令调度、冗余代码消除等），减少程序实际执行的指令数、优化指令执行顺序，降低整体执行耗时 。
2. 性能指标概念及计算
- MIPS（每秒百万条指令数）：
MIPS = 主频（Hz） / （CPI×10⁶），衡量指令执行速率，常用于评估标量机性能，需掌握根据指令比例、CPI、主频计算 MIPS 的方法 。 - MFLOPS（每秒百万次浮点运算数）：专门针对浮点操作的性能指标，反映浮点运算速度，明确其与 MIPS 等指标的区别（关注浮点操作场景） 。
- CPI（每条指令平均时钟周期数）：
CPI = 总时钟周期数 / 指令条数，也可通过各类指令占比加权计算（CPI = Σ（指令类型 i 占比 × 该类型指令 CPI）），是连接时钟频率、指令数与执行时间的关键指标 。 - 执行时间计算：
程序执行时间 = CPU 时间 + I/O 时间；若仅 CPU 速度变化（如提速），新 CPU 时间 = 原 CPU 时间 / （1 + 提速比例） ；结合指令数、CPI、主频时，执行时间 = 指令条数 × CPI / 主频，需灵活运用这些公式分析程序耗时变化 。
3. 机器字长与部件位数关联
- 机器字长是计算机能直接处理的二进制数据位数，指令寄存器、通用寄存器通常与机器字长位数相同（用于暂存指令、通用数据，需匹配字长）；ALU 位数、浮点寄存器位数不一定严格等同（ALU 可处理不同位宽运算，浮点寄存器因浮点表示规则，位数常与机器字长不同 ），需区分不同部件与机器字长的关系 。
考研 408 高频考点总结
- CPI 相关计算：几乎每年都有题目涉及 CPI 计算（如通过指令占比加权、结合执行时间 / 指令数 / 主频推导 ），是贯穿性能分析的核心，高频 。
- 执行时间 / 性能指标换算：MIPS、MFLOPS、执行时间相互关联，结合 CPU 提速、I/O 时间等场景的计算，是命题热点，高频 。
- 机器字长与部件位数：考查对计算机硬件部件位数匹配性的理解，虽单独命题频率稍低，但属于组成原理基础概念，中频（需理解原理） 。
- 程序优化对执行时间的影响：从 CPU 硬件（时钟、数据通路）到软件编译优化的综合分析，体现体系化知识运用，高频（常作为综合选项判断） 。
这些知识点围绕计算机性能评估、硬件基础逻辑展开，是 408 组成原理部分的核心考查方向，复习时需强化公式推导、概念关联，多结合真题练习场景化运用 。
