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第二章 计算机的性能和成本 2.2 计算机的性能 2.2.1 衡量计算机性能的主要标准 衡量计算机最为可靠的尺度是时间。 响应时间：从事件开始到事件结束的时间，也称执行时间。 CPU时间：系统CPU时间和用户CPU时间 系统CPU时间不同的机器不同，误差较大，衡量时采用用户CPU时间。 2.2.2 CPU性能（1） 计算机的使用的运行时钟： 其周期称为时钟周期，其频率称为工作频率。 一个程序在CPU上运行的时间： TCPU=In×CPI×TC In执行程序中指令的总数 CPI执行每条指令所需的平均时钟周期数 TC时钟周期时间的长度 2.2.2 CPU性能（2） 用户CPU时间的三个参数反映了与体系结构相关的三个技术： Tc ：反映了计算机实现技术、生产工艺和计算机组织； CPI：反映了计算机实现技术、计算机指令集结构和计算机组织； IN：反映了计算机指令集结构和编译技术。 要改进计算机系统设计，可以提高这三个参数的指标，从而提高计算机系统的性能。 CPU性能公式的细化：假设计算机系统有n条指令，CPIi为第i类指令执行的平均时间，Ii为第类指令在程序中出现的次数，所有指令的平均执行时间为： CPI=（执行整个程序所需CPU时钟周期）/（程序中指令总数） =∑(CPIi×Ii)/IN 2.2.2 CPU性能（3） 例1. 假定设计机器的指令系统时，对条件转移的指令有两种不同的选择： 1、CPUA采用一条比较指令设置响应的条件码，随后紧跟一条转移指令对条件码测试，确定是否转移。实现一次转移就需要比较和测试两条指令。 2、采用的转移指令具有比较和判别转移的功能，实现一次转移仅需要一条指令即可。 又假设两个机器指令系统中，条件转移要2个时钟周期，其他指令需要1个时钟周期。 又假设在CPUA上，要执行的指令中有20 %是条件转移指令，由于每条转移指令需要一条比较指令，比较指令也占20%。 由于CPUB比较指令中包含了比较功能，因此它的工作时钟周期要比CPUA慢25%。 现在问，CPUA和CPUB，哪个工作速度更快？ 2.2.2 CPU性能（4） 解： CPUA:在所有执行的指令中，转移指令占2个时钟周期，其他指令占1个时钟周期，所以： CPIA=0.2×2+0.8×1=1.2 TCPUA=INA×1.2×TCA CPUB: 由于每次转移无需比较指令，仅需一条转移指令即可。如果在 CPUA中共有100条指令（100%），现在仅需要80条指令（少29条比较指令）即可。故总指令数为CPUA的80%，所以，转移指令所占的比例由CPUA的20% 上升到CPUB的20%/80%=25%。因此25%的转移指令占2个时钟周期，75%的其他指令占1个时钟周期。 CPIB=0.25×2+0.75×1=1.25 又由于：INB=0.8×INA,TCB=1.25×TCA TCPUB=INB×1.25×TCB= 0.8×INA×1.25×1.25×TCA = 1.25 INA×TCA 2.2.2 CPU性能（5） 说明，实现同样的计算功能，在CPUA和CPUB上实现过程的比较： 如果该功能的程序在CPUA上执行需要100条指令，需要20条条件转移指令，每个条件转移指令必须配备一条比较指令，因此，又需要20条比较指令，故此，条件转移加比较指令共占40条指令，其他指令占60条。 在CPUB上完成同一功能，其他指令依然占60条，而转移指令只需要20条既可，所以总共只需要80条指令即可。 因此，转移指令所占的比例从CPUA的20%上升到CPUB的20%?80%（20占80的比例）=0.25。 2.2.2 CPU性能（6） 上例中，如果CPUB的时钟周期比CPUA的慢10%，哪个会更快些？ 解： CPIA=0.2×2+0.8×1=1.2 TCPUA=INA×1.2×TCA 又由于：INB=0.8×INA,TCB=1.1×TCA TCPUB=INB×1.25×TCB= 0.8×INA×1.25×1.1×TCA = 1.1 INA×TCA CPUB 比CPUA要快。 2.2.3 MIPS和MEFO