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2.1.3【网络工程师考试知识点】处理器性能

1.  CPU 的主要性能指标

字长：表示CPU每次计算数据的能力。如80486及Pentium系列的CPU一次可以处理32位二进制数据。

指令周期：是指取出并执行一条指令所需的时间，也称机器周期。

总线周期：是指CPU从存储器或I/O端口存取一个字节所需的时间，也称为主振周期。

时钟频率：主要以GHz/MHz为单位来度量，通常时钟频率越高，其处理速度也越快。

时钟周期：指的是CPU处理的最小单位，与时钟频率是相对的概念，如某CPU型号为赛扬1.8GHz,即时钟频率为：1.8GHz,时钟周期为：1/1.8G 秒。

各周期之间的关系：一个指令周期可以划分为一个或多个总线周期，根据指令的不同需要，总线周期也不相同，而一个总线周期又可以分为几个时钟周期，通常是4个时钟周期，但也有些计算机可能不同，它们的关系如下图所示：

图2-4  机器周期与时钟周期

2.  CPU性能评价

一个程序的CPU时间可以用下面两种方式来描述：

CPU时间 = 一个程序的CPU时钟周期数×时钟周期长度 （1）

或者：

正象上面公式显示的那样，CPU时间与三个因素有关：时钟周期的长度、执行每条指令所需的时钟周期数和程序的指令数。此外，这三个因素对CPU时间的影响是相同的，这三个因素中的任何一个的效率改进10%,CPU时间就会改进10%.

然而，孤立地改变一个参数是很困难的，因为改变各因素的技术是相互关联的：

n时钟周期的长度是由硬件技术和计算机组成决定；

nCPI是由计算机组成和指令集的系统结构决定；

n指令数是由指令集的系统结构和编译器决定；

幸运的是，许多很有潜力的、会带来计算机性能提高的技术主要影响CPU性能三个因素中的一个，而对另外两个因素影响较小或是可预测的。

计算机指令执行速度：

计算机每秒执行的指令数的关键，在于找出平均每条指令需要多少总线周期，然后将总线周期数除以这个平均周期数，就可以计算出来。但通常不同的指令需要总线的总线周期数是不同的，这就需要有各种指令需要的总线周期数，以及指令的频度，通过计算得出：

CPU指令执行速度：

每秒指令数=时钟频率/每个总线周期包括的时钟周期数/指令平均占用总线周期数

总线数据传输率：

总线数据传输率=时钟频率/每个总线包含时钟周期数×每个总线周期传送字节数

例：在单指令某计算机的时钟频率为400MHz,测试该计算机的程序使用4种类型的指令。每种指令的数量及所需指令时钟数（CPI）如下表所示，则该计算机的指令平均时钟数约为____ .〔06年11月网工试题4〕

A.1 .85  B.1.93 C.2.36  D.3.75

试题分析：

指令平均时钟数=指令总的时钟数/总指令数。指令总的时钟数是各种指令需要的指令总时钟数的和。指令平均时钟数=（160000×1+30000×2+24000×4+16000×8）/（160000+30000+24000+16000）=1.93.因此正确答案为：B.

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