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IPS (Instructions Per Second)代表每秒可以执行多少条指令。IPS主频平均CPIIPS \frac{\text{主频}}{\text{平均CPI}}IPS平均CPI主频​如果单位为MIPS (Million IPS)就代表每秒可以执行百万条指令。这里的M就是百万的意思即106{10^6}106MIPSfCPI×106MIPS \frac{f}{CPI \times 10^6}MIPSCPI×106f​(注意这里的fff如果单位是 Hz分母要除以10610^6106如果fff也就是 MHz则直接除以 CPI)2. FLOPS (Floating-point Operations Per Second)每秒执行多少次浮点运算。这是衡量科学计算能力如气象预测、核爆模拟、AI训练的关键指标。MFLOPS(10610^6106)GFLOPS(10910^9109)TFLOPS(101210^{12}1012)PFLOPS(101510^{15}1015)在 IPS 和 FLOPS 中前缀 K, M, G, T 全部遵循10310^3103进率1 MIPS1,000,000 条指令/秒1 \text{ MIPS} 1,000,000 \text{ 条指令/秒}1MIPS1,000,000条指令/秒不要和存储容量的2202^{20}220搞混了三、系统整体性能CPU 再快如果数据运不过来也是白搭。这就要看系统的整体“路况”。3.1 数据通路带宽 (Data Path Bandwidth)定义数据总线一次能并行传送信息的位数。类比这就像公路的车道数。8位带宽 单车道64位带宽 8车道高速公路这个指标指的是数据总线一次可以并行的、传送多少个二进制信息位我们的CPU和内存还有内存和IO设备它们之间的信息传输都是通过数据总线来进行的。比如说有一台计算机它的数据通路带宽为八个比特的话那要从存储体里边读出16个比特的数据把它读到CPU里边就需要进行两次的数据传输每一次只能传送八个比特那进行两次传输肯定要比进行一次要更慢所以数据通路的带宽会直接的影响到各个硬件部件之间数据传输的一个效率。3.2 吞吐量 (Throughput)定义单位时间内处理请求的数量。场景解析对于 CPU每秒执行多少指令。对于 淘宝服务器每秒处理多少个 HTTP 请求。对于 食堂阿姨每秒能给多少个学生打完饭。吞吐量是一个宏观指标取决于系统中最慢的那个环节木桶效应在不同的场景我们需要结合具体的事例来理解。决定因素信息输⼊内存的速度CPU取指令速度内存存取数据速度结果输出到外部设备的速度3.3 响应时间 (Response Time)定义从用户发起请求到系统给出第一次响应的时间。公式响应时间CPU时间等待时间IO时间…\text{响应时间} \text{CPU时间} \text{等待时间} \text{IO时间} \dots响应时间CPU时间等待时间IO时间…比如你在电脑上点右键从按下鼠标微动开关到屏幕上弹出菜单的这几毫秒就是响应时间。SSD 硬盘之所以比机械硬盘快很大程度上是因为它极大地缩短了 IO 的响应时间。比如说你给你的朋友发送一条信息那一直到你接收到他的回复为止。这段时间就是你的朋友接收到你的这个请求之后所需要的一个响应时间那对于计算机来说影响这个响应时间的因素也有很多。四、动态测试——基准程序 (Benchmarks)前面说的都是静态指标。但现实中厂家会不会“虚标”架构会不会影响效率这时候就需要基准程序俗称“跑分软件”。4.1 什么是基准程序其实就是一段设计好的、包含各种指令加减乘除、访存、逻辑运算的代码。鲁大师、Geekbench、3DMark、Cinebench本质上都是基准程序。它们模拟真实的使用场景记录运行时间或得分。4.2 灵魂三问在学习性能指标时这三个反直觉的问题最容易让人掉坑Q1主频高的 CPU 一定比主频低的快吗❌ 答案不一定。理由速度∝fCPI\text{速度} \propto \frac{f}{CPI}速度∝CPIf​如果 CPU A 主频 2GHz但 CPI10平均10个周期做一条指令那么它每秒只能做 0.2G 条指令。如果 CPU B 主频 1GHz但 CPI1平均1个周期做一条指令那么它每秒能做 1G 条指令。结论B 虽然主频低但效率高速度反而快 5 倍Q2主频相同CPI 也相同性能就一定一样吗❌ 答案不一定。理由指令集不同。CPU A 支持硬件乘法指令一步到位。CPU B 不支持乘法需要用 10 次加法来模拟一次乘法。虽然物理指标一样但做同样一件事情B 需要的指令条数Instruction Count暴增导致变慢。Q3跑分软件分高机器就一定好用吗❌ 答案不一定。理由场景不匹配。用测试显卡的程序大量浮点和图像指令去测一台专门做数据库查询的服务器大量整数和访存指令即使显卡分再高对数据库性能也毫无参考价值。这就是为什么有“高分低能”的说法。随着 AI 和超算的发展T (Tera) 都不够用了。所以增加了更大的单位大家需要混个眼熟由小到大排列K (Kilo)-10310^3103M (Mega)-10610^6106G (Giga)-10910^9109T (Tera)-101210^{12}1012P (Peta)-101510^{15}1015千万亿次E (Exa)-101810^{18}1018百亿亿次Z (Zetta)-102110^{21}1021十万亿亿次我国的“神威·太湖之光”超级计算机峰值性能约为 125 PFLOPS每秒 12.5 亿亿次浮点运算。如果用旧单位写那就是1.25×10171.25 \times 10^{17}1.25×1017次太麻烦了用 P 就简洁得多。总结今天我们系统地梳理了计算机性能的度量指标重点内容浓缩如下存储容量2MAR×MDR2^{\text{MAR}} \times \text{MDR}2MAR×MDR。记住容量算2102^{10}210速度算10310^3103。CPU时间这是万恶之源公式I×CPIf\frac{I \times CPI}{f}fI×CPI​必须刻在DNA里。辩证思维不要迷信单一指标主频论要看综合表现执行时间。看到这里下次再有人跟你吹嘘“我这电脑主频 5.0GHz 宇宙无敌”的时候你就可以微微一笑反手问他一句“哦那你的 CPI 是多少浮点运算能力几个 GFLOPS 啊”计算机组成原理看似枯燥其实全是逻辑之美。今天的“避坑指南”希望能帮大家把地基打牢。别光学不练赶紧去把文中的公式在草稿纸上推导一遍觉得有用的话点个关注不迷路我是你们的老朋友我们要一起在技术的海洋里“兴风作浪”希望本篇内容能对各位有用我们下篇见