CPU性能衡量参数-主频,MIPS,CPI,时钟周期,机器周期,指令周期
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CPU性能衡量参数-主频,MIPS,CPI,时钟周期,机器周期,指令周期
1,主频
主频 = 时钟频率,它是指CPU内部晶振的频率,常用单位为MHz,它反映了CPU的基本工作节拍;
时钟频率又称主频,它是指CPU内部晶振的频率,常用单位为MHz,它反映了CPU的基本工作节拍;
2,时钟周期
时钟周期 t =1/ f; 主频的倒数
3,机器周期
机器周期 = m*t ;一个机器周期包含若干个时钟周期
4,指令周期
指令周期 = m*t*n; 执行一条指令所需要的时间,一般包含若干个机器周期
5,CPI
CPI = m*n; 平均每条指令的平均时钟周期个数
指令周期 = CPI×机器周期 = n(CPI=n)×m×时钟周期=nm/主频f, 注意指令周期单位是s或者ns,CPI无量纲
参考:https://en.wikipedia.org/wiki/Cycles_per_instruction
6,MIPS(MillionInstructions Per Second)
MIPS = 每秒执行百万条指令数 = 1/(CPI×时钟周期)= 主频/CPI
MFLOPS 每秒百万浮点运算次数。
表示秒钟所能执行的指令条数,对于微型计算机可用CPU的主频和每条指令的执行所需的时钟周期来衡量。
包含关系:指令周期通常用若干个机器周期来表示,在机器语言中,使用执行一条指令所需要的机器周期数来说明指令执行的速度。而机器周期又包含若干个时钟周期。时钟周期是最基本的操作单位。
参考: https://en.wikipedia.org/wiki/Instructions_per_second
注意:计算机的运算速度一般用每秒钟所能执行的指令条数来表示。由于不同类型的指令所需时间长度不同,因而运算速度的计算方法也不同。例如,根据不同类型的指令出现的频度,乘上不同的系数求得统计平均值,得到平均运算速度。这种方法用MIPS(Millions of Instruction Per Second)作单位,即每秒百万条指令。
又如,直接给出CPU的主频和每条指令的执行所需的时钟周期。周期一般以MHz为单位。主频即计算机的时钟频率,它在很大程度上决定了主机的工作速度。例如,型号为486DX-133的微型计算机,表明它的CPU型号为486,DX为含浮点处理器,数字133的含义是主频为133MHz。
题: 若某处理器的时钟频率为500MHz,每4个时钟周期组成一个机器周期,执行一条指令需要3个机器周期,则该处理器的一个机器周期▁8▁ns,平均执行速度为▁42▁MIPS
解析如下:
时钟周期T等于主频的倒数,即T=1/500MHz=1/(0.5×10的9次方Hz)=2 ns,机器周期等于4个时钟周期即=4T=4×2 ns=8 ns,每条指令的时钟周期数CPI=3×4=12,则平均速度为:f/(CPI×10的6次方)=(500×10的6次方)/(12×10的6次 方)=500/12=41.6≈42MIPS.计算主频的倒数时要注意把主频的MHz换算成Hz即500后面加6个0=500×10的6次方=0.5×10的9次方,1/10的9次方 Hz=1ns
每条指令的时钟周期数CPI=3×4=12,执行一条指令需要3个机器周期数,一个机器周期包含4个时钟周期,所以CPI=3×4=12,这里计算 的都是周期的个数,和具体的时间ns纳秒没有关系,若带上具体的时间,一个时钟周期T=2ns,一个机器周期就是2×4=8ns,执行一条指令需要三个机 器周期得出执行一条指令需要的具体时间为3×8=24ns,执行每条指令的需要的时钟周期数CPI换句话说就是把执行每条指令需要的时间24ns换算成时 钟周期个数表示,为多少个时钟周期个数?时钟周期是最基本的时间操作单位,500MHz主频的处理器一个时钟周期为2ns,24ns等于多少个时钟周期?24/2=12个时钟周期,即那一句:“每条指令的时钟周期数CPI=12”。
另一个例子:
A 40-MHzprocessor was used to execute abenchmarkprogram with the following instruction mix and clockcycle count:
Instruction type
Instruction count
Clock cycle count
Integer arithmetic
45000
1
Data transfer
32000
2
Floating point
15000
2
Control transfer
8000
2
Determine the effective CPI, MIPS rate, and execution time for thisprogram.
Total instructioncount = 100000.
CPI = (45000*1 +32000*2 + 15000*2 + 8000*2)/100000 = 155000/100000 = 1.55.
MIPS = clockfrequency/(CPI*1000000) = (40*1000000)/(1.55*1000000) = 25.8.
Therefore:
Execution time (T)= CPI*Instruction count*clock time = CPI*Instruction count/frequency =1.55*100000/40000000 = 1.55/400 = 3.87 ms.
IPS演进时间表
处理器
IPS
IPS/MHz
年份
来源
笔算(用于比较)
0.0119 IPS
n/a
1892
[1]
Intel 4004
92 kIPS at 740 kHz[2]
0.124
1971
IBM System/370 model 158-3
1 MIPS
1
1972
Intel 8080
640 kIPS at 2 MHz
0.32 MIPS/MHz
1974
VAX-11/780
500 kIPS
0.5
1977
Motorola 68000
1 MIPS at 8 MHz
0.125 MIPS/MHz
1979
Intel 286
2.66 MIPS at 12 MHz
0.22 MIPS/MHz
1982
[3]
Motorola 68020
4 MIPS at 20 MHz
0.2 MIPS/MHz
1984
ARM2
4 MIPS at 8 MHz
0.5 MIPS/MHz
1986
Motorola 68030
11 MIPS at 33 MHz
0.33 MIPS/MHz
1987
Intel 386DX
8.5 MIPS at 25 MHz
0.34 MIPS/MHz
1988
Motorola 68040
44 MIPS at 40 MHz
1.1 MIPS/MHz
1990
Intel 486DX
54 MIPS at 66 MHz
0.818 MIPS/MHz
1992
Motorola 68060
88 MIPS at 66 MHz
1.33 MIPS/MHz
1994
Intel Pentium Pro
541 MIPS at 200 MHz
2.705 MIPS/MHz
1996
[4]
ARM 7500FE
35.9 MIPS at 40 MHz
0.897 MIPS/MHz
1996
PowerPC G3
525 MIPS at 233 MHz
2.253 MIPS/MHz
1997
Zilog eZ80
80 MIPS at 50 MHz
1.6 MIPS/MHz
1999
[5]
Intel Pentium III
1,354 MIPS at 500 MHz
2.708 MIPS/MHz
1999
Freescale MPC8272
760 MIPS at 400 MHz
1.9 MIPS/MHz
2000
[6] Integrated Communications Processors
AMD Athlon
3,561 MIPS at 1.2 GHz
2.967 MIPS/MHz
2000
AMD Athlon XP 2400+
5,935 MIPS at 2.0 GHz
2.967 MIPS/MHz
2002
Pentium 4 Extreme Edition
9,726 MIPS at 3.2 GHz
3.039 MIPS/MHz
2003
ARM Cortex A8
2,000 MIPS at 1.0 GHz
2.0 MIPS/MHz
2005
[7]
AMD Athlon FX-57
12,000 MIPS at 2.8 GHz
4.285 MIPS/MHz
2005
AMD Athlon 64 3800+ X2 (Dual Core)
14,564 MIPS at 2.0 GHz
7.282 MIPS/MHz
2005
[8]
Xbox360 IBM "Xenon" Triple Core
19,200 MIPS at 3.2 GHz
2.0 MIPS/MHz
2005
PS3 Cell BE (PPE only)
10,240 MIPS at 3.2 GHz
3.2 MIPS/MHz
2006
AMD Athlon FX-60 (Dual Core)
18,938 MIPS at 2.6 GHz
7.283 MIPS/MHz
2006
[8]
Intel Core 2 Extreme X6800
27,079 MIPS at 2.93 GHz
9.242 MIPS/MHz
2006
[8]
Intel Core 2 Extreme QX6700
49,161 MIPS at 2.66 GHz
18.481 MIPS/MHz
2006
[9]
P.A. Semi PA6T-1682M
8,800 MIPS at 2.0 GHz
4.4 MIPS/MHz
2007
[10]
Intel Core 2 Extreme QX9770
59,455 MIPS at 3.2 GHz
18.580 MIPS/MHz
2008
[11]
Intel Core i7 Extreme 965EE
76,383 MIPS at 3.2 GHz
23.860 MIPS/MHz
2008
[12]
AMD Phenom II X4 940 Black Edition
42,820 MIPS at 3.0 GHz
14.273 MIPS/MHz
2009
[13]
Timeline of instructions per second
Processor
Dhrystone MIPS
D IPS / clock cycles per second
D IPS / clock cycles per second / Cores per die
Year
Source
Intel 4004
92 kIPS at 740 kHz
(Not Dhrystone)
0.1
0.1
1971
[2]
IBM System/370 model 158-3
1 Dhrystone MIPS
1.0
0.1
1972
Intel 8080
500 kIPS at 2 MHz
(Not Dhrystone)
0.3
0.3
1974
MOS Technology 6502
500 kIPS at 1 MHz
(Not Dhrystone)
0.5
0.5
1975
VAX-11/780
500 kIPS at 5 MHz
1 Dhrystone MIPS
0.2
0.2
1977
Motorola 68000
1 MIPS at 8 MHz
(Not Dhrystone)
0.1
0.1
1979
Intel 286
2.66 MIPS at 12.5 MHz
0.2
0.2
1982
[3]
Motorola 68020
4 MIPS at 20 MHz
0.2
0.2
1984
Intel 386DX
11.4 MIPS at 33 MHz
0.3
0.3
1985
ARM2
4 MIPS at 8 MHz
0.5
0.5
1986
Motorola 68030
11 MIPS at 33 MHz
0.3
0.3
1987
Motorola 68040
44 MIPS at 40 MHz
1.1
1.1
1990
[4]
DEC Alpha 21064 EV4
300 MIPS at 150 MHz
2.0
2.0
1992
[5]
Intel 486DX
54 MIPS at 66 MHz
0.8
0.8
1992
Motorola 68060
88 MIPS at 66 MHz
1.33
1.33
1994
Intel Pentium
188 MIPS at 100 MHz
1.88
1.88
1994
[6]
Microchip PIC16F
5 MIPS at 20 MHz
0.25
0.25
1995
[7]
Atmel megaAVR
16 MIPS at 16 MHz
1
1
1996
[8]
ARM 7500FE
35.9 MIPS at 40 MHz
0.9
0.9
1996
Intel Pentium Pro
541 MIPS at 200 MHz
2.7
2.7
1996
[9]
PowerPC 750
525 MIPS at 233 MHz
2.3
2.3
1997
Zilog eZ80
80 MIPS at 50 MHz
1.6
1.6
1999
[10]
Intel Pentium III
2,054 MIPS at 600 MHz
3.4
3.4
1999
[6]
Freescale MPC8272
760 MIPS at 400 MHz
1.9
1.9
2000
[11] Integrated Communications Processors
AMD Athlon
3,561 MIPS at 1.2 GHz
3.0
3.0
2000
AMD Athlon XP 2500+
7,527 MIPS at 1.83 GHz
4.1
4.1
2003
[6]
Pentium 4 Extreme Edition
9,726 MIPS at 3.2 GHz
3.0
3.0
2003
MIPS32 4KEc
356 MIPS at 233 MHz
1.5
1.5
2004
[12]
Microchip PIC10F
1 MIPS at 4 MHz
0.25
0.25
2004
[13][14]
ARM Cortex-M3
125 MIPS at 100MHz
1.25
1.25
2004
[15]
Nios II/f
190 MIPS at 165 MHz
1.13
1.13
2004
[16]
ARM Cortex-A8
2,000 MIPS at 1.0 GHz
2.0
2.0
2005
[17]
VIA C7
1,799 MIPS at 1.3 GHz
1.4
1.4
2005
[18]
AMD Athlon FX-57
12,000 MIPS at 2.8 GHz
4.3
4.3
2005
AMD Athlon 64 3800+ X2 (Dual core)
14,564 MIPS at 2.0 GHz
7.3
3.6
2005
[19]
Xbox360 IBM "Xenon" (Triple core)
19,200 MIPS at 3.2 GHz
6.0
2.0
2005
PS3 Cell BE (PPE only)
10,240 MIPS at 3.2 GHz
3.2
3.2
2006
AMD Athlon FX-60 (Dual core)
18,938 MIPS at 2.6 GHz
7.3
3.6
2006
[19]
Intel Core 2 Extreme X6800 (Dual core)
27,079 MIPS at 2.93 GHz
9.2
4.6
2006
[19]
Intel Core 2 Extreme QX6700 (Quad core)
49,161 MIPS at 2.66 GHz
18.4
4.6
2006
[20]
MIPS32 24K
604 MIPS at 400 MHz
1.51
1.51
2006
[21]
ARM Cortex-R4
450 MIPS at 270 MHz
1.66
1.66
2006
[22]
MIPS64 20Kc
1,370 MIPS at 600 MHz
2.3
2.3
2007
[23]
P.A. Semi PA6T-1682M
3,084 MIPS at 1.8 GHz
4.4
4.4
2007
[24]
Intel Core 2 Extreme QX9770 (Quad core)
59,455 MIPS at 3.2 GHz
18.6
4.6
2008
[25]
Intel Core i7 920 (Quad core)
82,300 MIPS at 2.66 (Turbo 2.93) GHz
30.9
7.7
2008
[26]
Intel Atom N270 (Single core)
3,846 MIPS at 1.6 GHz
2.4
1.2
2008
[27]
ARM Cortex-M0
45 MIPS at 50MHz
0.9
0.9
2009
[28]
ARM Cortex-A9 (Dual core)
5,000 MIPS at 1.0 GHz
5.0
2.5
2009
[29]
AMD E-350 (Dual core)
10,000 MIPS at 1.6 GHz
6.25
3.125
2011
[30]
AMD Phenom II X4 940 Black Edition
42,820 MIPS at 3.0 GHz
14.3
3.5
2009
[31]
AMD Phenom II X6 1100T
78,440 MIPS at 3.3 GHz
23.7
3.9
2010
[26]
ARM Cortex-A15 (Quad core)
35,000 MIPS at 2.5 GHz
14.0
3.5
2010
[32]
Intel Core i7 Extreme Edition 980X (Hex core)
147,600 MIPS at 3.33 GHz
44.7
7.46
2010
[33]
Intel Core i7 2600K
128,300 MIPS at 3.4 GHz
37.7
9.43
2011
[34]
Intel Core i7 875K
92,100 MIPS at 2.93 GHz
31.4
7.85
2011
[35]
AMD FX-8150 (Eight core)
108,890 MIPS at 3.6 GHz
30.2
3.78
2011
[36]
ARM11
515 MIPS at 412 MHz
1.25
1.25
2002
[37]
ARM Cortex A7
2,850 MIPS at 1.5 GHz
1.9
1.9
2011
[38]
Qualcomm Scorpion (Cortex A8-like)
2,100 MIPS at 1 GHz
2.1
2.1
2008
[39]
Qualcomm Krait (Cortex A9-like, Dual core)
9,900 MIPS at 1.5 GHz
6.6
3.3
2011
[40]
Intel Core i7 Extreme Edition 3960X (Hex core)
177,730 MIPS at 3.33 GHz
53.3
8.89
2011
[41]
- CPU性能衡量参数-主频,MIPS,CPI,时钟周期,机器周期,指令周期
- CPU性能衡量参数-主频,MIPS,CPI,时钟周期,机器周期,指令周期
- CPU性能衡量参数-主频,MIPS,CPI,时钟周期,机器周期,指令周期
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- 给定一个年份,判断这一年是不是闰年。(蓝桥杯里面判断闰年用bool会报错)
- 优化思路撒