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  第47题      
  知识点:   性能评测的常用方法   指令
  关键词:   MIPS   指令        章/节:   可靠性与系统性能评测基础知识       

 
以下关于指令执行速度MIPS(Million Instructions Per Second)的叙述中,正确的是(47)。
 
 
  A.  MIPS是用来描述计算机的浮点运算速度
 
  B.  一台计算机的MIPS峰值是按其指令集中所有指令的执行速度计算的
 
  C.  在比较不同计算机MIPS值时,不用说明使用了什么样的基准程序
 
  D.  设每一机器周期为t微妙,基本指令需k个周期,则MIPS峰值为1/kt
 
 
 

   知识点讲解    
   · 性能评测的常用方法    · 指令
 
       性能评测的常用方法
        (1)时钟频率。计算机的时钟频率在一定程度上反映了机器速度,一般来讲,主频越高,速度越快。但是,相同频率、不同体系结构的机器,其速度可能会相差很多,因此还需要用其他方法来测定机器性能。
        (2)指令执行速度。在计算机发展初期,曾用加法指令的运算速度来衡量计算机的速度,速度是计算机的主要性能指标之一。因为加法指令的运算速度大体上可反映出乘法、除法等其他算术运算的速度,而且逻辑运算、转移指令等简单指令的执行时间往往被设计成与加法指令相同,因此加法指令的运算速度有一定的代表性。当时表征机器运算速度的单位是KIPS(每秒千条指令),后来随着机器运算速度的提高,计量单位发展到MIPS(每秒百万条指令)。
        另一种描述计算机指令执行速度的指标是每秒钟执行浮点数的百万次操作的数量MFLOPS。
        (3)等效指令速度法。随着计算机指令系统的发展,指令的种类大大增加,用单种指令的MIPS值来表征机器的运算速度的局限性日益暴露,因此出现了吉普森(Gibson)混合法或等效指令速度法等改进的办法。
        等效指令速度法统计各类指令在程序中所占的比例,并进行折算。设某类指令i在程序中所占的比例为Wi,执行时间为ti,则等效指令的执行时间为
        其中,n为指令的种类数。
        
        (4)数据处理速率(Processing Data Rate,PDR)法。因为在不同程序中,各类指令的使用频率是不同的,所以固定比例方法存在着很大的局限性,而且数据长度与指令功能的强弱对解题的速度影响极大。同时,这种方法也不能反映现代计算机中高速缓冲存储器、流水线和交叉存储等结构的影响。具有这种结构的计算机的性能不仅与指令的执行频率有关,而且与指令的执行顺序与地址分布有关。
        PDR法采用计算PDR值的方法来衡量机器性能,PDR值越大,机器性能越好。PDR与每条指令和每个操作数的平均位数以及每条指令的平均运算速度有关,其计算方法如下:
        PDR=L/R
        其中,L=0.85G+0.15H+0.4J+0.15KR=0.85M+0.09N+0.06P
        式中:G——每条定点指令的位数;
        H——每条浮点指令的位数;
        J——定点操作数的位数;
        K——浮点操作数的位数;
        M——平均定点加法时间;
        N——平均浮点加法时间;
        P——平均浮点乘法时间。
        此外,还做了如下规定:G>20位,H>30位;从主存取一条指令的时间等于取一个字的时间;指令与操作数存放在主存,无变址或间址操作;允许有并行或先行取指令功能,此时选择平均取指令时间。PDR值主要对CPU和主存储器的速度进行度量,但不适合衡量机器的整体速度,因为它没有涉及Cache、多功能部件等技术对性能的影响。
        (5)核心程序法。上述性能评价方法主要是针对CPU(有时包括主存),它没有考虑诸如I/O结构、操作系统、编译程序的效率等系统性能的影响,因此难以准确评价计算机的实际工作能力。
        核心程序法是研究较多的一种方法,它把应用程序中用得最频繁的那部分核心程序作为评价计算机性能的标准程序,在不同的机器上运行,测得其执行时间,作为各类机器性能评价的依据。机器软/硬件结构的特点能在核心程序中得到反映,但是核心程序各部分之间的联系较小。由于程序短,所以访问存储器的局部性特征很明显,以至于Cache的命中率比一般程序高。
 
       指令
        指令是指挥计算机完成各种操作的基本命令。
        (1)指令格式。计算机的指令由操作码字段和操作数字段两部分组成。
        (2)指令长度。指令长度有固定长度的和可变长度的两种。有些RISC的指令是固定长度的,但目前多数计算机系统的指令是可变长度的。指令长度通常取8的倍数。
        (3)指令种类。指令有数据传送指令、算术运算指令、位运算指令、程序流程控制指令、串操作指令、处理器控制指令等类型。
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第47题    在手机中做本题