1.5.3　处理器的评价指标

一个程序的CPU执行时间=一个程序使用的CPU周期数×CPU的时钟周期=一个程序使用的CPU周期数/CPU的时钟频率

从这个式子可知，减少程序的CPU周期数或者提高CPU的时钟频率，都能够减少一个程序的CPU执行时间。

例如，使用一个2GHz的处理器来运行一个程序需要10秒。现在想将运行程序所需要的时间压缩到6秒，设计者想单纯地提高处理器时钟频率来实现这个目的，但是提高频率可能会使得运行该程序所需要的CPU时钟周期数变成原来的1.2倍。

根据上面的公式和给出的条件，知道程序运行的时间和处理器的主频，则可以计算出执行该程序所需要的CPU时钟数为

一个程序使用的CPU周期数=一个程序的CPU执行时间×CPU的时钟频率=10×2×109=20×109

当运行时间需要压缩到6秒时，根据公式：

CPU的时钟频率=一个程序使用的CPU周期数/一个程序的CPU执行时间=20×109×1.2/6=4×109=4GHz

在给定上面的条件约束下，要想实现将程序运行时间压缩到6秒，则需要将处理器的时钟频率提高到4GHz。

1）CPI指标

此外，运行一个程序所需要的CPU时钟周期数还可以用下面的方法计算：

需要的CPU时钟周期数=程序的指令数×每条指令所需的平均执行周期

其中，每条指令所需的平均时钟周期为CPI（Clock Cycle Per Instruction）。

假设程序中使用到三类指令，用A、B和C类表示，每类指令的CPI分别为1、2和3。

（1）一个程序中，使用的A类指令为2条，使用的B类指令为1条，使用的C类指令为2条，则执行该程序所需要的CPU周期数为

（2×1）+（1×2）+（2×3）=2+2+6=10

（2）另一个程序中，使用的A类指令为4条，使用的B类指令为1条，使用的C类指令为1条，则执行该程序所需要的CPU周期数为

（4×1）+（1×2）+（1×3）=4+2+3=9

很明显，在第二种情况下执行程序所需要的CPU周期数更少，虽然第一种情况的指令数才有5条，第二种情况的指令数为6条。

因此，对于第一种情况下的CPI=10/5=2，对于第二种情况下的CPI=9/6=1.5。

2）MIPS指标

这里的MIPS是Million Instruction Per Second的缩写，表示每秒百万条指令。表面上，这个指标越高越好，因为表示计算机处理数据的能力更强。但实际上并非如此，这是因为存在下面的问题：

（1）没有办法比较不同指令集的计算机，因为指令数是不同的。

（2）在同一计算机上，不同的程序也会有不同的MIPS，因而一台计算机不会只有一个MIPS值。

注：这里提示各位读者，在评价计算机系统性能时，不要绝对化，而是要具体问题具体分析，这样才能得到更加客观的评价结论。

思考与练习1-19：某程序在两台计算机上的性能测试结果如表1.4所示。

（a）哪台计算机的MIPS值更高？

（b）哪台计算机更快？