CPU性能衡量参数-主频,MIPS,CPI,时钟周期,机器周期,指令周期

news/2024/10/30 16:41:21/

 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 a benchmarkprogram 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]

 



http://www.ppmy.cn/news/275230.html

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