什么是CPI?CPU性能指标包含哪些?

核心考点

CPI 的定义与计算、CPU 执行时间公式、MIPS 与主频/CPI 的关系，重点区分主频、CPI、指令条数和执行时间。

参考答案(答题要点)

1.CPI 是每条指令平均所需时钟周期数，全称 Cycles Per Instruction。公式为 CPI=时钟周期总数/指令条数。若不同指令比例不同，可用加权平均：CPI=Σ(某类指令比例×该类指令CPI)。

2.CPU 执行时间公式：CPU执行时间=指令条数×CPI×时钟周期=指令条数×CPI/主频。该公式是连接指令条数、CPI、主频和执行时间的核心公式。

3.MIPS 表示每秒执行多少百万条指令，公式为 MIPS=主频/(CPI×10^6)，其中主频单位为 Hz。MIPS 受指令集和指令类型影响，不能简单跨不同指令集比较。

4.CPU 性能指标通常包括：主频/时钟周期、CPI、指令条数、CPU执行时间、MIPS、字长、核数、Cache容量与命中率、数据通路带宽、吞吐量、响应时间等。考研计组中最常考的是主频、CPI、MIPS、CPU执行时间和字长。

5.总结：CPI 衡量“平均一条指令要几个时钟周期”;CPU 性能不能只看主频，要综合指令条数、CPI、主频和执行时间判断。主频高不一定执行时间短，CPI 小也不一定整体性能高。

易错提醒

CPI 不是时钟周期，也不是执行一条指令的时间;它是平均时钟周期数。平均 CPI 要按各类指令比例加权，不能简单取算术平均。MIPS 不能脱离指令集直接比较。主频提高但 CPI 或指令条数增加时，CPU 执行时间不一定缩短。计算 CPU 执行时间时注意主频单位 Hz 与 MHz/GHz 的换算。

今日小测

某 CPU 主频为 2GHz，程序共执行 1×10^8 条指令，平均 CPI=4，求该程序 CPU 执行时间。

答案：CPU执行时间=指令条数×CPI/主频=1×10^8×4/(2×10^9)=0.2 秒。