计算 MIPS 时如何去除 Hz?

How do you get rid of Hz when calculating MIPS?

我正在学习计算机结构。 我有一个关于 MIPS 的问题,MIPS 是计算 CPU 执行时间的一种方法。

MIPS公式如下

如果时钟频率为 4 GHz,CPI 为 1。 我认为 MIPS 是 4,000hz。

因为它是 4 * 10^9 * Hz / 1 * 10^6.

不知道留赫兹单位对不对

Hz 为 1/s。 MIPS 实际上是“mega instruction / s”。需要明确的是,“Per”是除法的斜杠:Mega Instructions / Second

4GHz 是 4G s⁻¹。将每条指令除以 1 个周期...但是 cycle 是周期,它是频率的倒数。

它不是 4000Hz MIPS,因为 MIPS 的意思是“每秒”。你写了 40 亿条指令 1/s 1/s.

你吃赫兹是因为它是你用来标记它的名字的一部分。

对于任何数量,知道它的单位很重要。除了比例因子(例如秒差距比埃长很多倍),单位有 维度 ,这是基本的(至少对于像时间这样的物理量来说;当你计算抽象的东西时它会变得不那么明显)。

这些示例单位都是长度单位,因此它们具有相同的尺寸;添加或减去两个长度在物理上是有意义的,或者如果我们将它们相除然后长度抵消并且我们有一个纯比率。 (显然我们必须注意比例因子,因为 1 秒差距 / 1 埃不是 1,而是 3.0856776e+26。)事实上 为什么 我们可以说秒差距比埃长,但我们不能说它比秒长。 (它比一光秒还长,但这并不是唯一可以将时间和距离联系起来的速度。)

1 m/s 与 1 kg 或无量纲 1 不同。


时间(秒)是一个维度,我们可以把instructions-executed看成另一个维度。 (我将其称为 I,因为它没有标准的 SI 单位,AFAIK,并且有人可能会争辩说它不是真正的物理尺寸。这并不能阻止这种尺寸分析的用处,不过。)

(基于计数的标准单位的示例是 mole in chemistry,粒子计数。它是 SI 基本单位。)

时钟周期的计数可以视为另一个维度,在这种情况下,时钟频率是周期/秒,而不仅仅是 s-1。 (秒,s,是基本的 SI 时间单位。)如果我们想确保我们在两侧都正确地抵消了它,这是一种有用的方法,尤其是当我们有cycles/instruction (CPI) 这样的数量。因此循环时间为 s/c,每个循环秒数。

Hz 的维度为 s-1,因此如果每秒 某事 我们不应该使用 Hz,如果 something 不是无量纲的。 (时钟频率通常以赫兹为单位给出,因为“周期”在物理学中不是一个真正的单位。这是我们引入的东西,以确保一切都正确取消)。

MIPS 的维度为 instructions / time (I / s),因此影响它的因素必须抵消任何周期数。 我们是不称它为 Hz,因为我们将“指令”视为一个实际单位,因此 4000 MIPS 而不是 4000 MHz。 (MIPS 本身就是一个单位,所以它绝对不是 4000 Hz MIPS;如果以这种方式组合单位有意义,那将是 I/s2 的维度加速度不是速度。)。

从你的公式列表中,省略了 10^6 的因数(这是 MIPS 中的 M,只是每秒指令前面的度量前缀,I/s

  • instructions / total time 显然不需要任何取消就可以工作。

  • I / (c * s / c) = I / s 取消分母中的循环后

  • (I * c/s) / (I * c/I)取消分母中的指令:
    (I * c/s) / c 取消循环:
    (I * 1/s) / 1 = I/s

  • (c/s) / (c/I) 取消周期:
    (1/s) / (1/I) 应用 1/(1/I) = I 倒数的倒数
    (1/s) * I = I / s

所有这些都具有指令/秒 的维度,即 I/S 或 IPS。比例因子为 106,即 MIPS。


顺便说一句,这叫做“量纲分析”,在物理学(和其他科学)中,它是一个方便的工具来查看公式是否合理,因为双方都必须有相同的尺寸。

例如如果你想记住加速物体的位置(或移动距离)是如何工作的,d = 1/2 * a * t^2 是有效的,因为加速度是 distance / time / time(例如 m/s^2),并且是时间平方的取消 s^-2 只留下距离。如果你记错了像 1/2 a^2 * t 这样的东西,你可以立即看出那是错误的,因为你的维度是 m / s^4 * s = m / s^3,这不是距离单位。

(1/2 的因数不是您可以通过量纲分析来检查的;您只能通过进行完整的数学运算(例如求导数或积分,或对速度与时间的线性图进行几何论证。)