1.5.2　计算机宏观评价指标

计算机的宏观评价指标如下所示。

（1）响应时间：响应时间是响应服务请求所需要的总时间。在计算机中，该服务可以是从简单的磁盘I/O到加载复杂网页的任何工作单元。响应时间是三个时间的总和，即

① 服务时间：完成要求的工作所需要的时间。

② 等待时间：请求在运行之前必须等待在它前面排队的请求的时间。

③ 传输时间：将请求移动到执行工作的计算机并将响应返回给请求者需要的时间。

从该定义可知，当响应时间越短，计算机在规定的时间内可以处理的事务就会越多。给人的直观感觉就是计算机系统的处理速度快。当然，响应时间越短，可处理的事务越多，也会潜在地增加计算机系统的吞吐量。

（2）吞吐量：在计算机系统内，吞吐量是指在单位时间内完成事务/任务的数量。绝大情况下，缩短计算机的响应时间，就会增加系统吞吐量。但进一步分析发现，吞吐量和响应时间之间是相互制约的。吞吐量的增加，就意味着需要缩短相应的响应时间。对于一台计算机来说，服务时间和传输基本保持不变，缩短响应时间就意味着压缩等待时间，而吞吐量的增加，意味着等待队列中等待服务的任务变多，这样会潜在增加后续每个任务的等待时间，因此这两方面的需求是矛盾的。

（3）功耗：功耗在计算机系统评价中是个不可回避的指标。现在计算机系统中的主要功能部件（如处理器、存储器等）主要采用的是半导体集成电路，而这些集成电路都需要供电。当给计算机系统上电并工作一段时间后，这些由半导体集成电路构成的功能部件都会“发热”。例如，在使用高性能处理器的计算机系统中，需要在处理器外面加上散热片来帮助处理散热。这是因为，发热就意味着半导体集成电路的工作温度升高，这将影响半导体的工作性能和寿命。

对于半导体集成电路来说，其功耗由静态功耗和动态功耗两部分组成。

（1）静态功耗是指半导体没有发生状态翻转（没有从“0”跳变到“1”，没有从“1”跳变到“0”）时所消耗的能量，这个指标与半导体的工艺有关。采用先进的半导体工艺，减少漏电流，就可以显著减少集成电路芯片的静态功耗。

（2）动态功耗由下面的公式表示：

式中：①开关频率（fswitch）是晶体管状态（状态“1”跳变到状态“0”或者状态“0”跳变到状态“1”）切换的频率，它与驱动晶体管的时钟频率也有关；②负载电容（Cload）是连接到输出上的晶体管数量（称为扇出）和工艺的函数，该函数决定了导线和晶体管的电容。

显然，当晶体管切换速度增加的时候，动态功耗就会增加，切换速度的增加也就意味着处理器工作速度的提高。因此，两者互相制约，需要在工作速度和功耗之间找到一个最优平衡点。

此外，采用先进的半导体工艺，使得集成电路的供电电压降低，这样虽然处理器的工作速度提高很多，但是由于供电电压的降低可以部分抵消处理器工作速度提高所带来的对计算机系统动态功耗的影响。

思考与练习1-17：下面两种改进计算机系统的方式能否增加器吞吐率或减少其响应时间，或既增加其吞吐量又减少其响应时间？

（1）将计算机中的处理器更换为更高速的型号。

（2）增加多个处理器来分别处理独立的任务，如搜索网页。

思考与练习1-18：假设出现了一种新的处理器，其负载电容只有旧处理器的85%。再假设其电压可以调节，与旧处理器相比电压降低了15%，进而导致频率也降低了15%，比较新处理器和旧处理器的功耗，用两个处理器功耗的比值表示。