在计算机组成原理乃至体系结构中，“性能”都是最重要的一个主题。学习和研究计算机组成原理，就是在理解计算机是怎么运作的，以及为什么要这么运作，而为什么要这么运作，很大程度上就是在提升计算机的运行性能。

计算机的性能指标主要包括以下几个：

对于衡量计算机的性能，我们需要有个标准，这个标准中主要有两个指标。

所以说响应时间指的就是执行一个程序，到底需要花多少时间。花的时间越少，自然性能就越好。而吞吐率是指在一定的时间范围内，到底能处理多少事情。这里的“事情”，在计算机里就是处理的数据或者执行的程序指令。

虽然时间是一个很自然的用来衡量性能的指标，但是用时间来衡量会有两个问题。

第一个就是时间不“准”。

在同一台计算机上，CPU既可能满载运行也可能降频运行，降频运行的时候自然花的时间会多一些。除了CPU之外，时间这个性能指标还会受到主板、内存这些其他相关硬件的影响。所以，我们需要对“时间”这个我们可以感知的指标进行拆解，把程序的CPU执行时间变成 CPU时钟周期数和时钟周期时间的乘积。 程 序 的 C P U 执 行 时 间 = C P U 时 钟 周 期 数 × 时 钟 周 期 时 间 程序的CPU执行时间=CPU时钟周期数×时钟周期时间 程序的CPU执行时间=CPU时钟周期数×时钟周期时间

最简单的提升性能方案就是缩短CPU的时钟周期时间，也就是提升主频。

换句话说，就是换一块好一点的CPU。不过，这个是软件工程师控制不了的事情，所以我们自然想到了上面乘法式子里的另一个因子——CPU时钟周期数上。如果能够减少程序需要的CPU时钟周期数量，一样能够提升程序性能。

对于CPU时钟周期数，我们可以再做一个分解，把它变成: 指 令 数 × 每 条 指 令 的 平 均 时 钟 周 期 数 （ C y c l e s P e r I n s t r u c t i o n ， 简 称 C P I ） 指令数×每条指令的平均时钟周期数（Cycles Per Instruction，简称CPI） 指令数×每条指令的平均时钟周期数（CyclesPerInstruction，简称CPI） 不同的指令需要的周期数是不同的，加法和乘法都对应着一条CPU指令，但是乘法需要的CPU时钟周期数就比加法要多，自然也就慢。在这样拆分了之后，我们的程序的CPU执行时间就可以变成这样三个部分的乘积： 程 序 的 C P U 执 行 时 间 = 指 令 数 × C P I × 时 钟 周 期 时 间 程序的CPU执行时间=指令数×CPI×时钟周期时间 程序的CPU执行时间=指令数×CPI×时钟周期时间 因此，如果我们想要解决性能问题，其实就是要优化以下这三点：

我们可以把自己想象成一个CPU，坐在那里写程序。计算机主频就好像是你的打字速度，打字越快，你自然可以多写一点程序。CPI相当于你在写程序的时候，熟悉各种快捷键，越是打同样的内容，需要敲击键盘的次数就越少。指令数相当于你的程序设计得够合理，同样的程序要写的代码行数就少。如果三者皆能实现，你自然可以很快地写出一个优秀的程序，你的“性能”从外面来看就是好的。

以下是几个衡量计算机运算速度的指标:

Refer to: 周伟：2020版计算机组成原理高分笔记 徐文浩：深入浅出计算机组成原理