計算機數(shù)據(jù)處理的運算速度影響因素探討

呂睿

（鄭州輕工業(yè)學院 民族職業(yè)學院，河南 鄭州 450000）

當前大部分家庭與辦公室所使用的計算機并非傳統(tǒng)概念的計算機，其主要的作用不是進行龐大的數(shù)據(jù)計算，而是為了滿足人們的娛樂休閑以及普通辦公的需求[1]。計算機的基礎工作是數(shù)據(jù)處理，由數(shù)據(jù)處理工作元加以實現(xiàn)，只有在充分了解計算機的基本構件的基礎上才能對其數(shù)據(jù)處理運算速度的影響因素加以明確，進而以提高計算機的運算速度。

1 計算機數(shù)據(jù)處理的基本概念分析

早期的計算機其主要的功能就是進行數(shù)據(jù)運算，以代替人工計算，提高計算的精確性與工作效率，計算機的數(shù)據(jù)運算工是基于門電路特性，通過數(shù)學模型與邏輯計算理念，編寫固定的計算軟件繼而輸入計算機的程序當中，通過門電路與邏輯計算理念實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速運算，然而早期的計算機數(shù)據(jù)運算僅表示數(shù)據(jù)處理能力，并不包括運算速度的概念。計算機的數(shù)據(jù)處理的基本流程如圖1所示。

1.1 宏觀定義

圖1 計算機的數(shù)據(jù)處理的基本流程示意圖Fig.1 Diagram of a computer data processing of the basic flow diagram

鑒于計算機的數(shù)據(jù)運算需要在電路邏輯計算的基礎上完成，在運算的過程當中中央處理器（CPU）會發(fā)熱，因此中央處理器需要具備較強的散熱功能[2]。一般而言，運算速度越快的計算機，其體積也更大，如我國自主研發(fā)的“銀河二號“超級計算機，其運算速度為11億次/s，其體積非常龐大，其中主要有兩個原因，一是內(nèi)部元件非常多，且分布復雜，二是兼顧計算機的散熱功能。當前大部分家庭所使用的都是微型計算機，整體的數(shù)據(jù)運算能力并不高，數(shù)據(jù)處理需要通過其他的方式實現(xiàn)。如：當計算機執(zhí)行數(shù)據(jù)處理指令的時候，主要的參與元件是電子門電路，圖像的數(shù)據(jù)運算則由中央處理器完成。在微型計算機的數(shù)學模型當中僅有“0”與“1”的二進制數(shù)據(jù)，無法識別其余的數(shù)據(jù)形式。但是宏觀的數(shù)據(jù)處理并不僅僅局限于二進制數(shù)據(jù)，因此計算機的數(shù)據(jù)處理既包括數(shù)據(jù)計算，也包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

1.2 數(shù)據(jù)處理特征

計算機執(zhí)行數(shù)據(jù)處理指令的過程是比較復雜的，經(jīng)中央處理器發(fā)出數(shù)據(jù)處理指令，隨后針對硬盤內(nèi)的數(shù)據(jù)進行初步解碼與深入分析，將其轉(zhuǎn)換為計算機可識別的二進制數(shù)據(jù)，將其緩存進計算機的內(nèi)存（ram）[3]。經(jīng)中央處理器對數(shù)據(jù)進行合理的調(diào)用，針對數(shù)據(jù)進行再次的提取，可提取到二次緩存以及三級緩存，上述為完整的計算機數(shù)據(jù)處理程序。為了使計算機的數(shù)據(jù)處理更為流暢，需要設置緩存，減輕中央處理器的負荷，緩解發(fā)熱的情況，整體而言，計算機的數(shù)據(jù)處理存在三大特征，具體如下：

1）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。計算機在實際的工作過程當中，僅能識別二進制的數(shù)據(jù)，因此需要將全部的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為二進制數(shù)據(jù)[4]。如：用戶在觀看視屏的時候，需要解碼器輔助完成，解碼器實際上就是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)媒介，數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn)換后可進行下一程序的操作。

2）緩存調(diào)用。通俗意義上的數(shù)據(jù)緩存，即是將數(shù)據(jù)先行存儲另一個元件當中，隨后調(diào)至中央處理器進行數(shù)據(jù)處理。為了使計算機的數(shù)據(jù)處理保持高度的流暢，必須要設置緩存空間，無論是硬盤內(nèi)的數(shù)據(jù)還是遠程傳輸而來的數(shù)據(jù)均可進入緩存空間，經(jīng)中央處理器可調(diào)至二次緩存以及三級緩存當中。

3）二進制數(shù)據(jù)。普通的計算機只能完成單一的模式，即是“0”與“1”的二進制數(shù)據(jù)，而無法識別其余的數(shù)據(jù)形式，這與計算的電子門電路有關，鑒于此，計算機在執(zhí)行數(shù)據(jù)處理指令的時候，都需要將操作數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)據(jù)，以保證數(shù)據(jù)處理的正常實現(xiàn)。

2 計算機數(shù)據(jù)處理的運算速度影響因素剖析

通過上文，我們已初步了解計算機數(shù)據(jù)處理的基本的流程與相關的特征，對于分析計算機的數(shù)據(jù)處理影響因素便有了可依靠的技術原理。當計算機執(zhí)行數(shù)據(jù)處理指令的時候，其所存在的數(shù)個必要的流程往往會對計算機的數(shù)據(jù)處理運算速度造成影響，這也是計算機數(shù)據(jù)處理的運算速度的主要影響因素，具體分析如下。

2.1 中央處理器方面

中央處理器（CPU）是計算機的核心元件，如圖2所示，通常采用主頻作為衡量中央處理器運算速度的重要標準。所謂的“主頻”，即是頻率單位，可理解為中央處理器1 s之內(nèi)的運算次數(shù)，中央處理器運算速度與主頻成正比例關系，主頻越高，中央處理器的運算速度就越快，反之亦然[5]。除此之外，鑒于中央處理器在正常的使用過程當中會出現(xiàn)機械性的老化，會拖慢其運算速度，因此必須要設置緩存區(qū)，緩存區(qū)的位置通常選取在中央處理器與內(nèi)存之間，進行緩存方面的設計能夠顯著加快計算機數(shù)據(jù)處理的運算速度，提高計算機的使用性能，以滿足用戶更高的使用要求。

2.2 計算機內(nèi)存方面

圖2 中央處理器Fig.2 The central processor

一般而言，計算機都有內(nèi)存設置，其根本的目的是為中央處理器（CPU）創(chuàng)造理想的緩存過程與空間，以提高計算機數(shù)據(jù)處理的整體運算速度。用戶在使用計算機的過程當中，如果計算機本身不存在內(nèi)存，會導致計算機的操作系統(tǒng)無法打開，或者是整個的運行速度非常慢，出現(xiàn)明顯的卡頓現(xiàn)象，影響用戶的使用感覺，數(shù)據(jù)處理的運算速度過慢，計算機的操作便不流暢，降低了計算機的使用性能。另外，如果計算機本身沒有內(nèi)存，中央處理器（CPU）將承擔全部的數(shù)據(jù)處理任務，增加了其運行的負擔，在長時間的運行過程當中，中央處理器的溫度會發(fā)生明顯的升高，如果無法得到及時的降溫與散熱處理，容易對中央處理器造成損壞，為用戶帶來經(jīng)濟損失，雖然當前大部分生產(chǎn)廠家在計算機內(nèi)部加裝了溫度感應器，當溫度產(chǎn)出正常范圍的時候，計算機將無法開啟，這是一種保護中央處理器的有效措施，然而如果計算機沒有內(nèi)存或者是內(nèi)存過小對數(shù)據(jù)處理的運算速度造成負面的影響卻是不爭的事實。

通常認為計算機的內(nèi)存越高，數(shù)據(jù)的緩存空間就越大，中央處理器（CPU）的運行負荷便會減輕，計算機的運行速度也會隨之加快。鑒于此，為了提升計算機數(shù)據(jù)處理的運算速度，必須要采取相應的解決措施，具體如下：

1）提高計算機的內(nèi)存。以往的計算機內(nèi)存多為512M的，隨著計算機技術的進步逐漸升級到2G，為了提高計算機的數(shù)據(jù)處理的整體運算速度，可針對計算機的內(nèi)存進行全面的升級，如擴展到4G甚至以上，計算的數(shù)據(jù)處理就會比較流暢，運算速度也會隨著得到提升。

2）調(diào)整計算機的內(nèi)存制式。計算機的內(nèi)存制式與數(shù)據(jù)處理的運算速度有著必然的聯(lián)系，可將二級緩存升級為三級緩存，以增加數(shù)據(jù)的緩存空間，進而提升計算機數(shù)據(jù)處理的運算速度。

3）計算機在運行的過程當中往往會產(chǎn)生部分的垃圾文件，如果垃圾文件在長時間無法得到清除，占用了計算機的內(nèi)存，也會拖慢其數(shù)據(jù)處理的運算速度。對此，計算機開發(fā)人員可編制相關的簡易教程，指導用戶在使用的過程當中自行清除垃圾文件，以恢復計算機的內(nèi)存空間，增強計算機的數(shù)據(jù)處理能力。

2.3 計算機硬盤方面

與中央處理器（CPU）、內(nèi)存相比較，硬盤對于計算機數(shù)據(jù)處理的運算速度的影響并不大，影響的程度比較低。然而，不同的硬盤，其數(shù)據(jù)的讀取速率也不同，中央處理器（CPU）與內(nèi)存對計算機數(shù)據(jù)處理的運算速度為直接影響，而硬盤則為間接影響，短時間的使用過程之內(nèi)，硬盤的讀取速率對計算機數(shù)據(jù)處理的運算速度的影響不明顯，用戶難以察覺得到，而如果是長時間的使用，其中的負面影響就會被無限放大。

我們一般以轉(zhuǎn)速作為判定硬盤質(zhì)量的首要標準，當前大部分家庭與普通辦公室所使用的計算機，其轉(zhuǎn)速多為5400R以及7200R，硬盤的轉(zhuǎn)速與讀取速率成正比例關系，轉(zhuǎn)速越高，讀取速率越大，數(shù)據(jù)處理的運算速度也就越快，反之亦然。一般而言，硬盤閃存的讀取速率越高，其轉(zhuǎn)換的速率也就越快，閃存不足的主要原因是固態(tài)的硬盤空間往往要比內(nèi)存空間大一些[6]。經(jīng)分析，對計算機數(shù)據(jù)處理的運算速度造成影響的因素主要包括中央處理器（CPU）、內(nèi)存、硬盤方面，其中中央處理器（CPU）對計算機數(shù)據(jù)處理的運算速度的影響是最大的，其次是內(nèi)存方面，影響最小的是硬盤方面。整體而言，內(nèi)存越大并不直接代表計算機數(shù)據(jù)處理的運算速度，需要與中央處理器相匹配，計算機數(shù)據(jù)處理的運算速度才能達到最理想的水平。

3 結(jié)束語

綜上所述，影響計算機數(shù)據(jù)處理運算速度的因素是多方面的，數(shù)據(jù)處理是計算機操作的基礎步驟，與計算機的使用性能直接相關，全部的計算機指令均是通過數(shù)據(jù)處理而實現(xiàn)的，只有在明確計算機基礎設備的前提下才能對其中的影響因素進行明確并加以解決。文章基于計算機數(shù)據(jù)處理的宏觀定義，闡述了計算機數(shù)據(jù)處理運算速度的各種方式，就計算機的操作模式進行了深層次的明確，在綜合計算機全部運算元素的同時，提出了幾點意見，以期促進計算機數(shù)據(jù)處理的運算速度的發(fā)展。

[1]王佳凡.計算機數(shù)據(jù)處理的運算速度影響因素分析[J].電子技術與軟件工程，2014（9）:176-177.WANG Jia-fan.Computer data processing speed in the influence factors analysis[J].Journal of Electronic Technology and Software Engineering，2014（9）:176-177.

[2]陸軍.基于組合學的數(shù)據(jù)編碼方法研究[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學，2010.

[3]自動化技術、計算機技術[J].中國無線電電子學文摘，2010（3）:167-243.Automation technology，computer technology[J].China radio Electronics Abstract，2010（3）:167-243.

[4]自動化技術、計算機技術[J].中國無線電電子學文摘，2009（3）:162-245.Automation technology，computer technology[J].China radio Electronics Abstract，2009（3）:162-245.

[5]歐陽山.三值光學處理器控制電路設計和實現(xiàn)[D].上海：上海大學，2012.

[6]自動化技術、計算機技術[J].中國無線電電子學文摘，2011（2）:166-241.Automation technology，computer technology[J].China radio Electronics Abstract，2011（2）:166-241.

[6]自動化技術、計算機技術[J].中國無線電電子學文摘，2011（6）:163-242.Automation technology，computer technology[J].China Radio Electronics Abstract，2011（6）:163-242.