如何避免PC硬件选择和分析中的I/O瓶颈？

Question

我知道数据传输率和 CPU 缓存中保存的内存量可以决定 PC 的工作速度。可能还有很多其他因素会影响系统的性能。

为了我自己和很多其他人，我们在构建计算机系统时需要了解哪些信息才能避免瓶颈？我对硬件不是很熟悉，所以请多多包涵。我的目标是了解系统最有可能出现瓶颈的领域是什么，以及我如何分析系统规范以了解是否可能存在会不必要地减慢速度的瓶颈。

1. 处理器 MHz 与 RAM MHz？
2. 处理器 MT/s 与主板 MT/s？
3. 数据线传输宽度16位？
4. 硬盘传输速率 Gb/s 与 RAM 一次性接受的内存量？
5. 还要别的吗？

Answer 1

主要取自维基百科 - 内存层次结构和我自己的经验：

不可避免的是，内存层次越低，数据传输速率就越慢。因此“匹配”数据传输速率将是不可能的。但是，为了获得最佳性能，您需要确保必须更频繁地更改或访问的数据保存在金字塔的“更高层”中。例如，如果您每秒访问一条数据 12 次，您绝对不希望该数据位于金字塔的底部，即磁带备份级别！您至少希望它处于硬盘驱动器级别，尽管我个人认为它属于 RAM。

最佳性能设计（软件、服务、系统等）旨在考虑内存层次结构的限制和现实。换句话说，如果你运行的软件和你传输的数据的要求是这样设计的，即最大和最少使用的数据存储在内存层次结构的较低阶段，最小和最常用的数据存储在内存层次结构的最高阶段，您将体验到“良好的性能”。

这有很多可能的实现方式：

1. 非常频繁地访问大量数据的程序，例如图形设备驱动程序，需要不断地读写像素数据。该像素数据每秒至少在屏幕上显示 60 次。对于如此频繁的使用，这些数据几乎总是驻留在 RAM 级别或处理器缓存级别，速度非常快，但存储量非常有限。

2. 允许您处理大量来来去去的数据的程序（例如文字处理器）需要稍微频繁地存储适量的数据。例如，当您在 Web 浏览器中键入 Word 文档或帖子时，立即将每个字符存储到硬盘或磁带会非常慢，因此它们会存储在 RAM 中，直到您保存文件。有许多程序和操作系统子系统将数据“缓存”在 RAM 中，这意味着它们会在短时间内将数据临时存储在 RAM 或处理器缓存中，直到您决定丢弃数据或将其永久保存到磁盘中。

3. 存储大文件（例如音乐和视频集）的用户需要明智地管理这些数据。当您归档数据以进行长期存储时，您可能会将其备份到 DVD、蓝光光盘，甚至是磁带——但由于需要对磁带和光盘进行物理设置，这些媒体并不适合快速检索，并且由于相对较慢的读写性能（刻录光盘需要几分钟）。因此，理想的情况是您将需要/想要最常访问的大部分媒体存储在硬盘驱动器上。然后在解码和实时回放时将其临时复制到内存中。因此，当您从“周围”（存档在 DVD 上）到“可立即访问”（在硬盘上），再到“当前播放”（在 RAM 中）时，它会沿着金字塔向上移动。