1.5. Основные характеристики вычислительных машин и систем

Общетехническими показателями ВМ и ВС являются стоимость, производительность и надежность. Основными показателями, влияющими на архитектуру боль­шинства ВМ и ВС, являются стоимость и производительность. Рас­смотрим содержание этих понятий и методы их численной оценки.

1.5.1 Стоимость и цена аппаратного обеспечения

Стоимость определяется большим числом факторов, точный учет которых весьма затруднителен. Существенно, что все эти фак­торы (элементная база, технология изготовления печатных плат, технология и инструментальные средства проектирования) нахо­дятся в состоянии непрерывного развития. Соответственно абсо­лютные значения отдельных составляющих стоимости также ди­намично изменяются. Но с учетом взаимного влияния рассматри­ваемых факторов в ходе технического прогресса относительные показатели (доли отдельных составляющих) весьма устойчивы. Они и используются для оценок.

Стоимость определяет часть цены. При определении цены учи­тываются дополнительно затраты на научно-исследовательские работы (НИР), маркетинг, отчисления на прибыль. Используя приведенные данные и узнав стоимость комплекту­ющих элементов на текущий момент времени, можно оценить стоимость ВМ.

1.5.2. Производительность вычислительных машин и систем

Важнейшими характеристиками ЭВМ являются быстродействие и производительность. Эти характеристики тесно связаны. Быстродействие характеризуется числом команд, выполняемых ЭВМ за одну секунду. Быстродействие можно вычислить как

B = 1/ t_K,

где t_K – время выполнения одной машинной команды. Однако процессор ЭВМ выполняет множество различных команд, время выполнения которых значительно отличается друг от друга. Поэтому быстродействие оценивается обычно по времени выполнения самой короткой команды.

Команды в процессоре выполняются по тактам, причём длительность такта t_T зависит от частоты тактового генератора f_T и определяется по формуле

t_T = 1/ f_T.

Если считать, что на выполнение машинной команды затрачивается w машинных тактов, то быстродействие можно определить как

B = f_T / w. (1)

Формула (1) является основной для вычисления быстродействия.

Одной из единиц измерения быстродействия была и остается величина, измеряемая в MIPS (Million Instructions Per Second - миллион операций в секунду). В качестве операций здесь обычно рассматриваются наиболее короткие операции типа сложения.

При решении научно-технических задач в программах превалируют операции с плавающей точкой, поэтому в этом случае используется характеристика быстродействия, выраженная в MFLOPS (Million Floating Point Operations Per Second - миллион операций с плавающей запятой в секунду).

Производительность - это число эталонных программ, выполняемых ЭВМ в единицу времени [16].

P=1/T,

где T- время выполнения эталонной программы, которое можно вычислить по формуле

,

где m_i- число команд i-го типа с временем выполнения t_i, h- число типов команд в эталонной программе. Тогда

.

Таким образом, производительность зависит от характера эталонной программы, т.е. сколько в ней команд различного типа: сложения, умножения, логических операций и др., имеющих разное время выполнения.

В настоящее время применяется характеристика эффективности Е, удобная при сравнении разных ЭВМ. Наиболее употребительное называние этой характеристики - “стоимость-производительность”

E = S / P,

где S- стоимость ЭВМ.

Поскольку нет единой меры (единиц) для измерения вычислительной рабо­ты, отсутствует общепринятая методика оценки производитель­ности.

Для более точных комплексных оценок существуют тестовые наборы, которые можно разделить на три группы:

- наборы тестов фирм-изготовителей для оценивания качества собственных изделий (например, компания Intel для своих микропроцессоров ввела показатель iCOMP - Intel Comparative Microprocessor Performance);

- стандартные универсальные тесты для ЭВМ, предназначенных для крупномасштабных вычислений (например, пакет математических задач Linpack, по которому ведется список ТОР 500, включающий 500 самых производительных компьютерных установок в мире);

-специализированные тесты для конкретных областей применения компьютеров (например, для тестирования ПК по критериям офисной группы приложений используется тест Winstone 97-Business, для группы «домашних компьютеров» — WinBench 97-CPUMark 32, а для группы ПК для профессиональной работы — 3D WinBench 97-UserScene).