4. Баланс пространственных (аппаратных) и временных (программных, микропрограммных) характеристик

Для достижения приемлемого соотношения характеристик системы используется баланс различных способов реализации требуемых ее функций:

Баланс между программной и аппаратной реализацией (e.g., обработка сигналов, ассоциативный доступ, определение параллелизма на уровне команд, RISC vs CISC )

Баланс между схемной и микропрограммной реализацией (семейства совместимых ЭВМ, микроконтроллеры и схемное управление)

Компромисс между последовательным и параллельным исполнением

обработка: ускоренные методы выполнения операций, многоблочные исполнительные подсистемы,

хранение: многоблочная оперативная память, RAID-массивы;

управление: конвейерная обработка, неупорядоченное исполнение;

передача: интерфейсы жестких дисков, оперативной памяти, PCI-Express.

Баланс между различными типами функций, их локализацией и структурой системы (например, ePOP, файл-сервер vs SQL-сервер, табличная реализация преобразований, “тонкий” клиент и “толстый” клиент etc.)

5. Виртуализация функций и структур

Поддержка одновременной работы различных ОС, эмуляция ОС

Эмуляция аппаратных средств

Система виртуальной памяти

Переименование регистров

1.2.2. Методы оценки производительности ЭВМ

Методы оценки производительности ЭВМ разделяются на экспериментальные и теоретические. Первые используют тестовые и измерительные программы, вторые – математические модели с применением аналитических и численных методов, а также статистического моделирования.

Обе группы методов, как правило, предназначены для получения оценок временных характеристик и производительности ЭВМ, а также изучения влияния на эти характеристики различных параметров ЭВМ.

Экспериментальные методы оценки

Экспериментальные методы широко используются для оценки производительности ЭВМ. Суть их сводится к измерению той или иной характеристики действующей ЭВМ при выполнении на ней какой-либо работы (решении задачи или набора задач). Данные методы позволяют получить непосредственные значения интересующих величин с относительно малыми затратами, так как время измерения обычно невелико.

Процесс вычислений на ЭВМ имеет стохастический характер, и точность полученных оценок определяется соответствием выполняемой при измерениях вычислительной работы реальной нагрузке ЭВМ и количеством прогонов выполняемой задачи или теста, по которому производится усреднение оценки.

Как правило, сравнение различных аппаратных конфигураций (системы памяти, ЭВМ в целом) можно корректно производить только в рамках одной и той же программы. Это вызвано тем, что даже при определении абсолютных значений характеристик эти значения для различных программ, как правило, не совпадают, иногда существенно, что связано с различными способами измерения одних и тех же параметров в разных программах.

Теоретические методы оценки

В тех случаях, когда экспериментальные методы оценки характеристик ЭВМ не дают необходимых результатов либо не могут быть использованы по какой-нибудь причине, например на этапе разработки архитектуры ЭВМ, применяют различные теоретические методы. Поскольку процесс функционирования ЭВМ имеет псевдостохастический характер, то и модели, используемые для оценки их характеристик, в основном вероятностные.

Одними из наиболее часто используемых моделей являются модели теории массового обслуживания (в англоязычной литературе – теории очередей). Ключевыми понятиями, используемыми в этих моделях, являются поток запросов на обслуживание (заявок) и обслуживающий прибор.

При представлении ЭВМ в виде системы массового обслуживания (СМО) процессору, отдельным ЗУ, контроллерам памяти и различных устройств, а при необходимости и трактам передачи (шинам) сопоставляются обслуживающие приборы, а командам процессора, обращениям к ЗУ, контроллерам, заявкам на циклы передачи по шинам – запросы на обслуживание.

Поток запросов на обслуживание характеризуется интенсивностью обращений , являющейся обратной величиной к математическому ожиданию интервала времени t_r между поступлением соседних запросов, который представляет собой случайную величину с заданным законом распределения.

Процесс обслуживания запросов в обслуживающем приборе также считается случайным и характеризуется законом распределения времени обслуживания t_s и его математическим ожиданием , обратную величину к которому называют средним темпом (интенсивностью) обслуживания и обозначают .

Получение аналитических решений часто сопряжено с математическими трудностями и выполнимо лишь с принятием упрощающих предположений. Если упрощения неадекватно отображают протекание процессов в системе, используют более близкие к реальной ситуации потоки обращений к устройствам и законы распределения времени обслуживания. Обычно в этих случаях приходится использовать численные методы или методы статистического моделирования.

Одним из наиболее значимых для практики результатов, полученных с помощью таких моделей, можно считать то, что при загрузках системы (обозначаемых через  = /) более 0,8 – 0,85 в ней имеет место резкий рост задержек. Поэтому, разрабатывая системы, следует стараться обеспечить резерв пропускной способности входящих в нее трактов передачи и устройств.

1.2.3. Оценка эффективности ЭВМ

Под эффективностью обычно понимается соотношение между затратами и достигаемым эффектом. Поскольку ЭВМ – это некоторый инструмент, то возможны два основных варианта трактовки эффективности: эффективность инструмента как такового и эффективность использования этого инструмента в некоторой вышестоящей системе.

Рассмотрение эффективности ЭВМ как таковой говорит и о потенциальной эффективности ЭВМ для пользователя в общем случае.

Отдельными показателями технической эффективности ЭВМ могут служить функциональная эффективность, энергетическая эффективность и эксплуатационная эффективность.

Можно сформулировать интегральный критерий технической эффективности ЭВМ, учитывающий различные ее показатели: производительность, объемы хранимой информации, надежность, габариты, вес и др. А соответствующими коэффициентами в этом критерии можно учесть вес (значимость) того или иного параметра для общей оценки эффективности ЭВМ применительно к анализируемой ситуации.

При второй трактовке эффективность ЭВМ определяют сопоставлением результатов от функционирования ЭВМ и затрат всех видов ресурсов. Хотя оценить долю результатов вышестоящей системы, приходящихся непосредственно на ЭВМ, может оказаться не так просто.

В общем случае также можно сформулировать интегральный критерий эффективности, учитывающий и различные частные показатели ЭВМ, и результаты функционирования включающей ее системы.