Архитектура ЭВМ и систем 28

1. Оценка производительности вычислительных систем. Основные требования, предъявляемые к вычислительным системам.

1) Единственный объективный параметр – время.

2) Альтернативные методики:

Время центрального процессора – CPU time. Оценка для определения производительности процессора не включает время ожидания ввода/вывода и время выполнения другой программы. Далее это время можно разделить на:

а) пользовательское время ЦП – время, потраченное процессором непосредственно на выполнение самой программы. б) системное время центрального процессора – время потраченное ОС на выполнение определенного задания.

Зависит от: а) частоты синхронизации центрального процессора. б) от среднего количества тактов на команду. в) от количества выполняемых команд.

Невозможно изменить один параметр без изменения других.

Для оценки производительности вычислительных систем используются: MIPS и MFLOPS. MIPS – миллион целочисленных команд в 1 секунду в общем случае. Один миллион операций в единицу времени. Количество команд в программе к времени выполнения программы. Чем меньше, тем лучше. Достоинство: + простота понимания.

Недостатки:

– данная единица не зависит от набора команд процессора, что существенно осложняет сравнение разных по командам машин.

– она может меняться даже на одном компьютере в зависимости от программы.

– MIPS может меняться по отношению к производительности и в противоположную сторону.

MFLOPS – миллион операций с плавающей точкой в секунду. Предназначена только для операций с плавающей точкой. Недостатки:

– наборы операций с плавающей точкой несовместимы на различных процессорах.

– рейтинг MFLOPS меняется не только на смеси целочисленных операций с плавающей точкой, но и на смеси быстрых и медленных операций с плавающей точкой.

Для исключения последнего используется нормализация операций:

Ненормализованная операция	Нормализованная операция
+, –, *	1
/,	4
exp, sin, cos	8

Позволяет получить более объективный рейтинг MFLOPS.

Для оценки производительности чаще всего используют спец. тестовые пакеты:

1) LINPACK (LAPACK) (LINear PACKage)

Состоит из тестовых программ, взятых из реальных программных систем. Чаще всего это обработка матриц размерностью 100*100 и 1000*1000. Данный тестовый пакет часто используется для оценки вычислительных систем с векторной и матричной архитектурой.

2) Тест cint – измеряет производительность процессора при обработке целых чисел и состоит из 6-ти программ, написанных на C. (Задачи на теорию цепей, интерпретатор языка, упаковка тестовых файлов, используются в качестве тестовых программ).

Набор тестов cfp – измеряет производительность процессора при обработке чисел с плавающей точкой. Состоит из 14-ти программ, причем 12 из этих программ написаны на Фортране, 2 на C (программирование метода Монте-Карло, химия, квантовая физика и так далее).

3) TPC – предназначены для оценки работы клиент-серверных архитектур и основаны на времени выполнения транзакций. Включает в себя несколько тестов.

а) TPC-A – предназначен для оценки производительности систем, работающих в среде интенсивно обновляемых баз данных. Данный тест определяет пропускную способность системы, которая определяется количеством транзакций в единицу времени.

б) TPC-B – интенсивный тест баз данных, который характеризуется следующими элементами: - значительный объем дискового ввода/вывода; - умеренное время работы систем; - целостность транзакций.

Измеряется пропускная способность системы, определяемая количеством транзакций в секунду.

в) TPC-C – моделирует прикладную задачу обработки заказов. Данный тест осуществляет тестирование основных компонентов системы. (Линии связи, дисковый ввод/вывод, терминалы).

4) AIM – тест разработан в 81 году AIM Technology. Включает две программы:

а) генератор тестовых пакетов – BenchMark Generator – представляет собой специализированную систему, которая обеспечивает одновременное выполнение множества программ.

б) нагрузочные смеси – LoadMixes – обеспечивают одновременное выполнение нескольких тестовых пакетов. Пользователь сам может формировать нагрузочные смеси исходя из свойств вычислительной системы.

Требования к вычислительным системам:

1. Отношение производительность/стоимость. 2. Надежность и отказоустойчивость.

MTBF – среднее время наработки на отказ (mean time before failure).

Надежность – свойство сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения. Повышение надежности основано на принципе предотвращения неисправности путем снижения интенсивности отказов и сбоев за счет: 1) применения электрических схем и компонентов высокой и сверхвысокой степени интеграции. 2) снижения уровня помех (использования различных экранов, грамотная трассировка печатных плат). 3) облегчения режимов работы схем (работы в номинальных режимах). 4) обеспечения тепловых режимов работы. 5) совершенствования методов сборки аппаратуры. 6) обеспечения вентиляции, защиты от влаги, пыли и т.д.

Понятие надежности включает в себя не только понятия надежности аппаратуры, но и программных средств. Надежность программных средств: ОС, прикладных программ.

Отказоустойчивость – свойство вычислительной системы, которое обеспечивает возможность продолжения действий заданных программой после возникновения неисправности. Для обеспечения отказоустойчивости требуется избыточность аппаратных и/или программных средств.

3. Масштабируемость – представляет собой возможность наращивания различных ресурсов процессора, объемов оперативной и дисковой памяти и других ресурсов. Масштабируемость должна обеспечиваться архитектурой вычислительной системы и программным обеспечением. Например: при линейном росте ресурсов – линейный рост производительности.

4. Совместимость и мобильность.

Совместимость – св-во различных по конструкции устройств, выполн-х аналогичные функции для ПО. Это возможность выполнять программы на различных ЭВМ с получением идентичных результатов. Мобильность – возможность переноса программ с одной аппаратно-программной среды на другую. Такая вычисл. среда должна:

1) позволять гибко менять состав и количество аппаратных средств и ПО в соответствии с меняющимися требованиями решаемых задач. 2) обеспечивать возможность запуска одних и тех же программных средств на различных аппаратных платформах. 3) гарантировать возможность применения одних и тех же человеко-машинных интерфейсов на всех компьютерах входящих в неоднородную сеть.