1.1.5Производительность эвм

Основа для сравнения ЭВМ различных типов – это производительность ЭВМ, то есть время, которое затрачивает ЭВМ на выполнение некоторого объёма работы.

Самую точную практическую оценку производительности конкретной ЭВМ можно получить лишь из времени работы реальной программы, для выполнения которой предназначена данная ЭВМ.

Однако поскольку ЭВМ используются, как правило, для решения различных задач, то существуют различные способы, с помощью которых можно оценить возможности ЭВМ.

В качестве теоретической оценки производительности используется число CPI, которое измеряется как среднее число тактов, приходящихся на одну машинную команду. Так как для разных команд требуется разное число тактов, то данная оценка относится к некоторой средней машинной команде.

Другой простой (и самой неточной) характеристикой производительности является число MIPS [Million Instructions Per Second], равное числу миллионов команд, выполняемых процессором за секунду. В общем случае MIPS определяется как отношение количества команд в программе ко времени её выполнения:

,

где - время такта, [микросек].

Пример

Рассмотрим ЭВМ RS/6000 фирмы IBM, которая состоит из четырёх параллельных устройств, одно из которых обеспечивает выполнение двух команд за такт, остальные выполняют одну команду за такт. Следовательно, в идеале эта ЭВМ будет выполнять за такт 5 команд, то есть CPI = 0,2. Тактовая частота составляет 30 МГц. Тогда

MIPS = 1 / (0,2 * 0,0333) = 150,15.



Большее число MIPS на практике не означает более высокой производительности ЭВМ. Это число, вообще говоря, может меняться при выполнении разных программ даже на одной ЭВМ. Операции с плавающей точкой состоят из нескольких десятков обычных целочисленных операций, поэтому если ЭВМ с низким числом MIPS имеет более эффективную реализацию плавающей арифметики, то такая ЭВМ может быть более производительной, чем ЭВМ с высоким числом MIPS.

Для оценки производительности ЭВМ, предназначенных для решения научно-технических задач, в которых существенно используется плавающая арифметика, применяется оценка по числу MFLOPS [Million Floating Point Operations Per Second], равному числу миллионов плавающих операций, выполняемых за секунду. Эта оценка гораздо более точна, чем оценка по MIPS, но справедлива только для оценки возможностей ЭВМ при работе с плавающими числами.

Пример

Производительность современных суперЭВМ достигает десятков GFLOPS. Производительность ПЭВМ имеет порядок десятков MFLOPS.



Другие способы оценки производительности основаны на использовании специально подобранных тестовых задач. Наиболее известными и употребительными являются тесты SpecInt и SpecFp. Эти тесты предложены в 1988 г. организацией SPEC (Systems Performance Evaluation Cooperative), и представляют собой набор из 14-тестов для проверки быстродействия процессора. Быстродействие ЭВМ определяется числом SPECmark. За единицу приняты характеристики ранее широко распространённой ЭВМ VAX11/780. В других единицах производительность этой ЭВМ приблизительно оценивается в 1 MIPS. Поэтому можно сказать, что 1 SPECmark равен 1 MIPS. Тест SpecInt даёт оценку производительности на целочисленных операциях, а тест SpecFp на операциях с вещественными числами. Другой широко известный набор тестов - LINPACK служит для оценки эффективности процессора при обработке больших потоков вещественных чисел. Основу теста составляют программы из библиотеки, созданной на языке Fortran в 1976 г. для решения задач линейной алгебры. Результат измеряется в MFLOPS.