Методическое пособие 665

4. Уточните информацию о компонентах и дополните таблицу, например, из рис. 5 следует:

Задание 2. Оцените интегральную производительность системы.

Существует общая оценка эффективности работы всех систем персонального компьютера – индекс производительности, который оценивается модулем ОС (рис. 6). Оценка определяется количеством баллов, которые присваивают отдельным компонентам ПК. Для Windows 7 оценочные баллы варьируются от 7.9 до 1.0.

Рис. 6. Общая оценка производительности

Результаты занесите в табл. 2.

Таблица 2

Результаты оценки производительности

Минимальная оценка

Максимальная оценка

Средняя оценка*

Среднее геометрическое оценки

*) рассчитайте среднее значение представленных оценок, как сумму значений на их количество и среднее геометрическое, как корень N-й степени из произведения N-оценок.

10

Задание 3. Разделите устройства, входящие в состав рассматриваемого ПК по категориям, представленным в табл. 3.

Таблица 3

Основные виды внешних устройств

Диалоговые средства пользователя

Средства хранения информации

Средства связи и телекоммуникации

Средства мультимедиа

Устройства ввода информации

Устройства вывода

Обратите внимание, что одно и то же устройство может находиться в различных категориях.

Укажите место подключения этих устройств на рис. 7.

Рис. 7. Разъемы для подключения периферийных устройств

11

1.3.Виды и материалы контроля выполнения работы

По результатам выполнения работы должен быть под-

готовлен отчет, содержащий:

– таблицу характеристик и моделей компонентов (табл. 1), содержащую все компоненты анализируемого ПК и скриншот рабочего окна Диспетчера устройств в режиме «устройства по типу»;

– результаты оценки производительности по заданию 2 со скриншотом исходных данных, по которым был проведен расчет;

–перечень периферийных устройств, категорированных по их функциональному назначению;

–структурную схему ПК.

Тестовые задания

1.Взаимодействие всех компонентов вычислительной системы осуществляется … а) системой шин; б) центральным процессором;

в) контроллером ввода-вывода; г) периферийным устройством.

2.Поставьте в соответствие название и конкретный вид

3.К устройствам ввода-вывода относятся: а) центральный процессор; б) модули оперативной памяти; в) локальная шина; г) жесткий диск.

4.Определите пропускную способность 200 МГц 64битной шины.

5.Поставьте в соответствие название и аббревиатуру

12

2. ОЦЕНКА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПРОЦЕССОРА

Цель работы: Исследование характеристик процессора с использованием программ диагностики и оценки производительности

Программные средства: SiSoftwareSandra Standart, CPU-Z, бенчмарки

2. 1. Характеристики производительности и способы их измерения и оценивания

Эффективность функционирования процессора определяется производительностью – средним числом операций в единицу времени. Производительность процессора зависит от архитектуры системы команд (ISA – x86, ia-64, amd65, ppc),

класса решаемых задач (мультимедиа, игры, офис) и порядка прохождения задачи через ЭВМ (конфигурации системы и системного ПО).

Распространенным и простейшим показателем производительности является тактовая частота – количество элементарных операций (тактов) в единицу времени (секунду). Процессоры с одинаковой архитектурой (системой команд и логической структурой) могут иметь различную тактовую частоту. Процессор с более высокой частотой обладает большей производительностью. С другой стороны, в различных моделях процессоров одни и те же операции выполняются за разное число тактов (например, за счет совмещения во времени нескольких элементарных операций). Поэтому оценка процессоров с различной архитектурой по тактовой частоте не приемлема.

В качестве показателя производительности используется число однотипных операций (команд), выполняемых в единицу времени – быстродействие. Так как длительность операций даже при одних и тех же операндах зависит от их формата представления, то оценивают отдельно количество операций с

14

фиксированной запятой и число операций с плавающей запятой:

ГИПС (GIPS – Giga Instruction Per Second) – миллиард команд в секунду над числами в формате с фиксированной запятой (целыми);

ГФЛОПС (GFLOPS – Giga FLoating Operations Per Second) – миллиард элементарных арифметических операций над числами с плавающей точкой, выполненных в секунду.

Приставки перед этими единицами оценки производительности могут быть различными (прил. 1).

Для получения значений производительности используют специальные тестовые программные средства – бенчмарки (benchmark). Тесты бывают синтетические и реализующие реальные задачи.

Наиболее распространенными, и хотя сейчас специалисты называют их StoneAge, т. е. каменный век, являются син-

тетические тесты WhetStone и DhryStone.

Комплект тестов Whetstone состоит из нескольких модулей, имитирующих программную нагрузку в наиболее типичных режимах исполнения вычислительных задач (арифметика целочисленная и с плавающей точкой, операторы типа IF, вызовы функций и т.д.). Каждый модуль выполняется многократно, причем количество повторений зависит от его веса, а производительность рассчитывается как отношение числа выполненных Whetstone-инстpукций к суммарному времени выполнения всех модулей пакета. Подобно пакету Whetstone, тесты Dhrystone являются синтетическими и основаны на типовом распределении языковых конструкций системного и прикладного программного обеспечения (операционные системы, компиляторы, редакторы и т. д.). Поэтому в тестах Dhrystone отсутствует обработка чисел с плавающей точкой, зато преобладают операции над другими типами данных (символы, строки, логические переменные, указатели и т. п.). Кроме того, по сравнению с тестами Whetstone уменьшено количество циклических конструкций, используются более

15

простые вычислительные выражения, но возросло число операторов IF и вызовов процедур.

Созданием пакетов тестов, базирующихся на реальных прикладных программах широкого круга пользователей и обеспечивающих эффективную оценку производительности процессоров, занимается корпорация SPEC (Standard Performance Evaluation Corporation, www.spec.org). Набор тес-

тов SPEC CPU2017 разработан для оценки высокопроизводительной вычислительной производительности и намеренно зависит не только от процессора, но и от иерархии памяти и используемого компилятора. Производительность оценивается по таким «целочисленным» задачам, как GNU С компилятор, планирование маршрута, преобразование XML в HTML, сжатие видео, искусственный интеллект, так и вычислениям с плавающей точкой в области молекулярной динамики, биомедицинской визуализации, трассировки лучей, моделирования атмосферы и т.п.

Оценка осуществляется в собственных единицах произ-

водительности SPECspeed и SPECrate:

SPECspeed измеряет время выполнения одной копии теста в наборе:

SPECspeed = RefTime / MeasuredTime,

где RefTime – время исполнения теста на эталонной машине;

MeasuredTime – время исполнения на тестируемой машине;

SPECrate – показатель пропускной способности, включающий измерение запуска произвольного числа копий:

SPECrate=Ncopy* (RefTime / MeasuredTime).

Следует подчеркнуть, что смысл показателей производительности SPEC – в относительном ускорении по сравнению с эталонной машиной (с 2017 г. – сервер Sun Microsystems, Sun Fire V490 с чипами UltraSPARC-IV + с час-

16

тотой 2100 МГц). Использование относительных показателей обеспечивает сопоставимость любых результатов. При сравнении любых двух систем, измеренных с CPU2017, их производительность относительно друг друга останется прежней, даже если используется другая эталонная машина.

В мировом рейтинге высокопроизводительных систем top500.org используется оценка по LINPACK, решающему большие системы линейных уравнений и измеряемому в

PFLOPS.

На практике при тестировании на реальных задачах в качестве единицы измерения производительности используется время выполнения задачи. При тестировании видеоподсистемы компьютера определяют количество обрабатываемых кадров в секунду (frame per second, fps). При оценке подсистемы памяти – пропускную способность. Эти оценки естественны и понятны пользователю, но область их использования ограничена. Поэтому выбор теста для каждой задачи должен быть обоснован, а полученные результаты однозначно интерпретируемы и сопоставимы.

2.2. Задания и порядок выполнения исследования

Задание 1. Определите характеристики процессора.

Порядок выполнения

Откройте программу CPU-Z (или загрузите с сайта www.cpuid.com новую версию), которая позволяет получить информацию об основных компонентах ЭВМ – процессоре и основной памяти, а также системной плате. Изучите характеристики процессора, особенно обратите внимание на микроархитектуру (внутреннюю организацию процессора), дополнительные наборы команд, количество ядер.

Пример описания характеристик процессора.

17

Название процес-

сора Intel Core i74790K

Микроархитектура

Haswell

Рассеиваемая мощность 88W Тип корпуса Socket 1150 LGA

Техпроцесс 22 nm

Напряжение питания ядра 1,193V Тип корпуса Socket 1150 LGA

Техническое описание Intel Core i7-4790K CPU @ 4.00GHz

Семейство 6 / Модель С / Партия 3 / Расш. семейство 6 /Доп. модель 3C/ Версия C0

Наборы команд: MMX, SSE, EM64T, VT-x, AES, AVX, AVX2, FMA3, TSX

Организация потоков обработки данных 1 ЦП – 4 ядра –

8 потоков

Задание 2. Протестируйте производительность процессора при выполнении научных расчетов.

Порядок выполнения

1. Откройте программу Super PI (www.superpi.net), кото-

рая позволяет оценить производительность процессора при осуществлении математических вычислений, а именно расчет числа Пи с точностью до 33554432 (32М=) цифр после запятой, путем измерения времени выполнения. Особенность

18

программы – использование вычислений только в одном потоке (нагрузка на 1 ядро) и без задействования расширений набора команд [3].

2. Задайте точность расчета и запустите тестирование. Для этого выберите пункт меню Calculate и в появив-

шемся диалоговом окне установите точность (рис. 8). Точность задается числом цифр после запятой кратных 210 (1K). Результат – время вычисления с точностью до миллисекунды выводится в главном окне программы и сохраняется в виде:

время выполнения [точность]

в главном окне программы (рис. 8). Сам результат вычислений сохраняется в файле pi_data.txt в текущей папке.

3. Проведите вычислительный эксперимент для текущего процессора, измеряя значения времени выполнения расчетов от минимально возможной точности 32 К до максимальной 16 М, результаты занесите в табл. 4.

Рис. 8. Установка точности вычисления в программе Super PI

19