7.3.4 Продуктивність мікропроцесорів та її оцінювання

Вхідний контроль:

1. Як Ви пов’язуєте продуктивність МП з тактовою частотою?

2. З якою метою Ви обираєте свій домашній ПК з максимальною продуктивністю?

Технічна пікова продуктивність МП – це теоретичний максимум швидкодії комп’ютера або МПС за ідеальних умов. Вона визначається як кількість обчислювальних операцій, які виконуються за секунду усіма арифметико-логічними пристроями, які є у процесорі. Максимальна швидкодія досягається при обробленні нескінченної послідовності не зв’язаних між собою за даними команд, які також не конфліктують при доступі до пам’яті. Практично жодна система не може довго працювати з максимальною продуктивністю, але майже всі комп’ютери досягають 0,8…0,95 максимуму.

Для оцінки пікової продуктивності потрібно знати тактову частоту процесора, розрядність оброблюваних даних, пропускну здатність та кількість внутрішніх шин, перелік функціональних пристроїв.

Відповідність між одиницями вимірювання тактової частоти та продуктивності процесора установлюється для одного конвеєра такою: 1 МГц відповідає 1 MFLOPS або 1 MIPS пікової залежно від типу операції – з плаваючою або фіксованою точками. Для суперскалярних процесорів пікова продуктивність обчислюється множенням значення тактової частоти на кількість паралельно виконуваних операцій.

Складна архітектура сучасних високопродуктивних процесорів – суперскалярна та суперконвеєрне оброблення даних, багаторівнева пам’ять тощо призводять до того, що характеристики швидкодії на рівні внутрішніх пристроїв суттєво залежать від програми та даних.

У світовій практиці набуло широкого розповсюдження використання наборів задач (тестів), характерних для визначеної області застосування обчислювальної техніки, для оцінки продуктивності комп’ютерів. Час, необхідний для вирішення кожної задачі з набору, складає основу для обчислення індексу продуктивності, який є відносною оцінкою.

Першу групу тестів складають компанії-виробники для попередньої оцінки. Головна їх особливість полягає в тому, що вони орієнтовані на порівняння обмеженої кількості комп’ютерів, які часто відносяться до одного сімейства. Прикладом такої оцінки для МП з архітектурою х86 компанія Intel запропонувала індекс продуктивності iCOMP (Intel Corporative Microprocessor Performance), а в якості еталонного прийнятий процесор І80486 SX-25, для якого індекс дорівнює 100. Індекс iCOMP визначається при виконанні суміші операцій, яка складається з 67% операцій над 16-розрядними цілими, 3% операцій над 16-розрядними числами з плаваючою точкою, 25% – над 32-розрядними цілими та 5% – над 32-розрядними числами з плаваючою точкою й оцінює тільки продуктивність мікропроцесора, а не системи.

Стандартні тести, орієнтовані на порівняння широкого спектра комп’ютерів, складаються незалежними експертами або групами, об’єднуючими потужних виробників комп’ютерів. Це виключає орієнтацію тестів на конкретного виробника. Так, для оцінки серверів, які оброблюють трансакції у реальному часі, використовується набір тестів TPP–C (Transaction Processing Performance Council), а продуктивність оцінюється кількістю трансакцій, які виконуються за хвилину.

Існують також тести, які орієнтовані на вибір комп’ютерів та програмного забезпечення, найбільш придатних для вирішення певного кола задач. Такі тести дають найбільш точні оцінки продуктивності для конкретного класу додатків.

Найбільшої популярності набули пакети тестових програм компанії SPEC (Standard Performance Evalution Corporation) – SPEC 89, SPEC 92 тощо. Задачі, які входять у тестові пакети, вражають своєю різноманітністю і торкаються широких областей наукової та прикладної діяльності: задача з теорії мереж, інтерпретатор мови Lisp, Unix – утиліта пакування тестового файла 1 Мбайт, який стискається у 20 разів, моделювання керування рухом робота з використанням відеосистеми, моделювання вуха людини тощо. В останні версії тестів були включені задачі для оцінки продуктивності процесора у багатозадачному режимі для однорідного навантаження (комп’ютер виконував багато копій одної програми), а результатом вимірювань був нормований загальний час виконання всіх копій.

Тестовий пакет SYS Mark 2007 вимірює продуктивність процесорів у складі ПК у реальних додатках. Тест вміщує сценарій, в якому моделюється підготовка веб-сайта, який навчає. Медіаконтент використовує Adobe Illustrator CS2, Adobe Photoshop CS2, Macromedia Flash та Microsoft Power Point 2003. За сценарієм виготовляється відеоролик з використанням нелінійного монтажу та різних ефектів. Ролики монтуються з різних джерел і вміщують статичні зображення.

Тестовий пакет SYS Mark 2007, Productivity модулює типову офісну роботу: використання e-mail, обробку даних, керування проектом і роботу з документами. Тест працює з додатками: Microsoft Excel 2003, Microsoft Outlook 2003, Microsoft Power Point 2003, Microsoft Word 2003, Microsoft Project 2003 та WinZip 10.0.

Тестовий пакет SYS Mark 2007, 3D присвячено створенню архітектурної презентації, яка вміщує фотореалістичне зображення об’єкта і ролик, де проектований будинок облітається літаком. У сценарії використовуються додатки AutoDesk 3ds Max 8 та Sketch Up 5.

Контрольні питання:

1. Що таке технічна продуктивність МП?

2. Як вона оцінюється?

3. Що таке реальна продуктивність МП?

4. Які Ви знаєте способи оцінки реальної продуктивності?

5. Які шляхи підвищення продуктивності МП Ви знаєте?

6. Які задачі входять до пакетів тестових програм оцінювання продуктивності МП?

Контрольні питання підвищеної складності:

1. Чому в пакети тестових програм залучають задачі оброблення зображень?

2. Які ще задачі Ви могли б запропонувати для використання у пакетах тестових програм?