Оценка производительности компьютеров и ВС. Средства для оценки производительности ВС. Пиковая производительность

Введение

В.1. Оценка производительности компьютеров и ВС

В общем плане, под производительностью какой либо ВС принято понимать количество работы, выполняемой системой за единицу времени. Применительно к ВС, в качестве единицы работы для оценки производительности, может использоваться: команда, операция, процедура, задача (точнее программа, ее реализующая), набор задач (программ, их реализующих).

Существует большое разнообразие подходов, методов и средств для оценки производительности компьютеров и ВС. Одним из подходов к оценке производительности компьютеров и ВС является разделение производительности на 3 уровня: номинальная, комплексная и системная.[*]

Средства для оценки производительности ВС.

iComp – Intel Comparative Microprocessor Performance;

LSPR – Large System Performance Reference;

RAMP-C – Reqvirements Approach to Measuring Performance in COBOL;

LFK – Livermore Fortran Kernels;

SPEC – Standart Performance Evaluation Corporation;

TPC – Transaction Processing Performance Council;

NPB – NAS Parallel Benchmarks;

PMB – Pallas MPI (Message Passing Interface) Benchmarks;

WACN – Web Avalanch Caw Network.

В.1.1. Пиковая производительность

Пиковая или техническая производительность представляет собой теоретический максимум быстродействия компьютера или ВС при идеальных условиях, обеспечивающих максимальную загрузку всех обрабатывающих устройств.

Предельное быстродействие достигается при обработке бесконечной последовательности несвязанных между собой и не конфликтующих при доступе в память команд. Формально это означает, что операнд следующей команды не может являться результатом предыдущей, иначе говоря, отсутствует зависимость команд программы по данным. Кроме того, применительно к современным компьютерам предполагается, что операнды и команды выбираются из внутрикристальной кэш-памяти (кэш-памяти уровня L1).

Разумеется, что подобная ситуация является чисто гипотетической, и на практике ни одна ВС не в состоянии работать какое-либо длительное время с пиковой производительностью, хотя в некоторых условиях реальная производительность ВС может достаточно близко приближаться к пиковой.

Например, в тестах LINPACK при больших матрицах 1000*1000 демонстрируется производительность 0.8 - 0.95 от пикового значения. Однако чаще бывает, что реальная производительность достигает только 0.1 - 0.2 от пиковой.

  Традиционно используют две оценки пиковой производительности.

Одна из них определяется числом команд, выполняемых компьютером в единицу времени. Единицей измерения пиковой производительности является MIPS – Million Instructions Per Second. В простейшем случае для оценки пиковой производительности в MIPS необходимо знать лишь тактовую частоту процессора. Например, частоте в 1 ГГц будет соответствовать пиковая производительность 1000 MIPS, при этом предполагается, что за один машинный такт выполняется одна команда. Выше сказанное оказывается справедливым (и то не совсем) только применительно к RISC-процессорам, но не к CISC. Напомним, что RISC – Reduced Instruction Set Computer имеет сокращенную систему команд, а CISC – Complex Instruction Set Computer имеет полную систему команд. По статистике для RISC-процессоров средняя длительность выполнения команды составляет 1.2 – 1.6 машинных тактов.

Использование нескольких конвейеров команд в процессоре увеличивает в соответствующее число раз оценку пиковой производительности в MIPS. Аналогичный эффект увеличения производительности имеет место при использовании нескольких процессоров в рамках одной многопроцессорной системы.

Оценка производительности в MIPS дает лишь общее представление о возможностях ВС и имеет существенные недостатки:

·  сложность сравнения компьютеров с различными системами команд по этому показателю, особенно если один принадлежит к классу RISC, а другой - CISC,

·  парадоксальность некоторых оценок применительно к реальной производительности.

Классическим примером является сравнение реальной производительности компьютеров и ВС с математическим сопроцессором - МСП (FPU) и без него (команды FPU выполняются в режиме эмуляции с помощью ЦП, операции с плавающей запятой реализуются средствами целочисленной арифметики). Очевидно, что реальная производительность компьютеров и ВС с FPU выше, т.к. аппаратная реализация операций над числами с плавающей запятой даёт существенный выигрыш по времени их исполнения, чем у компьютеров и ВС, осуществляющих подобные действия с помощью эмуляции. Но оценка MIPS компьютеров и ВС без FPU будет выше, т.к. каждая длительная по времени арифметическая или трансцендентная команда (sin, cos и т.д.) над числами с плавающей запятой будет реализована множеством более быстрых команд  целочисленной арифметики.

Второй оценкой пиковой производительности ВС является число операций над числами с плавающей точкой, выполняемых ВС за единицу времени. Основной единицей измерения является MFLOPS – Million Floating Point Operations Per Second. Производными оценками являются GFLOPS и TFLOPS (GFLOPS = 10³ MFLOPS