Методы оценки вычислительных характеристик задач предметной области и поддерживающих их аппаратных платформ. Компьютерный Дом

Быстродействие процессора - это одна из важнейших его характеристик, определяющая эффективность работы всей микропроцессорной системы в целом. Быстродействие процессора зависит от множества факторов, что затрудняет сравнение быстродействия даже разных процессоров внутри одного семейства, не говоря уже о процессорах разных фирм и разного назначения.

Выделим важнейшие факторы, влияющие на быстродействие процессора.

Прежде всего, быстродействие зависит от тактовой частоты процессора. Все операции внутри процессора выполняются синхронно, тактируются единым тактовым сигналом. Понятно, что чем больше тактовая частота, тем быстрее работает процессор, причем, например, двукратное увеличение тактовой частоты какого-то процессора снижает вдвое время выполнения команд этим процессором.

Однако надо учитывать, что разные процессоры выполняют одинаковые команды за разное количество тактов, причем количество тактов, затрачиваемых на команду, может изменяться от одного такта до десятков или даже сотен. В некоторых процессорах за счет распараллеливания микроопераций на команду тратится даже меньше одного такта.

Количество тактов, затрачиваемых на выполнение команды, зависит от сложности этой команды и от методов адресации операндов. Например, быстрее всего (за меньшее число тактов) выполняются команды пересылки данных между внутренними регистрами процессора. Медленнее всего (за большое число тактов) выполняются сложные арифметические команды с плавающей запятой, операнды которых хранятся в памяти.

Первоначально для количественной оценки производительности процессоров применялась единица измерения MIPS (Mega Instruction Per Second), соответствовавшая количеству миллионов выполняемых инструкций (команд) за секунду. Естественно, изготовители микропроцессоров старались ориентироваться на самые быстрые команды. Понятно, что подобный показатель не слишком удачен. Для измерения производительности при выполнении вычислений с плавающей запятой (точкой) чуть позже была предложена единица FLOPS (Floating point Operations Per Second), но она по определению узкоспециальная, так как в некоторых системах операции с плавающей запятой просто не используются.

Другой аналогичный показатель быстродействия процессора - время выполнения коротких (быстрых) операций. Для примера в таблице 3.1 представлены показатели быстродействия нескольких 8-разрядных и 16-разрядных процессоров. В настоящее время этот показатель практически не используется, как и MIPS.

Время выполнения команд - важный, но далеко не единственный фактор, определяющий быстродействие. Большое значение имеет также структура системы команд процессора. Например, некоторым процессорам для выполнения какой-то операции понадобится одна команда, а другим процессорам - несколько команд. Какие-то процессоры имеют систему команд, позволяющую быстро решать задачи одного типа, а какие-то - задачи другого типа. Важны и методы адресации, разрешенные в данном процессоре, и наличие сегментирования памяти, и способы взаимодействия процессора с устройствами ввода/вывода и т.д.

Существенно влияет на быстродействие системы в целом и то, как процессор «общается» с памятью команд и памятью данных, применяется ли совмещение выборки команд из памяти с выполнением ранее выбранных команд.

Быстродействие и производительность ЭВМ.

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО ʼʼТверской государственный технический университетʼʼ

Аппаратные средства вычислительных комплексов.

Конспект лекций.

Тверь 2012ᴦ.

Основные характеристики, области применения ЭВМ различных классов.

История развития ЭВМ.

Первой действующей ЭВМ стал ENIAC (США, 1945-46 гᴦ.). ENIAC содержал 18000 электронных ламп и потреблял 150 квт электроэнергии. При этом, эта машина еще не использовала принцип хранимой программы. Большой вклад в разработку ЭВМ внес американский математик Джон фон Нейман. Один из важнейших принципов конструирования ЭВМ предложенный Нейманом - принцип хранимой программы был впервые реализован в Англии в 1949 году в машинœе EDSAC и используется и в современных компьютерах. Этот принцип требует, чтобы программа вводилась в память компьютера также, как в нее вводятся данные.Первая отечественная ЭВМ (МЭСМ) была создана в 1951 ᴦ. под руководством С.А. Лебедева. В серединœе 60-х создана машина БЭСМ, бывшая базовой в СССР в научных, оборонных, космических исследованиях. Из других ЭВМ следует упомянуть "Минск", "Урал", "Мир" и др., созданные под руководством И.С. Брука, В.М. Глушкова и других.В истории развития вычислительной техники принято выделять поколения ЭВМ. Переход от одного поколения к другому связан со сменой элементной базы на которой построен компьютер.
Размещено на реф.рф
Выделяют следующие четыре поколения ЭВМ:

· первое поколение: 1946-1957 годы; элементная база – электронные вакуумные лампы; оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) – до 100 байт; быстродействие - до 10000 операций в секунду;

· второе поколение: 1958-1964 годы; элементная база – транзисторы; ОЗУ - до 1000 байт; быстродействие - до 1 млн. операций в секунду;

· третье поколение: 1965-1975 годы; элементная база – малые интегральные схемы; ОЗУ - до 10 Кбайт; быстродействие – до 10 млн. операций в секунду;

· четвертое поколение: 1976 год; элементная база - большие (БИС) и сверхбольшие (СБИС) интегральные схемы; ОЗУ - от 100 Кбайт и выше; быстродействие - свыше 10 млн. операций в секунду.

Следует заметить, что граница между третьим и четвертым поколениями ЭВМ по признаку элементной базы достаточно условна: произошло, скорее количественное изменение параметров элементной базы.

Основные характеристики ЭВМ.

Быстродействие и производительность ЭВМ.

Вместе с тем, единица измерения быстродействия компьютера "операции в секунду" устарела. Она не достаточно правильно отражает быстродействие. Для компьютеров первых поколений под "операцией" часто понимали сложение двух целых чисел определœенной длины. Операция умножения выполнялась в десятки раз медленнее, чем сложение. По этой причине для современных компьютеров чаще используется характеристика - тактовая частота. Тактовая частота - ϶ᴛᴏ количество импульсов в секунду (герц), генерируемых тактовым генератором компьютера. Тактовая частота - более мелкая единица измерения, чем операции в секунду. Фирмы - производители компьютеров стремятся к тому, чтобы уменьшить количество тактов, необходимых для выполнения базовых операций, и, тем самым, повысить быстродействие компьютеров.Современные персональные компьютеры характеризуются быстродействием свыше 2 Ггц и ОЗУ - более 256 Мбайт.Классификация компьютеров, исходящая из производительности и функционального назначения показана на рисунке 1.1.

Рис. 1.1.Классификация компьютеров по производительности.

Определœение характеристик быстродействия и производительнос­ти представляет собой очень сложную инженерную и научную зада­чу, до настоящего времени не имеющую единых подходов и методов решения.

Казалось бы, что более быстродействующая вычислительная тех­ника должна обеспечивать и более высокие показатели производитель­ности. При этом практика измерений значений этих характеристик для разнотипных ЭВМ может давать противоречивые результаты. Основ­ные трудности в решении данной задачи заключены в проблеме вы­бора: что и как измерять. Укажем лишь наиболее распространенные подходы.

Одной из альтернативных единиц измерения быстродействия была и остается величина, измеряемая в MIPS (Million Instructions Per Se­cond - миллион операций в секунду). В качестве операций здесь обыч­но рассматриваются наиболее короткие операции типа сложения. MIPS широко использовалась для оценки больших машин второго и третье­го поколений, но для оценки современных ЭВМ применяется доста­точно редко по следующим причинам:

‣‣‣ набор команд современных микропроцессоров может включать сотни команд, сильно отличающихся друг от друга длительнос­тью выполнения;

‣‣‣ значение, выраженное в MIPS, меняется исходя из особен­ностей программ;

‣‣‣ значение MIPS и значение производительности могут противоре­чить друг другу, когда оцениваются разнотипные вычислители (к примеру, ЭВМ, содержащие сопроцессор для чисел с плавающей точкой и без такового).

При решении научно-технических задач в программах резко уве­личивается удельный вес операций с плавающей точкой. Опять же для больших однопроцессорных машин в данном случае использова­лась и продолжает использоваться характеристика быстродействия, выраженная в MFPOPS (Million Floating Point Operations Per Se­cond - миллион операций с плавающей точкой в секунду). Для персональных ЭВМ данный показатель практически не применяется из-за особенностей решаемых задач и структурных характеристик ЭВМ.

Быстродействие и производительность ЭВМ. - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Быстродействие и производительность ЭВМ." 2017, 2018.

Для того чтобы измерить производительность компьютера при помощи тестов необязательно скачивать какие-то сторонние приложения и утилиты.

Достаточно воспользоваться ресурсами, уже встроенными в операционную систему.

Хотя для получения более подробной информации пользователю придётся найти подходящую программу.

По результатам тестирования можно сделать выводы, какая из деталей ПК или ноутбука требует замены раньше остальных – а иногда просто понять о необходимости покупки нового компьютера.

Необходимость выполнения проверки

Выполнение тестирования скорости работы компьютера доступно для любого пользователя. Для проверки не требуются ни специализированных знаний, ни опыта работы с определёнными версиями ОС Windows. А на сам процесс вряд ли потребуется потратить больше часа.

К причинам, по которым стоит воспользоваться встроенной утилитой или сторонним приложением относят :

• беспричинное замедление работы компьютера. Причём, не обязательно старого – проверка нужна для выявления проблем и у новых ПК. Так, например, минимальные по результатам и показатели хорошей видеокарты свидетельствуют о неправильно установленных драйверах;
• проверку устройства при выборе нескольких похожих конфигураций в компьютерном магазине. Обычно так поступают перед покупкой ноутбуков – запуск теста на 2–3 практически одинаковых по параметрам устройствах помогает узнать, какой из них лучше подходит покупателю;

• необходимость сравнить возможности различных компонентов постепенно модернизируемого компьютера. Так, если меньше всего значение производительности у HDD, значит, его и стоит заменить первым (например, на SSD).

По результатам тестирования, выявившего скорость выполнения компьютером различных задач, можно обнаружить проблемы с драйверами и несовместимость установленных устройств. А иногда даже плохо функционирующие и вышедшие из строя детали – для этого, правда, понадобится более функциональные утилиты, чем те, которые встроены в Windows по умолчанию. Стандартные тесты показывают минимум информации.

Проверка средствами системы

Проверять производительность отдельных компонентов компьютера можно с помощью встроенных возможностей операционной системы Windows. Принцип действия и информативность у них примерно одинаковы для всех версий платформы от Microsoft. А отличия заключаются только в способе запуска и считывания информации.

Windows Vista, 7 и 8

У 7-й и 8-й версии платформы, а также Виндоус Vista счётчик производительности элементов компьютера можно найти в списке основных сведений об операционной системе. Для вывода их на экран достаточно кликнуть правой кнопкой мыши по значку «Мой компьютер» и выбрать свойства.

Если тестирование уже проводилось, информация о его результатах будет доступна сразу. Если тест выполняется впервые, его придётся запустить, перейдя в меню проверки производительности.

Максимальная оценка, которую позволяют получить Windows 7 и 8, составляет 7.9. Задумываться о необходимости замены деталей стоит, если хотя бы один из показателей ниже 4. Геймеру больше подойдут значения выше 6. У Виндоус Vista лучший показатель равен 5.9, а «критический» – около 3.

Важно: Для ускорения расчётов производительности следует выключить во время теста практически все программы. При тестировании ноутбука его желательно включить в сеть – процесс заметно расходует заряд аккумулятора.

Windows 8.1 и 10

Для более современных операционных систем найти информацию о производительности компьютера и запустить её подсчёт уже не так просто. Для запуска утилиты, оценивающей параметры системы, следует выполнить такие действия :

1Перейти к командной строке операционной системы (cmd через меню «Выполнить» , вызываемое одновременным нажатием клавиш Win + R );

2Включить процесс оценки , ведя команду winsat formal –restart clean ;

3Дождаться завершения работы ;

4Перейти к папке Performance\ WinSAT\ DataStore расположенной в системном каталоге Windows на системном диске компьютера;

5Найти и открыть в текстовом редакторе файл «Formal.Assessment (Recent).WinSAT.xml» .

Среди множества текста пользователь должен найти блок WinSPR , где расположены примерно те же данные, которые выдают на экран и системы Виндоус 7 и 8 – только в другом виде.

Так, под названием SystemScore скрывается общий индекс, вычисляемый по минимальному значению, а MemoryScore , CpuScore и GraphicsScore обозначают показатели памяти, процессора и графической карты, соответственно. GamingScore и DiskScore – производительность для игры и для чтения/записи жёсткого диска.

Максимальная величина показателя для Виндоус 10 и версии 8.1 составляет 9.9. Это значит, что владельцу офисного компьютера ещё можно позволить себе иметь систему с цифрами меньше 6 , но для полноценной работы ПК и ноутбука она должна достигать хотя бы 7. А для игрового устройства – хотя бы 8.

Универсальный способ

Есть способ, одинаковый для любой операционной системы. Он заключается в запуске диспетчера задач после нажатия клавиш Ctrl + Alt + Delete. Аналогичного эффекта можно добиться правым кликом мыши по панели задач – там можно найти пункт, запускающий ту же утилиту.

На экране можно будет увидеть несколько графиков – для процессора (для каждого потока отдельно) и оперативной памяти. Для более подробных сведений стоит перейти к меню «Монитор ресурсов».

По этой информации можно определить, как сильно загружены отдельные компоненты ПК. В первую очередь, это можно сделать по проценту загрузки, во вторую – по цвету линии (зелёный означает нормальную работу компонента, жёлтый – умеренную, красный – необходимость в замене компонента).

Сторонние программы

С помощью сторонних приложений проверить производительность компьютера ещё проще.

Некоторые из них платные или условно-бесплатные (то есть требующие оплаты после завершения пробного периода или для повышения функциональности).

Однако и тестирование эти приложения проводят более подробное – а нередко выдают ещё и множество другой полезной для пользователя информации.

1. AIDA64

В составе AIDA64 можно найти тесты для памяти, кэша, дисков HDD, SSD и флэш-накопителей. А при тестировании процессора может выполняться проверка сразу 32 потоков. Среди всех этих плюсов есть и небольшой недостаток – бесплатно использовать программу можно только в течение «триального периода» 30 дней. А потом придётся или перейти на другое приложение, или заплатить 2265 руб. за лицензию.

2. SiSoftware Sandra Lite

3. 3DMark

4. PCMark 10

Приложение позволяет не только тестировать работы элементов компьютера, но и сохранять результаты проверок для дальнейшего использования. Единственный недостаток приложения – сравнительно высокая стоимость. Заплатить за него придётся $30.

5. CINEBENCH

Тестовые изображения состоят из 300 тысяч полигональных изображений, складывающихся в более чем 2000 объектов. А результаты выдаются в виде показателя PTS – чем он больше, тем мощнее компьютер . Программа распространяется бесплатно, что позволяет легко найти и скачать её в сети.

6. ExperienceIndexOK

Информация выдаётся на экран в баллах. Максимальное количество – 9.9, как для последних версий Windows. Именно для них и предназначена работа ExperienceIndexOK. Намного проще воспользоваться такой программой, чем вводить команды и искать в системном каталоге файлы с результатами.

7. CrystalDiskMark

Для тестирования диска следует выбрать диск и установить параметры проверки. То есть число прогонов и размеры файла, который будет использоваться для диагностики. Через несколько минут на экране появятся сведения о средней скорости чтения и записи для HDD.

8. PC Benchmark

Получив результаты тестов, программа предлагает оптимизировать систему. А уже после улучшения работы в браузере открывается страница, где можно сравнить показатели производительности своего ПК с другими системами. На той же странице можно проверить, сможет ли компьютер запускать некоторые современные игры.

9. Metro Experience Index

10. PassMark PerformanceTest

Выводы

Использование различных способов проверки производительности компьютера позволяет проверить, как работает ваша система. И, при необходимости, сравнить скорость работы отдельных элементов с показателями других моделей. Для предварительной оценки провести такой тест можно и с помощью встроенных утилит. Хотя намного удобнее скачать для этого специальные приложения – тем более что среди них можно найти несколько достаточно функциональных и бесплатных.

Видео :

Сравнение компьютеров между собой обычно начинают с оценки их производительности. Это потребовало введения соответствующих единиц измерения производительности и разработки стандартных методов ее оценки.

Методы оценки производительности вычислительных систем должны отвечать определенным требованиям. Прежде всего, они должны быть общепризнанными, максимально полно оценивать вычислительные системы и соответствовать задачам пользователя. Должна быть обеспечена их доступность для независимой и самостоятельной экспертизы.

В основе используемых в настоящее время методов оценки и сравнения производительности вычислительных систем лежит время.

"Ливерморские циклы" представляют собой типичный набор фрагментов программ на языке FORTRAN . [ , ] В этих программах реализованы разные вычислительные алгоритмы:

• сеточные;
• волновые;
• последовательные.

Их выбор был основан на богатом опыте создания суперкомпьютеров и проведения сложнейших научных и инженерных расчетов Ливерморской национальной лаборатории им. Э. Лоуренса (Lawrence Livermore National Laboratory, LLNL ) Министерства энергетики США

При тестировании используется либо малый набор (14 циклов), либо большой набор (24 цикла ).

Коэффициент распараллеливания применяемых алгоритмов лежит в диапазоне от 0 до 1. Это позволяет использовать "Ливерморские циклы" для оценки производительности вычислительных систем, имеющих различную архитектуру. Тест практически не используется.

Тесты LINPACK представляют собой программы я решения систем линейных алгебраических уравнений большой размерности. Они написаны на языке программирования FORTRAN [