Горнец Н.Н., Рощин А.Г. Организация ЭВМ и систем (2006), страница 4

Как правило, надежность принято характеризовать вероятностью безотказной работы. Производительность. Способность машины выполнять некоторый объем работы по обработке данных за единицу времени называют производительностью. На нее оказывает влияние множество факторов: характер выполняемых задач, архитектура и параметры процессора, характеристики основной и внешней памяти, наличие дополнительных устройств обработки, быстродействие соединительных шин, способ подключения различных устройств и т.п.

Оценка производительности проводится по стандартным методикам, служащим только для непосредственного сравнения различных компьютеров между собой. Для оценки производительности часто используют понятие времени нрохождения задачи (времени ответа, времени выполнения) — интервал от момента поступления задачи на выполнение до момента представления результатов ее решения пользователю. Зто время включает в себя работу ЦП, обращения к оперативной памяти и дискам, операции ввода-вывода, накладные расходы, связанные с работой ОП, и т.п. В мультипрограммном режиме, когда процессор компьютера выполняет несколько программ, во время ожидания завершения процедуры ввода-вывода для какой- 15 либо программы ЦП может выполнять другую программу, поэтому время прохождения задачи не будет постоянным.

Обычно производительность компьютера в целом характеризуется средним временем прохождения задачи. Быстродействие и его показатели. Способность компьютера выполнять определенное число операций за единицу времени называют быстродействием. В большинстве случаев его можно определить по тактовой частоте генератора, которая стала важнейшей характеристикой быстродействия.

При этом оценивается быстродействие только процессора. Время выполнения программы в ЦП зависит от трех параметров: длительности такта синхронизации (или тактовой частоты), числа тактов синхронизации, необходимого для выполнения каждой команды, и общего числа команд в программе. Для оценки быстродействия персональных компьютеров особенно часто используют частоту. Сегодня она достигает 3,5 ГГц и выше, а фирмы-изготовители, например 1пГе! или АМ(3, продолжают ее наращивать. Кроме того, быстродействие можно оценить по следующим показателям: длительность выполнения операций определенного типа (обычно в качестве параметра быстродействия фирмы-производители приводят число наиболее коротких арифметических операций, выполняемых за секунду; это так называемое пиковое быстродействие процессора); средняя длительность выполнения операции из некоторого стандартного набора операций, называемого смесью; это номинальное быстродействие; средняя длительность выполнения представительной задачи; при этом если в затратах времени учитывается только время обработки, то такую задачу принято называть ядром, а если учитывается и время на ввод-вывод, то эталонной задачей, или бенчмарком.

Время на организацию вычислительного процесса не учитывается. Это системная производительность. Быстродействие компьютера, имеющего традиционную архитектуру и призванного решать задачи с большим числом логических операций, принято оценивать числом М1РВ (миллион инструкций в секунду). Этот показатель прост для понимания — для более «быстрого» компьютера характерно более высокое значение этого показателя. Тем не менее применение М1РЗ в качестве универсального показателя наталкивается на ряд трудностей. Во-первых, каждый компьютер обладает структурой, ориентированной на обработку слов определенного формата и разрядности, т.е. инструкции в разных компьютерах определяют различный объем работы.

Во-вторых, этот показатель не учитывает сложность выполняемой команды. Поэтому при наличии в компьютере дополнитель- 16 ного сопроцессора, призванного выполнять операции с плаваюшей точкой (ПТ), этот показатель снижается. При отсутствии сопроцессора операции над числами с ПТ реализуются посредством подпрограмм, состоящих из нескольких достаточно простых команд целочисленной арифметики, и показатель М1РБ имеет высокое значение. Сложная команда сопроцессора выполняется достаточно долго (хотя и значительно быстрее, чем соответствуюшая подпрограмма), поэтому показатель М1РБ снижается.

Этот показатель имеет и рял других недостатков. Особый интерес вызывает оценка быстродействия компьютеров, призванных решать научно-технические задачи, в которых широко используется арифметика с ПТ. Обычно их быстродействие оценивают в миллионах операций с ПТ в секунду — МРЬОРБ. Многие программисты считают, что одна и та же программа, написанная для различных компьютеров, выполняет разное число команд, однако число операций над числами с ПТ в этих программах одинаково. Поэтому МРЬОРБ может служить для сравнения разных компьютеров между собой при выполнении одной и той же программы. Однако и этот показатель не универсален, поскольку в компьютерах используются разные системы (или наборы) команд. Таким образом, характеризовать машину единственным показателем невозможно без указания программы, выполняемой в компьютере.

В настоящее время разработано два набора тестов, предназначенных для измерения производительности процессора, системы памяти, а также эффективности формирования программы компилятором. Этими тестами служат наборы БРЕС(пгХХ и БРЕС1рХХ, где символами ХХ обозначен год разработки теста; время на операции ввода-вывода ничтожно мало. Тест БРЕС(пГХХ состоит из нескольких программ для различных прикладных областей (теория цепей, разработка логических схем, упаковка текстовых файлов, электронные таблицы и т.п.). Программы написаны на языке Си. Тест определяет производительность процессора при работе с целыми числами.

Тест БРЕСГРХХ служит для оценки производительности при наличии операций с ПТ. Кроме этих часто обновляемых тестов (после названия указывается год) существует и ряд других, в частности для оценки производительности многопроцессорных систем (БРЕСгаге), оценки машин при обработке трансакций (ТРС), рабочих станций, серверов (А1М) и т.п. Эти тесты стремятся учесть влияние, оказываемое на производительность машины различными ее компонентами, а не только процессором. Компьютер принято характеризовать следующими технико-эксплуатационными параметрами: быстродействие или производительность; надежность; 17 разрядность обрабатываемых слов и шин интерфейсов; емкость оперативной памяти; емкость накопителя на жестком магнитном диске (НЖМД); емкость кэш-памяти; стоимость; размеры и масса.

Однако этих параметров может быть недостаточно, чтобы узнать все возможности компьютера. Если компьютер предполагается использовать в сети, то нужно знать о наличии и типе сетевых средств, типе установленной ОС. Для персонального компьютера важным является тип монитора и видеоадаптера, а для компьютера общего назначения — возможные режимы обслуживания пользователей, наличие средств для работы нескольких пользователей, число одновременно выполняемых программ, наличие специальных средств защиты памяти и т.п. 1.5. Вычислительные системы и сети Для повышения надежности и производительности начиная с 1960-х гг.

несколько компьютеров связывались между собой, образуя многомашинные и многопроцессорные вычислительные системы и комплексы. Вначале такие комплексы предназначались для военных целей. Связь между отдельными компьютерами в них осуществлялась за счет доступа к общим наборам данных с помощью совместно используемых ВЗУ, т.е. накопителей на магнитных дисках (НМД) и лентах (НМЛ). Позднее для ускорения взаимодействия компьютеров стали использовать специальные адаптеры. Если в вычислительной системе предусматривается несколько процессоров и они имеют доступ к общим данным, находящимся в оперативной памяти, а также могут взаимодействовать со всеми периферийными устройствами, то такой комплекс принято называть многопроцессорным. Многопроцессорные комплексы обладают большей надежностью и гибкостью, но для их создания требуются специальные дорогостоящие средства коммутации.

Часто компьютеры расположены на значительных расстояниях друг от друга, а для их работы могут требоваться дайные из компьютера, находящегося в другом городе или стране. Тогда для их объединения между собой используют сети передачи данных. Несколько компьютеров, объединенных сетями передачи данных, называются вычислительной сетью. Если компьютеры удалены друг от друга и для их объединения использованы стандартные телефонные каналы — это глобальная вычислительная сеть (ГВС).

Появление мини- и микроЭВМ, а несколько позже и персональных компьютеров, призванных обслуживать неболыпие группы или даже отдельных пользователей, привело к тому, что полу- 18 ченные результаты обработки в отдельных компьютерах предназначались для совместного использования. Поэтому был разработан способ объединения этих компьютеров в локальную еычислигяельную сеть (ЛВС) — совокупность компьютеров (обычно персональных), расположенных на незначительных расстояниях друг от друга (на одном этаже, в одном здании или нескольких близлежащих зданиях) и соединенных между собой высокоскоростными каналами связи.

Кроме того, для работы сети необходимо специальное ПО, обеспечивающее взаимодействие между процессами в отдельных компьютерах. К концу 1980-х гг. утвердились стандартные технологии объединения компьютеров в локальные сети. Появились два типа сетей — одноранговые (реет-1о-реет) и построенные по типу «клиент-сервер», а в качестве рабочих станций в них стали использоваться получавшие все более широкое признание персональные компьютеры. Со временем были разработаны стандартные сетевые технологии, превратившие процесс создания локальной сети в достаточно простую работу. Благодаря новому коммуникационному оборудованию — коммутаторам, маршрутизаторам, шлюзам — и новым каналам связи стало возможным объединять в сеть тысячи компьютеров.