Смагин М.С. Вычислительные машины, системы и сети (1088253), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Оценка при выборе (selection evaluation).Задачи подобного класса возникают, когда необходимо определитьпроизводительность ЭВМ и соответствие её возможностей уровню сложности решаемых задач. Например, когда необходимо принять решение о покупке ЭВМ среди нескольких предложенных на выбор, или когда встаёт вопросо расчёте периода времени, на который необходимо арендовать ЭВМ, принадлежащую стороннему владельцу.2032. Прогноз производительности (Performance projection).Такая задача встаёт, когда необходимо определить производительностьсистемы, к которой нет прямого доступа, а информация о ней неполна.
Например если система разрабатывается с нуля и существует только в виде чертежей. Или если решается вопрос об оснащении существующей системы новыми аппаратными или программными средствами, информация о которыхограничена набором технических характеристик.3. Мониторинг производительности (performance monitoring).Эта задача решается в тех случаях, когда необходимо осуществить анализ производительности уже имеющихся и работающих систем, когда необходимо повысить их вычислительную мощность или принять решение: стоитли модифицировать имеющуюся систему, или лучше приобрести новую?Вопрос определения вычислительной сложности программ сам по себеявляется весьма нелёгким, но всё же решаемым.
А вот вопрос определенияпроизводительности вычислительных систем до сих пор не нашёл однозначного решения. Исследования в этой области продолжаются и сейчас. Уже наработаны типовые подходы к решению этой задачи, хотя они не обладаютдолжной универсальностью.Суть проблемы в том, что производительность вычислительных системопределяется не только их аппаратными особенностями, но и особенностямипрограммного обеспечения, и, самое главное, характером их взаимодействиямежду собой.Какими показателями вычислительной производительности мы пользуемся в быту? Чаще всего, это тактовая частота и количество ядер в процессоре.
Однако на производительность ЭВМ влияют также объём и пропускнаяспособность запоминающих устройств (винчестеров и памяти), а также особенности используемых операционных систем. И часто оказывается, что покупка только нового, более дорогого процессора с более высокими техническими характеристиками не приводит к желаемому росту быстродействия.204В зависимости от специфики решаемых задач показатели производительности имеют различную значимость. Например, для интерактивных систем определяющую роль играют такие характеристики, как:1. Оборотное время (turnaround time).Интервал времени от момента поступления задачи в систему до момента выдачи результата пользователю.2. Время отклика (response time).Интервал времени от момента отдачи команды пользователем, до момента выдачи системой сообщения о приёме данной команды.
Считается, чточеловек воспринимает общение с интерактивной системой как комфортное,если её время отклика не превышает 0,7 секунд.3. Время реакции (system reaction time).Интервал времени от момента отдачи пользователем команды до начала её обработки.А для систем, предназначенных для решения большого количества однотипных простых задач, например серверов баз данных, важнее следующие:1. Пропускная способность.Количество заданий, выполняемых за единицу времени.2. Мощность.Максимальная пропускная способность, достигаемая в условиях непрерывного потока заданий и отсутствия простоев системы.Основные методы оценки быстродействия следующие:1.
Хронометраж (timing).Измерения длительности аппаратных циклов работы вычислительныхустройств. Измеряется в таких единицах, как MIPS (Million Instructions perSecond), BIPS (Billion-) и TIPS (Trillion-), соответственно в миллионах, миллиардах и триллионах инструкций в секунду. Естественно, что разными моделями процессоров поддерживаются разные наборы инструкций и результат205их сравнения будет мало информативен. Однако если сравнивать процессорысходной архитектуры, например, процессоры одного семейства, то этот способ оценки быстродействия вполне пригоден.2.
Оценка быстродействия относительно приложения.Хотя общая производительность и является важным параметром системы, для пользователей более важно зачастую, насколько быстро в тестируемой системе будет выполняться интересующее их приложение. В такихслучаях берётся типовая задача из той предметной области, в которой планируется дальнейшее использование системы.
Например в качестве тестовыхприложений для персональных ЭВМ часто используются видеоигры. Ониобеспечивают серьёзную загрузку всех компонент компьютера.3. Наборы контрольных задач.Контрольные задачи (benchmark) представляют собой программы, выполняемые для оценки характеристик вычислительной системы. Чаще всего втакие наборы включают задачи, типичные для данной предметной области.Т.е., если при оценке быстродействия относительно приложения используется одно конкретное приложение, то при использовании наборов контрольныхзадач, таких приложений используется целая группа, а оценки выносятся путём агрегирования отдельных результатов, полученных для каждого из приложений.Существует несколько международных организаций, занимающихсяразработкой наборов контрольных задач для различных сфер применениявычислительной техники.
Среди них следует назвать Группу по оценке системной производительности (System Performance Evaluation Cooperative –SPEC) и Группу по оценке производительности бизнес-приложений (BusinessApplication Performance Corporation – BAPCo).Группа SPEC образовалась в 1988 году специально с целью разработкистандарта контрольных задач. В настоящее время ею разработано нескольконаборов таких задач, которые называются SPEC-тестами (SPECmark) для206оценки производительности процессоров, графических карт, серверов, виртуальных машин и т.д. Силами группы осуществляется тестирование большинства серийно выпускаемых компьютерных систем. Результаты тестированиявыкладываются на сайте www.specbench.org.Организация BAPCo является альтернативой SPEC и тоже занимаетсявыпуском наборов контрольных задач. В частности, ею выпущены следующие наборы: SYSmark (для настольных систем), MobileMark (для мобильныхсистем) и WebMark (для интернет-приложений).
Эти наборы можно приобрести у них на сайте www.bapco.com4. Синтетические контрольные задачи (synthetic benchmark).В отличие от наборов контрольных задач, составляемых из типовыхприложений, синтетические наборы составляются так, чтобы исследовать отдельные компоненты системы, например подсистемы ввода-вывода или запоминающие устройства. Избирательность тестирования является основнымпреимуществом этого способа определения быстродействия вычислительныхсистем.Среди самых известных синтетических программ для тестированияперсональных ЭВМ − программы тестирования Whetstone и Drystone. Whetstone измеряет быстродействие при выполнении операций с плавающей запятой, а Dhrystone – с фиксированной.В состав Windows Vista и Windows 7 входит программный модульWindows System Assessment Tool, содержащий набор синтезированных тестов для тестирования процессора, оперативной памяти, жёсткого диска,мультимедийной аппаратуры, трёхмерной графики и отдельно на предметсоответствия требованиям интерфейса Windows Aero.
По каждому типу тестов ставятся агрегированные оценки в диапазоне 1 – 5,9 (для Vista) и 1 – 7,9(для Win7) называемые, Windows Experience Index (WEI).Компания Microsoft пыталась предложить фирмам-производителямпрограммных средств и аппаратуры использовать при указании системныхтребований и, соответственно, аппаратных возможностей, не технические ха207рактеристики, а WEI-индексы, но серьёзной поддержки своёму начинанию ненашла.Отдельно следует остановиться на тесте под названием Linpack benchmark. Этот тест был разработан в 1979 году как дополнение к одноимённойбиблиотеке стандартных программдля решения систем алгебраическихуравнений. Тест заключается в решении системы алгебраических уравненийметодом факторизации матрицы. В процессе решения вычисляется среднееколичество операций с плавающей точкой, выполняемых в единицу временипри полной загрузке ресурсов системы.
Полученный результат и является искомым значением производительности вычислительной системы. Измеренияпроводятся в количестве операций с плавающей точкой в секунду (floatingpoint operations per second – FLOPS).Информация о результатах прохождения теста Linpack используетсядля формирования Top500 – списка из 500 наиболее производительных вычислительных систем в мире. На сегодняшний день его возглавляет компьютер “K computer” с производительностью порядка 9 петафлопс, т.е. 9 квадриллионов операций с плавающей точкой в секунду.
Полный список TOP500можно посмотреть на сайте www.top500.org.Помимо быстродействия в списке Top500 указывается максимальныйразмер матрицы, на котором получены указанные показатели быстродействия. Первоначально использовались матрицы 100х100, потом 1000х1000. Для“K computer” матрица уже представляла собой квадрат 11х11 миллионов элементов. Что интересно, рост размеров матриц в списке Top500 также подвержен закону Мура, и количество элементов в матрицах удваивается каждые 18 месяцев.208Лекция №14СЕТИ ЭВМПрежде чем перейти собственно к предмету сетей, следует немного разобраться с формальным определением, что такое компьютерная сеть. Сетью,в общем случае, называют совокупность узлов и связей между ними.
В компьютерной сети в качестве узлов выступают вычислительные машины икоммутационное оборудование, а в качестве связей – линии передачи данных.Итак, компьютерная сеть, − это совокупность вычислительных машин,коммутационных устройств и линий связи между ними, предназначенная дляпередачи данных между узлами сети, расположенными на расстоянии друг отдруга.Расстояние между узлами является одним из основных классификационных признаков компьютерных сетей. С этой точки зрения компьютерныесети делятся на:1.
Глобальные (WAN – Wide Area Networks);2. Городские (MAN – Metropolitan Area Networks);3. Локальные (LAN – Local Area Networks);4. Персональные (PAN – Personal Area Networks).Для глобальных сетей характерны расстояния между узлами от сотникилометров и выше. Для городских – от километра до ста. Для локальных, –от 10 метров до одного километра. А в персональных сетях расстояние между узлами не превышает одного-двух метров.С функциональной точки зрения компьютерные сети делятся на:1. Сети доступа;2. Магистральные сети.209Сети доступа предназначены для приёма и передачи данных непосредственно от пользователей компьютерной сети, а магистральные сети, – дляпередачи данных между сетями доступа.Рис.88 Магистральные сети и сети доступаВажной характеристикой сети является её топология.
Вопрос о топологии связей между вычислительными машинами мы уже поднимали, когда говорили о многомашинных вычислительных системах. Тогда мы говорили ополносвязной топологии, тороидальной топологии, двумерной решётке, общей шине, кольце и гиперкубе. Все эти виды топологических схем применяются и при построении сетей ЭВМ. Причём различные варианты тороидов,решёток и гиперкубов обозначают общим словом «ячеистая топология».Кроме того, в компьютерных сетях очень часто встречается так называемаязвездообразная топология. А при соединении в единую сеть нескольких сетейразличной топологии возникают сети смешанной топологии.210Для того, чтобы передать набор данных от одного узла сети другомуузлу сети, необходимо решить целый ряд задач.
Рассмотрим эти задачи болееподробно.1. Задача представления и кодирования.Человек, увы, настолько несовершенен, что не умеет обмениваться информацией в чистом виде. Более того, мы даже не можем хранить чистуюинформацию в своей памяти. Для хранения мы используем различные формыпредставления данных, − чаще всего это либо зрительные образы, либо словесные описания. А для передачи друг другу нам приходится их ещё и кодировать – в виде символов языка, рисунков и т.д.Аналогична и ситуация с компьютерами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
