2-系统配置与性能评价

一、计算机系统性能指标

  • 可靠性或可用性:计算机系统能正常工作的时间,其指标可以是能够持续工作的时间长度(例如,平均无故障时间),也可以是在一段时间内,能正常工作的时间所占的百分比;
  • 处理能力或效率:又可分为三类指标
    • 第一类指标是吞吐率(系统在单位时间内能处理正常作业的个数),
    • 第二类指标是响应时间(从系统得到输入到给出输出之间的时间)
    • 第三类指标是资源利用率,即在给定的时间区间中,各种部件(包括硬件设备和软件系统)被使用的时间与整个时间之比。
  • 主频和CPU时钟周期:主频又称为时钟频率,时钟周期是时钟频率的倒数。(如主频为1GHZ,说明1秒有1G个时钟周期,每个时钟周期为1/1G=1ns。
  • 指令周期:取出并执行一条指令的时间。
  • 总线周期:完成一次总线操作所需的时间,如访问存储器或I/O端口操作所用的时间。
  • 关系:一个指令周期由若干个总线周期组成,一个总线周期又包含若干个时钟周期。
  • MIPS:百万条指令每秒,每秒处理的百万级的机器语言指令数,主要用于衡量标量机性能。

二、性能评价方法

  • 时钟频率法:以时钟频率高低衡量速度。
  • 指令执行速度法:用加法指令的运算速度来衡量计算机的速度,表示机器运算速度的单位是MIPS。
  • 等效指令速度法:也成为吉普森混合法或混合比例计算法,是通过各位指令在程序中所占的比例(Wi)进行计算得到的,特点是考虑各类指令比例不同。
  • 综合理论性能法(CTP):是美国政府为限制较高性能计算机出口所设置的运算部件综合性能估算方法。CTP用MTOPS(每秒百万次理论运算)表示。CTP的估算方法是,首先算出处理部件每个计算单元(例如,定点加法单元、定点乘法单元、浮点加单元、浮点点乘法单元等)的有效计算率,再按不同字长加以调整,得出该计算单元的理论性能,所由组成该处理部件的计算单元的理论性能之和即为CTP。
  • 基准程序法:把应用程序中用的最多、最频繁的那部分核心程序作为评估计算机系统性能的标准程序,称为基准测试程序。基准程序法不但考虑到了CPU(有时包括主存)的性能,还将I/O结构、操作系统、编译程序的效率等对系统性能的影响考虑进来了,所以它是目前一致承认的测试系统性能的较好方法。

三、阿姆达尔解决方案

  • 对系统中某组件采用某种更快的执行方式,所获得的系统性能的改变程度,取决于该组件被使用的频率,或所占总执行时间的比例,加速比公式:
    • 其中,Tp表示不适用改进组件时完成整个任务的时间,Ti表示使用改进组件时完成整个任务的时间;
    • Fe表示在原有的系统上,能被改进的部分在总执行时间中所占的比例;
    • Se表示在原来的条件下系统的执行时间与使用改进组件后系统的执行时间之比。

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