Возможности и эффективность применения средств переработки информации определяются следующими характеристиками.

Быстродействие - количество элементарных операций, выполняемых в единицу времени. В качестве таких операций рассматривают короткие (требующие минимального времени) операции типа сложения. Единица измерения - миллион операций в секунду в формате с фиксированной точкой (Million Instactions Per Second - MIPS) или с плавающей точкой (Millions Floating Point Operation per Second - MFLOPS). Быстродействие можно оценить при обработке бесконечной последовательности не связанных и не конфликтующих между собой при доступе к памяти команд.

Производительность - объем вычислительной работы, выполняемой ЭВМ в единицу времени. Оценка и сопоставление производительности ЭВМ - сложная задача. Причина в том, что на производительность влияет слишком много факторов: характеристики элементов, особенности программы, логические возможности системы команд, особенности операционной системы, состав и характеристики оперативной и внешней памяти, способ обмена данными по шине и др. Поэтому более или менее достоверные оценки производительности можно получить только для тех ЭВМ, которые решают ограниченный круг задач.

Известны следующие типы характеристик производительности:

пиковая, или техническая - производительность процессора без учета времени обращения к основной памяти за операндами. Это теоретический максимум быстродействия при идеальных условиях;

номинальная - производительность процессора с оперативной памятью;

системная - производительность базовых технических и программных средств, входящих в комплект поставки ЭВМ;

эксплуатационная - производительность на реальной рабочей нагрузке, формируемой используемыми пакетами прикладных программ.

Методы оценки производительности разделяются на три группы:

расчетные, основанные на информации, получаемой теоретическим или расчетным путем;

экспериментальные, основанные на информации, получаемой с использованием аппаратно-программных измерительных средств; имитационные, реализуемые с помощью моделирования. Основные единицы оценки производительности: абсолютная, определяемая количеством элементарных работ, выполняемых в единицу времени;

относительная, определяемая для оцениваемой ЭВМ относительно базовой в абсолютных единицах в виде индекса производительности.

Пиковая производительность определяется как среднее число команд типа передачи из регистра в регистр, выполняемых в единицу времени без учета их статистического веса в выбранном классе задач.

Номинальная, так же как и системная производительность определяется средним числом команд с учетом их статистического веса. В настоящее время производительность ЭВМ, предназначенных для решения широкого класса задач, оценивается с помощью специально сконструированных тестовых программ. Они формируются из смесей команд, в которых частота появления каждой операции определяется путем статистического анализа программ решения задач определенного (и достаточно широкого) класса, например, научно-технических задач или задач информационного поиска. На основании такого анализа операциям присваиваются определенные весовые коэффициенты.

При использовании смесей команд производительность определяется по формуле:

где a_i и t_i - соответственно весовой коэффициент и длительность выполнения i-ой команды; k - число различных команд в смеси.

В качестве упрощенной оценки производительности можно использовать время выполнения программы

T = NS/R,

где N - количество команд, которые будут реально выполнены в ходе реализации программы (в общем случае оно не совпадает с количеством команд в тексте программы); S - число шагов, необходимых для выполнения одной усредненной команды; R - частота, на которой работает процессор (предполагается, что длительность одного шага совпадает с длительностью одного такта процессора).

Тестовые программы для оценки производительности, существующие в настоящее время, можно разделить на три группы:

1)  наборы тестов фирм-изготовителей для оценки качества собственных изделий;

2)  стандартные универсальные тесты для ЭВМ, предназначенных для сложных вычислений;

3)  специализированные тесты для конкретных областей применения.

Результаты оценивания производительности ЭВМ по разным тестам несопоставимы.

Емкость запоминающих устройств - количество структурных единиц информации, которое можно одновременно хранить в памяти. Обычно эти данные указываются отдельно для оперативной и внешней памяти. Наименьшая структурная единица - бит (один разряд, или одна двоичная цифра).

Как правило, емкость указывают в байтах (8 бит) или в более крупных единицах: килобайтах (1 Кбайт = 2¹⁰ байт = 1024 байта), мегабайтах (1 Мбайт = 2¹⁰ Кбайт), гигабайтах (1 Гбайт = 2¹⁰ Мбайт).

Надежность - способность ЭВМ при определенных условиях выполнять требуемые функции в течение заданного времени (стандарт ISO-2382/14-78). Надежность ухудшается из-за появления неисправностей в аппаратуре. Моменты их возникновения случайны и их поток принято характеризовать средним временем между появлением неисправностей, а в качестве неисправностей рассматривают такие, которые для своего устранения требуют ремонта оборудования. Их называют отказами. Величину X, обратную среднему времени между отказами, называют интенсивностью отказов; это основная характеристика надежности. Ее смысл - среднее количество отказов в единицу времени, размерность – [ч^-1]

Если предположить, что отказы элементов, составляющих устройство ЭВМ, взаимонезависимы и отказ любого элемента приводит к отказу всего устройства, то интенсивность его отказов будет равна

где λ_i - интенсивность отказов элементов i-го типа, c_i - количество элементов i-го типа, входящих в состав устройства.

На основе интенсивности отказов вычисляются другие характеристики надежности, в частности - вероятность исправной работы в течение заданного времени t. Если допустить, что интенсивность отказов не изменяется во времени (что имеет место на определенных этапах эксплуатации техники), то эта вероятность может быть описана экспоненциальным законом: p(t) = exp(-λt). Соответственно вероятность возникновения отказов в течение заданного времени q(t) = 1 - exp(-λt).

Разрядность - длина машинного слова. Она определяется количеством бит информации, которые можно одновременно обрабатывать, и может быть различной для АЛУ, памяти, внешних устройств и при передачах между устройствами. Обычно под разрядностью ЭВМ понимают разрядность АЛУ.

Разрядность определяет точность вычислений - возможность различать почти равные значения (стандарт ISO-2382/2-76). По­скольку требования к точности могут варьироваться в широких пределах в зависимости от области использования ЭВМ, то выбор требуемой разрядности представляет сложную системную задачу. В некоторых случаях применяют специальные программные методы управления разрядностью.

Стоимость - затраты на разработку, изготовление, установку и эксплуатацию ЭВМ. Обычно пользователь имеет дело не со стоимостью, а с ценой, которую устанавливает производитель или торгующая и обслуживающая организация. Выбор ЭВМ представляет собой многоальтернативную задачу, где определяющим критерием является отношение «качество/цена», причем при оценке качества следует учитывать все характеристики ЭВМ, важные для предполагаемой области ее применения, а при оценке затрат - все этапы эксплуатации, принимая во внимание затраты на обслуживание и возможные ремонты.

Контрольные вопросы и упражнения

1.  Что такое «микроконтроллер»? Из чего состоит его ядро? функциональный блок?

2.  Как работают процессоры событий?

3.  Как действуют аппаратные средства режима отладки

4.  Каким образом осуществляется специализация микроконтроллеров?

5.  Как действует режим широтно-импульсной модуляции в микроконтроллере с интегрированными процессорами событий?

6.  Что такое «сегмент»? Какова структура дескриптора сегмента?

7.  Расскажите о классификации вычислительных систем.

8.  Как реализуется аппаратурная совместимость, программная совместимость?

9.  Чем кластер отличается от многомашинной системы?

10.  В чем заключаются достоинства кластерных структур?

11.  Какие функции обеспечивает система управления распределенной базой данных в кластерных структурах?

12.  Чем принцип «файл-сервер» отличается от принципа «клиент- сервер»?

13.  В чем заключается основной недостаток сильносвязанных МКМД- систем?

14.  Какие виды производительности ЭВМ вам известны?

Лекция 18 Классификация средств отображения . Виды средств отображения информации и их основные характеристики