Лабораторна робота № 2 визначення швидкодії ЕОМ

Тема:

Визначення швидкодії ЕОМ.

Мета:

Засвоєння практичних засобів визначення часу виконання

арифметичних і логічних операцій в процесорі.

Теоретичні відомості

До найважливіших характеристики ЕОМ відносять:

- Продуктивність ЕОМ;

- Ємність ОЗП і ЗЗУ;

- Система команд;

- Програмне забезпечення;

- Надійність;

- Вартість.

Вище наведені характеристики зв'язані між собою складними функціональними залежностями, що визначаються засобами організації, елементною базою, технологією виробництва і т. п. Характеристики ЕОМ в більшості випадків є векторними величинами.

Продуктивність ЕОМ - характеристика обчислювальної потужності, та визначає кількість обчислювальної роботи, що виконується на ЕОМ за одиницю часу. Дане визначення продуктивності не є конструктивним, тому що відсутнє чітке, інтуїтивно зрозуміле для користувача, поняття "одиниці обчислювальної роботи". По цій причині на практиці користуються різноманітними наборами чисел, що характеризують продуктивність

ЕОМ.

Номінальна продуктивність - вектор V=(V1, V2,..., Vn), складатися з швидкодії пристрої, що входять в ЕОМ. Наприклад, швидкодія процесора, оперативної пам'яті, каналів, накопичувачів, пристроїв введення-виведення. Під швидкодією розуміється кількість операцій, що виконуються за одиницю часу. Поняття "номінальної продуктивності" зручне для виробників ЕОМ і характеризує потенційні можливості ЕОМ в сенсі швидкості обробки даних.

Наявність загальних ресурсів в ЕОМ не дозволяє повністю використати їх номінальну продуктивність. Наприклад, наявність в структурі одного селекторного каналу не дозволяє читати (або записувати) інформацію з двох (чи більше) накопичувачів на магнітних дисках, одночасно. Тому інколи вводять поняття комплексної продуктивності ЕОМ, що характеризує не тільки швидкодію пристроїв, але і структуру зв'язків між ними, можливість паралельної роботи частини пристроїв.

Складність структури сучасних ЕОМ призвела до необхідності створення і постійної експлуатації комплексу програм, що здійснюють управління обчислювальним процесом і реалізують найбільш загальні алгоритми обробки інформації. Цей комплекс програм відомий під назвою "операційна система". Структура технічних засобів ЕОМ і порядок проходження задачі користувача через ЕОМ, що визначається операційною системою, характеризує системну продуктивність ЕОМ.

Врахування параметрів задач користувача (трудомісткість алгоритму, кількість звернень до пристроїв введення-виведення, необхідна ємність ОП та інше) призводять визначення поняття продуктивності з точки зору навантаження користувача (користувацька продуктивність). Така, "користувацька продуктивність" характеризується кількістю задач користувача, що вирішуються за одиницю часу. Користувацька продуктивність важлива для користувача, але мало актуальна для виробників універсальних ЕОМ.

Відомо, що найважливішим параметром продуктивності ЕОМ є його швидкодія, іншими словами, швидкість обробки інформації. Найчастіше під швидкодією ЕОМ розуміють швидкість або час виконання тільки процесорних операцій. Швидкість і час виконання операцій зв'язані між собою співвідношенням:

(2.1)

де V - швидкість виконання операцій, що вимірюється кількістю операцій за секунду; τ- час виконання однієї операції.

Швидкодію ЕОМ визначають: швидкодія процесора та час звернення до ОЗП. В загальному випадку швидкодія ЕОМ істотно відрізняється для різних процесорних операцій. Процесорні операції, в свою чергу, характеризуються числом звернень до ОЗП або регістрів загального призначення, алгоритмами обробки, вхідними даними. Тому для характеристики швидкодії ЕОМ можна ввести поняття номінальної швидкодії ЕОМ, що визначається вектором значень V1, V2,..., V_M або τ₁, τ₂,..., τ_Μ, де М- число операцій, що виконуються ЕОМ, Vi (i=1.2,..., Μ) - середнє число операцій i-го типу, що виконуються за секунду, τ₁ (i=1.2,..., M) - середній час виконання i-ї операції.

Порівняння ЕОМ по номінальній швидкодії є дуже важкою задачею важко із-за великого числа операцій та їхнього різноманітного складу. Для користувача більш простою величиною є середня швидкодія ЕОМ, що визначається наступним виразом:

(2.2)

де p_i (i=1.2,…..М) - імовірність виконання i-ї операції.

Очевидно, що

(2.3)

Тоді знаменник виразу (2.2) буде відображати математичне ждання тривалості операції.

Але в свою чергу величина імовірності виконання операції p_i визначається задачею, що вирішується. В нинішній час для порівняння різноманітних ЕОМ використовують, так звані суміші Гібсона, що задають імовірність використання операцій для різноманітних класів задач, що вирішуються.

Практичні значення Vi або τ_i (i=1.2,..., M) для конкретної ЕОМ, при різних значеннях навантаження можуть бути визначені декількома методами:

1) Використати відоме значення i-ї операції алгоритму в ЕОМ. На основі технічної документації складається граф-схема мікропрограми заданої операції і для конкретних вхідних даних визначається число тактових імпульсів. Період тактових імпульсів вимірюється безпосередньо на ЕОМ (з допомогою осцилографа чи інших пристроїв).

2) В процесорі заблокувати нарощування лічильника адреси команд (якщо це передбачене конструкцією ЕОМ) та запустити ЕОМ на виконання заданої операції в автоматичному режимі. З допомогою осцилографа визначити період виконання операції. Слід відзначити, що даний метод може інколи дати невірний результат для тих команд, що застосовують значення одного чи декількох операндів в ході свого виконання.

3) Сучасні ЕОМ мають таймери - пристрій для виміру тимчасових інтервалів з достатньо високою точністю. Суть методу полягає в наступному: запускається на виконання деяка програма та оцінюється час її виконання по показах таймера. Потім запускається на виконання друга програма, що відрізняється від попередньою тільки наявністю додаткової операції. Заміряється та оцінюється час виконання цієї програми. Очевидно, що ризниця часів виконання першої та другої програми дозволяє однозначно встановити часове значення додаткової операції.

Завдання для виконання

1. Перед виконанням роботи ознайомитись з теоретичними відомостями.

2. В відповідності до отриманого номеру варіанту вибирається команда ЕОМ, час виконання якої слід визначити з допомогою третього методу.

3. Розробити дві програми (згідно методу три та одержаного варіанту). Програми повинні бути циклічними, щоб ризниця часу їх виконання була відчутної та фіксувалася операційною системою. Програми слід написати на мові Асемблер (або іншій за погодженням з викладачем), передбачивши в них гадання різноманітних вхідних даних. При розробці програм на мовах високого рівня слід врахувати, що компілятори можуть оптимізувати код програми.

4. Розроблені програми виконуються на ЕОМ для трьох варіантів вхідних даних. Бажано, щоб вхідні дані були "легкими", "середніми" та "важкими" (наприклад, для операції складання двійкових чисел з плаваючою крапкою вхідні дані будуть "легкими", якщо порядки чисел будуть однаковими, "важкими" - для чисел з максимально можливою відмінністю порядків, "середніми" - для проміжних випадків). Для вибору вхідних даних необхідно ознайомитись з алгоритмом виконання операції в ЕОМ.

Контрольні запитання

1. Дати визначення швидкодії ЕОМ.

2. Що таке продуктивність ЕОМ?

3. Що таке номінальна продуктивність?

4. Дати визначення комплексної продуктивності та навести приклади.

5. Навести приклади комплексних ресурсів в ЕОМ.

6. Дати визначення системної продуктивності ЕОМ та навести приклади.

7. Дати визначення "користувацької продуктивності", навести приклади.

8. Які ЕОМ називаються проблемно-орієнтованими?

9. Які ЕОМ відносяться до класу спеціалізованих?

10. Що таке операційна система і її основне призначення?

11. Що таке суміші Гібсона і навіщо вони потрібні?

12. Запропонувати свій метод оцінки швидкодії ЕОМ.

13. Що таке транслятор який оптимізує код мов високого рівня?

Література

1. Майоров С.А., Новиков Г.И. "Структура ЭВМ" - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1979. - 384 с.

2. Каган Б.М. "ЭВМ и системы"- М.: Энергоатомиздат, 1985. -552с.

3. Феррари Д. "Оценка производительности вычислительных систем" - М.: Мир, 1981.-576 с.

Таблиця 2.1. –Варіанти завдань

Примітка до таблиці 2.1:

Ц – цілі числа;

Д – дійсні числа одинарної точності;

ВД - дійсні числа подвійної точності;

Д – десяткові числа.

Дата добавления: 2015-05-24