Глава 5 производительность компьютера. Способы ее измерения

Измерение производительности компьютера Факторы, влияющие на быстродействие:

Конвейерные прерывания

Быстродействие ОЗУ

Исчезновение циклов памяти

Низкая эффективность программного обеспечения

Быстродействие дисковой памяти

Фактор чередования

Кэширование дисковой памяти

Электронный диск

Буферизация

Измерение производительности компьютера Единицы измерения производительности обычно выражаются в:

KOPS. -тысячах операций в секунду

MIPS. -миллионах инструкций или команд в секунду

FLOPS. -миллионах операций с плавающей запятой в секунду

Быстродействие компьютера оценивается как время выполнения им некоторого произвольного набора команд. Но это имеет смысл при сравнении нескольких процессоров одного семейства, поскольку системы команд процессоров различных типов могут сильно отличаться друг от друга.

Другой подход заключается в сравнении тактовых частот процессоров. Преимущество этого подхода - простота: увеличение тактовой частоты процессора автоматически ведет к повышению его быстродействия, но при сравнении производительности процессоров различных типов можно столкнуться с тем, что для выполнения однотипных команд разные процессоры затрачивают отнюдь не одинаковое количество циклов.

Факторы влияющие на быстродействие: Конвейерные прерывания Один из методов увеличения производительности компьютера - выполнение нескольких команд одновременно. Это достигается при помощи конвейерной технологии: несколько последовательных команд находятся на разных стадиях выполнения - от декодирования до запоминания результата. В этом случае при передаче управления происходит отбрасывание частично выполненных команд, оставшихся на конвейере. Такие прерывания существенно ограничивают производительность.

Быстродействие ОЗУ Если процессор по своей производительности значительно превосходит оперативную память системы, то при каждом обращении к ней процессор несколько циклов отрабатывает "вхолостую". В случае, когда 32-разрядный процессор работает с 16-разрядным ОЗУ, процессор должен ожидать завершения обработки двух последовательных запросов.

Исчезновение циклов памяти В компьютерах, где системное ОЗУ используется центральным процессором и видеоадаптером совместно, то, поскольку, эти обращения не могут происходить одновременно, в самом простом случае, процессору и видеоадаптеру присваиваются альтернативные циклы доступа к памяти. По сути дела видеоадаптер как бы ворует циклы процессора по мере необходимости.

Низкая эффективность программного обеспечения Программное обеспечение не может само по себе научиться использовать преимущества новейших достижений в сфере увеличения производительности аппаратуры. Если операционные системы обычно проверяют наличие сопроцессора или расширенной системы команд, то прикладные пакеты, как правило, такой проверки не производят, и, соответственно, все дополнительные возможности аппаратуры просто игнорируются.

Немаловажным фактором, влияющим на производительность системы, является и то, что время, необходимое на выполнение одной операции доступа к памяти или к диску, подвержено влиянию других операций доступа. В данном случае ограничения налагает полоса пропускания сигналов. С другой стороны дисковый накопитель может обрабатывать одновременно только один запрос, таким образом образуется очередь, в которой новые запросы ожидают завершения обработки предыдущих программ.

Наилучшим способом измерения производительности вычислительной системы является временная оценка работы тех прикладных программ, которые в дальнейшем будут на ней использоваться. Это основа тестирования, которое действительно будет иметь смысл для конкретного пользователя.

Быстродействие дисковой памяти Производительность дисковой подсистемы очень сильно влияет на общую производительность компьютера.

Основные причины, приводящие к замедлению работы диска:

- неправильный выбор фактора чередования при форматировании диска на низком уровне;

- сильная фрагментация файлов;

- отсутствие буферизации дискового ввода/вывода или неправильное использование такой буферизации;

- отсутствие драйвера кэширования дисковой памяти;

- неправильная установка переменной среды PATH операционной системы MS-DOS;

Фактор чередования Обычно секторы на дорожке располагаются в порядке возрастания и порядковых номеров. Процедура чтения заключается в том, что контроллер диска устанавливает головки на нужную дорожку и начинает сканировать подряд все секторы для того чтобы найти требуемый сектор. Контроллер при поиске пользуется номером сектора, записанным в области служебной информации. После того как головка окажется над искомым сектором, начинается процесс считывания данных (512 байт) и записи их в оперативную память, как только все данные записаны в память, компьютер выдает контроллеру команду чтения следующего сектора.

Однако пока контроллер записывал данные пока компьютер выдавал команду на чтение следующего сектора, диск, разумеется, продол жал вращаться. И если производительность контроллера диска недостаточна, к моменту начала чтения второго сектора головка уже может проскочить управляющую запись второго сектора. Поэтому следующий сектор, который обнаружит контроллер, будет иметь номер 3.

Теперь контроллер будет ждать, пока диск повернется на один оборот, и только тогда он сможет прочитать второй сектор. Таким образом, если программа будет читать несколько секторов подряд, на чтение каждого сектора будет потрачено время равное времени оборота диска.

Чтобы улучшить временные характеристики можно, например, располагать секторы через один, в таком случае после чтения одного сектора будет достаточно времени для чтения следующего и вся дорожка может быть считана за 2 оборота диска.

Кэширование дисковой памяти Во время работы операционная система и прикладные программы часто обращаются к одним и тем же файлам или к одним и тем же областям диска. Чтобы избежать повторения операции чтения диска при обращении к наиболее часто используемым программам применяется кэширование дисковой памяти: в области оперативной памяти выделяется некоторое пространство для хранения содержимого секторов диска – кэш буфер. Вначале вся эта область свободна. Когда программа начинает работать с диском, затребованные ею секторы копируются в кэш буфер. Теперь если программе нужен сектор, кэш драйвер проверяет, нет ли его в кэш буфере. Если есть, физическое чтение диска не выполняется, программа пользуется копией сектора из буфера.

Если требуемого сектора в кэш буфере нет, он читается с диска и записывается в кэш буфер. Кэширование диска для некоторых программ дает увеличение быстродействия в несколько раз.

Электронный диск Если в вашем компьютере имеется расширенная или дополнительная память, вы можете организовать так называемый электронный диск. Подключив в файле CONFIG.SYS драйвер RAMDRIVE.SYS, вы получите дополнительный псевдодиск, организованный в оперативной памяти. От обычного диска он будет отличаться более высоким быстродействием. Кроме того, т. к. данные, записанные на электронный диск, хранятся в оперативной памяти, при выключении питания компьютера содержимое электронного диска будет потеряно.

Буферизация Еще один путь к увеличению быстродействия дисковой подсистемы лежит в использовании буферизации ввода/вывода. Команда BUFFERS имеет следующий формат:

BUFFERS=n

n задает количество буферов, которые MS-DOS использует для ввода/вывода. Буфера используются следующим образом: все читаемые с диска секторы записываются в буферы. Если в последствии какой-либо программе требуются прочитанный ранее и записанный в буфер сектор, он извлекается из буфера. Физического чтения сектора с диска не происходит.