7.3 Продуктивність мікропроцесорів та її оцінювання

7.3.1 Технічна продуктивність мікропроцесора

Технічна пікова продуктивність МП – це теоретичний максимум швидкодії комп’ютера або МПС при ідеальних умовах. Вона визначається як кількість обчислювальних операцій, які виконуються за секунду усіма арифметико-логічними пристроями, які є у процесорі. Максимальна швидкодія досягається при обробці нескінченної послідовності не зв’язаних між собою за даними команд, які також не конфліктують при доступі до пам’яті. Практично жодна система не може довго працювати з максимальною продуктивністю, але майже всі комп’ютери досягають 0,8…0,95 максимуму.

Для оцінки пікової продуктивності потрібно знати тактову частоту процесора, розрядність оброблюваних даних, пропускної здатності та кількості внутрішніх шин, перелік функціональних пристроїв.

Відповідність між одиницями вимірювання тактової частоти та продуктивності процесора встановлюється для одного конвеєра такою: 1 МГц відповідає 1 MFLOPS або 1 MIPS пікової залежно від типу операції – з плавучою або фіксованою точками. Для суперскалярних процесорів пікова продуктивність обчислюється множенням значення тактової частоти на кількість паралельно виконуваних операцій.

7.3.2 Реальна продуктивність мікропроцесора

Складна архітектура сучасних високопродуктивних процесорів — суперскалярна та суперконвеєрне оброблення даних, багаторівнева пам’ять тощо призводять до того, що характеристики швидкодії на рівні внутрішніх пристроїв істотно залежать від програми та даних.

У світовій практиці набуло широкого розповсюдження використання наборів задач (тестів), характерних для визначеної області застосування обчислювальної техніки, для оцінки продуктивності комп’ютерів. Час, необхідний для вирішення кожної задачі з набору, складає основу для обчислення індекса продуктивності, який є відносною оцінкою.

Першу групу тестів складають компанії-виробники для попередньої оцінки. Головна їх особливість в тому, що вони орієнтовані на порівняння обмеженої кількості комп’ютерів, які часто відносяться до одного сімейства. Прикладом такої оцінки для МП з архітектурою х86 компанія Intel запропонувала індекс продуктивності iCOMP (Intel Corporative Microprocessor Performance), а у якості еталонного прийнятий процесор І80486 SX-25, для якого індекс дорівнює 100. Індекс iCOMP визначається при виконанні суміші операцій, яка складається з 67% операцій над 16-розрядними цілими, 3% операцій над 16-розрядними числами з плавучою точкою, 25% – над 32-розрядними цілими та 5% — над 32-розрядними числами з плавучою точкою і оцінює тільки продуктивність мікропроцесора, а не системи.

Стандартні тести, орієнтовані на порівняння широкого спектру комп’ютерів, складаються незалежними експертами або групами, об’єднуючими потужних виробників комп’ютерів. Це виключає орієнтацію тестів на конкретного виробника. Так, для оцінки серверів, які оброблюють трансакції у реальному часі використовується набір тестів TPP–C (Transaction Processing Performance Council), а продуктивність оцінюється кількістю трансакцій, які виконуються за хвилину.

Існують також тести, які орієнтовані на вибір комп’ютерів та програмного забезпечення, найбільш придатних для вирішення певного кола задач. Такі тести дають найбільш точні оцінки продуктивності для конкретного класу додатків.

Найбільшої популярності набули пакети тестових програм компанії SPEC (Standard Performance Evalution Corporation) – SPEC 89, SPEC 92 тощо. Задачі, які входять в тестові пакети, вражають своєю різноманітністю і торкаються широких областей наукової та прикладної діяльності: задача з теорії мереж, інтерпретатор мови Lisp, Unix – утиліта пакування тестового файлу 1 Мбайт, який стискається у 20 разів, моделювання керуванням руху робота з використанням відеосистеми, моделювання вуха людини тощо. В останні версії тестів були включені задачі для оцінки продуктивності процесора у багатозадачному режимі для однорідного навантаження (комп’ютер виконував багато копій одної програми), а результатом вимірювань був нормований загальний час виконання всіх копій.