Электронная книга: Михаил Викторович Рыбальченко «Организация ЭВМ и периферийные устройства»

Организация ЭВМ и периферийные устройства

В данной части учебного пособия излагаются основы организации и функционирования компьютеров. Рассматриваются показатели производительности компьютеров и процессоров, приведена структура компьютера, описаны её основные компоненты. Подробно рассмотрен центральный процессор, включая его структуру, особенности системы команд, принцип конвейерной обработки команд, основные режимы работы, особенности построения и функционирования современных микропроцессоров. Рассмотрены основные характеристики и разновидности устройств памяти, принципы их построения и функционирования. Проиллюстрировано функционирование компьютера при выполнении команд. Настоящее учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению 09.03.02 «Информационные системы и технологии», а также может быть полезно студентам, обучающихся по другим направлениям, связанным с применением компьютеров в различных прикладных областях.

Издательство: "Южный Федеральный Университет" (2017)

Категории:

ISBN: 978-5-9275-2523-2,978-5-04-152999-4

Характеристики

Форматы:
Возраст: 0

электронная книга (fb2, fb3, epub, mobi, pdf, html, pdb, lit, doc, rtf, txt)

Цена: 100 руб

Подробнее и скачать

Ознакомительный отрывок книги:

2. Производительность компьютеров и её оценка

   Производительность компьютера является объективной мерой эффективности его функционирования и используется в качестве одного из основных его технических параметров. Производительность определяется архитектурой и рабочей частотой процессора, пропускной способностью системной шины, типом и объёмом оперативной и кэш-памяти и другими особенностями конфигурации. Кроме того, она зависит от типа используемой ОС, применённых для получения программы трансляторов с языков программирования, конкретных приложений и др.

   Таким образом, понятие производительности компьютера является весьма многоплановым, в связи с чем для её оценки используется целый ряд различных показателей.

2.1. Показатели производительности

   Различают следующие показатели производительности:

Пиковая

   1. Пиковая – максимально достижимая производительность процессорной подсистемы компьютера, включающей процессор, кэш- и оперативную память.

Номинальная

   2. Номинальная – средняя производительность процессорной подсистемы компьютера.

Системная

   3. Системная – средняя производительность всей аппаратно-программной системы ПК в целом, т.е. с учётом обмена данными с жёстким диском, видеосистемой, и другими внешними устройствами, взаимодействия с ОС.

Эксплуатационная

   4. Эксплуатационная – производительность компьютера на реальной рабочей нагрузке, с учётом конкретных используемых приложений, например текстовых процессоров, систем автоматизации проектирования, компиляторов и др.

   Очевидно, что для обычного пользователя наибольший интерес представляет именно эксплуатационная производительность компьютера на наиболее часто используемых приложениях. Если же набор таких приложений не определён, то используются значения системной, номинальной и пиковой производительности.

2.2. Методы определения показателей производительности

2.2.1. Пиковая производительность

Пиковая производительность

    Пиковая производительность – производительность процессорной подсистемы компьютера при выполнении коротких команд, т.е. команд, не выполняющих обращений к оперативной и кэш-памяти. Такие команды обычно связаны с выполнением различных регистровых операций (например, инкремент регистра INC AX, пересылка данных MOV AX, BX) и могут выполняться за один цикл работы процессора.

   Таким образом, пиковая производительность – число команд типа «регистр – регистр», выполняемых процессорной подсистемой в единицу времени без учета статистического веса таких команд в реальных программах. Обычно пиковая производительность оценивается для команды типа «Нет операции» (NOP – No OPeration) (Данная команда выбирается из оперативной памяти, декодируется и не выполняет никаких действий, в связи с чем имеет минимальное время вполнения.).

   Пиковая производительность зависит как от тактовой частоты процессора, так и от его архитектуры и микроархитектуры. Для выявления эффективности архитектуры и микроархитектуры целесообразно проводить сравнение пиковой производительности процессоров при одинаковой частоте.

2.2.2. Номинальная производительность

Номинальная производительность

    Номинальная производительность – среднее число команд, включая команды обмена с оперативной памятью, выполняемых в единицу времени процессорной подсистемой. Используемые при этом наборы команд подбирают с учетом их статистического веса (частоты использования) в популярных приложениях и имитируют реальную нагрузку на процессорную подсистему.

   Номинальная производительность измеряется при помощи как абсолютных (количество операций в секунду), так и относительных единиц (программные тесты).

   В качестве абсолютных используются следующие единицы:

   • количество миллионов инструкций (команд) в секунду, MIPS (Million Instructions Per Second);

   • количество операций в секунду над числами с плавающей точкой, FLOPS (FLoating-point Operations Per Second), а также производные единицы MFLOPS, GFLOPS, TFLOPS, PFLOPS и др.

   Для оценки номинальной производительности широко используется тестовый пакет SPEC CPU от фирмы SPEC (Standard Performance Evaluation Corporation) (Последняя версия тестового пакета SPEC CPU2006 V 1.2 (2011 г.) вычисляет оценки SPECint2006 и SPECfp2006.). Пакет вычисляет две оценки – SPECint и SPECfp, представляющие целочисленные вычисления и вычисления над числами с плавающей точкой соответственно.

   Тест SPECint использует универсальные наборы команд над числами с фиксированной точкой и сбалансирован по типам операций, глобальных и локальных переменных и констант в результате статистического исследования и усреднения по большому числу реальных программ (архивация, компиляция с С, комбинаторная оптимизация, искусственный интеллект, игра в шахматы, сжатие видео). Таким образом, тест фактически оценивает производительность процессорной подсистемы без учёта математического сопроцессора.

   Тест SPECfp использует базовые арифметические команды над числами с фиксированной и плавающей точками одинарной и двойной точности с равновероятным распределением команд, операции вычисления тригонометрических функций, логарифмов и др. (распознавание речи, уравнение Максвелла, вычисление 3-мерных моделей в гидравлике, моделирование биомолекулярных систем, имитация отжига, симплес-метод).

   Результат измерения выдается в виде коэффициента соотношения производительности тестируемой системы к производительности эталонной системы. В качестве эталонной системы корпорация SPEC выбрала систему Sun «Ultra Enterprise 2» на базе процессора Sun UltraSPARC II с частотой 296 МГц (1997 г.), но с увеличенным объемом кэша и оперативной памяти.

2.2.3. Системная производительность

   Результаты оценки системной производительности некоторого компьютера обычно приводятся относительно базового компьютера стандартной конфигурации либо относительно некоторого набора компьютеров. Результаты оформляются в виде сравнительных таблиц, двухмерных и трёхмерных графиков и диаграмм.

   Одним из известных тестов системной производительности является Business Winstone (Последняя версия пакета Winstone вышла в 2004 г.). Тест Winstone измеряет среднюю производительность компьютера при выполнении популярных офисных Windows- приложений с учётом величины занимаемого этими приложениями сектора рынка (текстовые процессоры, электронные таблицы, системы управления базами данных, программы деловой графики, издательские системы и т.д.). Результаты теста Winstone представляются в виде индекса производительности относительно базового ПК.

Примечание

   Сектор рынка, занимаемый некоторым приложением, косвенно определяет удельный вес общего компьютерного времени, используемого данным приложением.

   Популярным тестом системной производительности является также пакет SYSmark. Он широко используется специалистами по информационным технологиям, производителями компьютерного оборудования, аналитиками и журналистами. Тесты SYSmark SE разделены на два сценария: создание интернет-контента и офисная производительность. В тесте создания интернет-контента можно выделить три тестовые группы: 3D-графика, 2D-графика и web-публикация. Сценарий офисной производительности также разделён на три тестовые группы: связь (электронная почта, календарь и просмотр web-страниц), создание документов и анализ данных. Приложения запускаются не последовательно, одно за другим (как в предыдущих версиях), а одновременно, и в процессе прохождения теста осуществляется переключение между ними, что точнее соответствует реальным условиям типичной офисной работы.

2.2.4. Эксплуатационная производительность

Эксплуатационная производительность

    Эксплуатационная производительность – производительность компьютера (либо его компонента или подсистемы) при выполнении конкретных приложений. Так, например, если компьютер предполагается использовать преимущественно для решения задач автоматизации проектирования, то целесообразно протестировать его тестами AutoCAD, которые интегрально оценивают производительность ПК на этой нагрузке. Соответственно оценивается производительность тестами С Сomplier (тест компиляции с языка Си), Adobe Photoshop (тест фотоэффектов программы PhotoShop), текстовых процессоров (загрузка, прокрутка, печать документов, поиск/замена фрагментов текста), Quake (игровой тест) и т.д.

   В случае систематического использования на компьютере нескольких приложений для оценки эксплуатационной производительности может быть сформирован интегральный показатель на основе определения весовых коэффициентов отдельных приложений.

2.3. Производительность процессоров

   Достаточно продолжительное время основной мерой производительности процессоров и компьютеров в целом служила их тактовая частота. Однако по мере усложнения внутренней организации микропроцессоров (кэш-память, конвейерная обработка, суперскалярность, многоядерность и т.д.) этот параметр утратил своё определяющее значение. В настоящее время для оценки производительности процессоров используется ряд специальных единиц.

   Для измерения производительности своих 32-разрядных процессоров фирма Intel в 1992 г. предложила следующую единицу: индекс относительной производительности микропроцессоров Intel, называемый iCOMP Index (Intel COmparative Microprocessor Performance Index).

   В 1996 г. была введена новая единица – iCOMP Index 2.0, ориентированная на Pentium (MMX) – процессоры. При вычислении этого индекса полностью исключены 16-битные операции и добавлен мультимедийный тест (≈20 %).

   В последней версии индекса iCOMP Index 3.0 (≈2000 г.) было учтено возросшее использование трёхмерной графики, мультимедийных средств, технологий Internet, обработки потоковых данных и вычислительных задач. При вычислении данного индекса используются команды из набора команд SSE. Базовым был выбран процессор Pentium II 350 МГц, индекс производительности которого принят равным 1000 единицам, а, например, Pentium III 1000 МГц имеет значение iCOMP 3.0, равное 3280.

   Производительность процессоров оценивается также с помощью специальной единицы, называемой Pentium-рейтинг или P-Rating (PR). P-Rating некоторого процессора соответствует частоте эквивалентного ему по производительности Intel Pentium – процессора на тестах WinStone, выраженной в МГц. Например, P-Rating некоторого процессора, равный 4000+, означает, что данный процессор на эталонных тестах WinStone имеет производительность не ниже, чем Pentium 4000 МГц.

Вопросы для самопроверки

   1. Что такое пиковая производительность компьютера и как она определяется?

   2. Дайте понятие номинальной производительности и охарактеризуйте методы её определения.

   3. Поясните понятие системной производительности и укажите способы её определения.

   4. Что такое эксплуатационная производительность компьютера? Приведите примеры тестов эксплуатационной производительности.

   5. Поясните способы и единицы измерения производительности процессоров.

Содержание отрывка:

Другие книги схожей тематики:

АвторКнигаОписаниеГодЦенаТип книги
Орлов Сергей АлександровичОрганизация ЭВМ и систем. УчебникФундаментальный курс по архитектуре и структуре современных компьютерных средств. Основная задача данной книги - обучение основным принципам построения и функционирования современных… — Питер, (формат: 60x88/16, 220 стр.) Учебник для ВУЗов Подробнее...2018
2343бумажная книга
Орлов С.А.Организация ЭВМ и системФундаментальный курс по архитектуре и структуре современных компьютерных средств. Основная задача данной книги - обучение основным принципам построения и функционирования современных… — Питер, (формат: 60x88/16, 220 стр.) Учебник для ВУЗов Подробнее...2018
1479бумажная книга
Орлов Сергей АлександровичОрганизация ЭВМ и систем. УчебникФундаментальный курс по архитектуре и структуре современных компьютерных средств.Основная задача данной книги - обучение основным принципам построения и функционирования современных вычислительных… — ПИТЕР, (формат: 70x100/16, 688 стр.) Учебник для ВУЗов Подробнее...2018
2083бумажная книга
Сергей ОрловОрганизация ЭВМ и систем. УчебникОсновная задача данной книги - обучение основным принципам построения и функционирования современных вычислительных машин и вычислительных систем, привитие навыков их анализа и применения. Учебник… — Питер, (формат: 70x100/16, 688 стр.) Подробнее...2018
1479бумажная книга
Куляс О. Л., Никитин К. А.Курс программирования на ASSEMBLERУчебное пособие может использоваться студентами вузов, ссузов и учащимися старших классов очной, заочной и дистанционной форм обучения, изучающими вопросы архитектуры и организации вычислительных… — Солон-пресс, (формат: 60x90/16, 368 стр.) Библиотека студента Подробнее...2017
705бумажная книга
Куляс О.Л.Курс программирования на ASSEMBLERУчебное пособие может использоваться студентами вузов, ссузов и учащимися старших классов очной, заочной и дистанционной форм обучения, изучающими вопросы архитектуры и организации вычислительных… — Солон-пресс, (формат: 60x90/16, 368 стр.) Библиотека студента Подробнее...2019
513бумажная книга
К. А. Никитин, О. Л. КулясБиблиотека студента. Курс программирования на ASSEMBLER. Учебное пособиеУчебное пособие может использоваться студентами вузов, ссузов и учащимися старших классов очной, заочной и дистанционной форм обучения, изучающими вопросы архитектуры и организации вычислительных… — Солон-Пресс, (формат: 60x88/16, 220 стр.) Подробнее...2017
651бумажная книга
Ю. М. КелимВычислительная техникаИзложены сведения об электронной вычислительной технике: классификация, характеристики, принцип действия цифровых вычислительных машин (компьютеров); виды информации и способы представления ее в ЭВМ… — Academia, (формат: 60x90/16, 368 стр.) Среднее профессиональное образование Подробнее...2013
1190бумажная книга
Ю. М. КелимВычислительная техникаИзложены сведения об электронной вычислительной технике: классификация, характеристики, принцип действия цифровых вычислительных машин (компьютеров); виды информации и способы представления ее в ЭВМ… — Академия, (формат: 60x90/16, 368 стр.) Среднее профессиональное образование Подробнее...2013
1231бумажная книга
Келим Юрий МихайловичВычислительная техника. Учебник для студентов учреждений среднего профессионального образованияИзложены сведения об электронной вычислительной технике: классификация, характеристики, принцип действия цифровых вычислительных машин (компьютеров); виды информации и способы представления ее в ЭВМ… — Неизвестный, (формат: 60x90/16, 368 стр.) Подробнее...2015
1356бумажная книга

Look at other dictionaries:

  • Оценка персонала — Система оценки персонала  это набор нескольких инструментальных систем, прочно связанных основными функциями управления персоналом: Подбор и расстановка персонала Мотивация, компенсации и льготы Обучение и развитие Работа с кадровым резервом …   Википедия

  • Экономика США — (U.S. Economy) Экономика США это крупнейшая экономика в мире, локомотив мировой экономики, определяющая ее направление и состояние Определение экономики США, ее история, структура, элементы, периоды роста и краха, экономические кризисы в Америке …   Энциклопедия инвестора

  • Pentium 4 — <<   Pentium 4   >> Центральный процессор Производство …   Википедия

  • Willamette — <<   Pentium 4   >> Центральный процессор Производство: с 2000 по 2008 год Производитель: ЦП: 1300 3800 МГц Частота FSB …   Википедия

  • American McGee’s Alice — Обложка оригинальной американской версии игры под Windows Разработчик Rogue Entertainment …   Википедия

  • iPad — (Айпад) Интернет планшет компании Apple, основные характеристики iPad Поставщики комплектующих для iPad, особенности и аксессуары iPad, рабочие функции iPad, процессор A6X в iPad, приложения в iPad, отличие iPad от iPhone или iPod touch… …   Энциклопедия инвестора

  • Суперкомпьютер — Стиль этой статьи неэнциклопедичен или нарушает нормы русского языка. Статью следует исправить согласно стилистическим правилам Википедии …   Википедия

  • The Elder Scrolls IV: Oblivion — Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей …   Википедия

  • Silent Hill 2 — У этого термина существуют и другие значения, см. Silent Hill. Silent Hill 2 Североамериканская обложка игры с изображением Анжелы Ороско и логотипа проекта …   Википедия

  • Инфраструктура — (Infrastructure) Инфраструктура это комплекс взаимосвязанных обслуживающих структур или объектов Транспортная, социальная, дорожная, рыночная, инновационная инфраструктуры, их развитие и элементы Содержание >>>>>>>> …   Энциклопедия инвестора

  • Менеджмент — (Management) Менеджмент это совокупность методов управления предприятием Теория, цели и задачи менеджмента, менеджер и его роль в развитии предприятия Содержание >>>>>>>>>>>> …   Энциклопедия инвестора


Share the article and excerpts

Direct link
Do a right-click on the link above
and select “Copy Link”

Мы используем куки для наилучшего представления нашего сайта. Продолжая использовать данный сайт, вы соглашаетесь с этим.