 |
Технические и эксплуатационные характеристики ЭВМ
|
|
|
|
Уфимский финансово-экономический колледж
(Уфимский филиал Финуниверситета)
Практическая работа №4
Тема: «Эксплуатационные характеристики оборудования»
Цель: овладение знаниями об эксплуатационных характеристиках
.
Выполнила:
Студентка группы ПИ-33-11 Романюк Е.С.
1.
1. Какими характеристиками должен обладать ПК?
Технические и эксплуатационные характеристики ЭВМ
Производительность компьютера
Основным техническим параметром ЭВМ является её производительность. Этот показатель определяется архитектурой процессора, иерархией внутренней и внешней памяти, пропускной способностью системного интерфейса, системой прерывания, набором периферийных устройств в конкретной конфигурации, совершенством ОС и т.д.
Различают следующие виды производительности:
· пиковая (предельная) – это производительность процессора без учета времени обращения к оперативной памяти (ОП) за операндами;
· номинальная – производительность процессора с ОП;
· системная – производительность базовых технических и программных средств, входящих в комплект поставки ЭВМ;
· эксплуатационная – производительность на реальной рабочей нагрузке, формируемой в основном используемыми пакетами прикладных программ общего назначения.
Методы определения производительности разделяются на три основных группы:
· расчетные, основанные на информации, получаемой теоретическим или эмпирическим путем;
· экспериментальные, основанные на информации, получаемой с использованием аппаратно-программных измерительных средств;
· имитационные, основанные на моделировании и применяемые для сложных ЭВМ.
|
|
|
Основные единицы оценки производительности:
· абсолютная, определяемая количеством элементарных работ, выполняемых в единицу времени;
· относительная, определяемая для оцениваемой ЭВМ относительно базовой в виде индекса производительности.
Для каждого вида производительности применяются следующие традиционные методы их определения.
Пиковая производительность (быстродействие) определяется средним числом команд типа «регистр–регистр», выполняемых в одну секунду, без учета их статистического веса в выбранном классе задач.
Номинальная производительность (быстродействие) определяется средним числом команд, выполняемых подсистемой «процессор–память» с учетом их статистического веса в выбранном классе задач. Она рассчитывается, как правило, по формулам и специальным методикам, предложенным для процессоров определенных архитектур, и измеряется с помощью разработанных для них измерительных программ, реализующих соответствующую эталонную нагрузку.
Для данных типов производительностей используются следующие единицы измерения:
· MIPS (Mega Instruction Per Second) – миллион команд в секунду;
· MFLOPS (Mega Floating Operations Per Second) – миллион операций над числами с плавающей запятой в секунду;
· GFLOPS (Giga Floating Operations Per Second) – миллиард операций над числами с плавающей запятой в секунду;
· TFLOPS (Tera Floating Operations Per Second) – триллион операций над числами с плавающей запятой в секунду;
· PFLOPS (Peta Floating Operations Per Second) – квадриллион операций над числами с плавающей запятой в секунду.
Системная производительность измеряется с помощью синтезированных типовых (тестовых) оценочных программ, реализованных на унифицированных языках высокого уровня. Унифицированные тестовые программы используют типичные алгоритмические действия, характерные для реальных применений, и штатные компиляторы ЭВМ. Они рассчитаны на использование базовых технических средств и позволяют измерять производительность для расширенных конфигураций технических средств. Результаты оценки системной производительности ЭВМ конкретной архитектуры приводятся относительно базового образца, в качестве которого используются ЭВМ, являющиеся промышленными стандартами систем ЭВМ различной архитектуры. Результаты оформляются в виде сравнительных таблиц, двумерных графиков и трехмерных изображений.
|
|
|
Эксплуатационная производительность оценивается на основании использования данных о реальной рабочей нагрузке и функционировании ЭВМ при выполнении типовых производственных нагрузок в основных областях применения. Расчеты делаются главным образом на уровне типовых пакетов прикладных программ текстообработки, систем управления базами данных, пакетов автоматизации проектирования, графических пакетов и т.д.
Была создана целая процедура тестирования True Performance Initiative (процедура измерения реальной производительности – TPI). Методика TPI состоит в измерении эксплуатационной производительности в трех разделах: Productivity – программные приложения; Visual Computing – компьютерная визуализация; Gaming – компьютерные игры.
Для первого раздела используются тесты: Sysmark2007, Mathematica 6, 3ds Max 9 (SPECapc) и др.; для второго – Photoshop CS 3, After Effects CS3, Win RAR 3.7; для третьего – 3DMark2006, Quake 4 и др.
Энергоэффективность процессора
В последнее время при сравнении процессоров пользуются отношением производительности к энергопотреблению, которое получило название энергоэффективность процессора. Разработчики процессоров предложили оценивать производительность (Р) как произведение тактовой (рабочей) частоты процессора (f) на величину k, определяющую количество инструкций, исполняемых процессором за один такт:
P = f · k.
Получается, что увеличить производительность можно, поднимая частоту и/или увеличивая количество инструкций, выполняемых за один такт. Первый подход ведет к увеличению энергопотребления, а второй требует использования определенной микроархитектуры процессора (многоядерной), в которой заложены различные технологии, направленные на повышение количества инструкций, выполняемых процессором за один такт.
Что касается энергопотребления (W), то оно вычисляется как произведение тактовой частоты (f) процессора на квадрат напряжения U, при котором функционирует процессорное ядро, и некоторую величину Cd (динамическая емкость), определяемую микроархитектурой процессора и зависящую от количества транзисторов в кристалле и их активности во время работы процессора:
|
|
|
W = f · U2 · Cd.
Из приведенных формул вытекает следующее соотношение, определяющее энергоэффективность процессора:
P/W = k / (U2 · Cd).
Из формулы следует, что для получения наилучшего показателя разработчикам необходимо работать над оптимизацией микроархитектуры с целью улучшения функциональности исполнительных блоков, при этом не допуская чрезмерного увеличения динамической емкости. Что касается тактовой частоты, то, как показывают приведенные выкладки, на рассматриваемое соотношение она вообще не влияет. Напряжение питания ядра зависит не столько от микроархитектуры, сколько от технологических особенностей изготовления процессора.
Любой современный кристалл процессора состоит из огромного количества транзисторов, исчисляемого миллионами, необходимого для достижения высокой производительности процессора. Уменьшение размеров транзистора ведет к уменьшению напряжения питания, что, в свою очередь, снижает энергопотребление, к увеличению скорости работы и плотности размещения транзисторов на кристалле. Поэтому со времени создания первой интегральной микросхемы в 1959 г. развитие микроэлектроники идет по направлению уменьшения размеров транзисторов и одновременного увеличения плотности их размещения на кристалле. Для оценки этих параметров была введена специальная характеристика «Норма технологического процесса производства полупроводниковых кристаллов», измеряемая в нанометрах (нм). В недалеком прошлом (конец 90-х гг.) кристаллы процессоров изготавливались по 130 нм нормам, затем по 90 нм, 65 нм нормам, с 2007 г. используются 45 нм, а с 2009 г. – 32 нм нормы технологического процесса. Спроектированный в Intel по 45 нм нормам транзистор примерно на 20 % опережает своего 65 нм собрата по скоростным характеристикам и оказывается примерно на 30 % экономичнее с точки зрения затрат энергии на переключение.
|
|
|
Часто вместо характеристики энергопотребление используют характеристику рассеиваемая тепловая мощность процессора. Для этого используется специальный термин TDP, который расшифровывается как термопакет (thermal design package) – это величина, показывающая, на отвод какой тепловой мощности должна быть рассчитана система охлаждения процессора.
2. Как правило, TDP показывает не максимальное теоретическое тепловыделение процессора, а типичное тепловыделение в реальных приложениях. Иногда, при длительных нагрузках на процессор (например, при кодировании видео), температура процессора может превысить заданный TDP. В этих случаях современные процессоры или дают сигнал выключения компьютера, или переходят в так называемый режим троттлинга (trottling), когда процессор пропускает часть циклов.
2. Приведите конкретный пример оборудования, для одного рабочего места. Опишите эксплуатационные характеристики выбранного оборудования.
Один из основных параметров ЭВМ - надежность зависит как от надежности используемой элементной базы, так и от принятых схемотехнических и конструкторских решений. Учитывая значимость современной ЭВМ в хозяйственной деятельности человека, требования к ее надежности постоянно повышают. Это связано с тем, что от правильной работы ЭВМ зависят ход выполнения технологического процесса, достоверность получения результатов расчетов, жизнеобеспечение космического аппарата и т. д. Поэтому вопросам повышения надежности ЭВМ на всех этапах ее проектирования и производства уделяется самое большое внимание. Одна из важнейших задач, стоящих перед конструкторами, -- разработка ЭВМ и систем, обладающих высокой экономической и технической эффективностью, которая в значительной степени определяется их надежностью.
Надежность ЭВМ - свойство выполнять заданные функции, сохраняя эксплуатационные показатели в допустимых пределах в течение требуемого промежутка времени, и возможность возобновления функционирования, утраченного по тем или иным причинам.2. Основне показатели надёжности
В любой момент времени ЭВМ может находиться в исправном или неисправном состоянии. Если ЭВМ в данный момент времени удовлетворяет всем требованиям, установленным как в отношении основных параметров, характеризующих нормальное выполнение вычислительных процессов (точность, быстродействие и др.), так и в отношении второстепенных параметров, характеризующих внешний вид и удобство эксплуатации, то такое состояние называют исправным состоянием. В соответствии с этим определением неисправное состояние - состояние ЭВМ, при котором она в данный момент времени не удовлетворяет хотя бы одному из этих требований, установленных в отношении как основных, так и второстепенных параметров.
|
|
|
Однако не каждая неисправность приводит к невыполнению ЭВМ заданных функций в отношений основных параметров. Например, образование вмятин или ржавчины на корпусе машины, выход из строя лампочек подсветки не могут препятствовать эксплуатации ЭВМ. Поэтому для оценки надежности систем введены понятия "работоспособность" и "отказ".
Работоспособность состояние ЭВМ, при котором она в данный момент времени соответствует всем требованиям в отношении основных параметров, характеризующих нормальное протекание вычислительных процессов. Отказ -- событие, состоящее в полной или частичной утрате работоспособности системы. Так как не всякая неисправность приводит к отказу, то на практике различают неисправности основные и второстепенные. Основные неисправности приводят к отказу. Второстепенные неисправности не приводят к отказу, однако создают неудобства в эксплуатации и портят внешний вид ЭВМ. Поэтому второстепенные неисправности целесообразно своевременно устранять.
Возникновение отказа во времени случайное событие, что позволяет для оценки надежности ЭВМ использовать методы теории вероятности и математической статистики.
Чтобы определить влияние на характеристики ЭВМ отказов различного вида, целесообразно произвести их классификацию.
По характеру изменения параметров до момента возникновения отказы делят на внезапные и постепенные. Внезапные (катастрофические) отказы возникают в результате мгновенного изменения одного или нескольких параметров элементов, из которых построена ЭВМ (обрыв или короткое замыкание). Устранение внезапного отказа производят заменой отказавшего элемента (блока, устройства) исправным или его ремонтом. Постепенные отказы возникают в результате постепенного изменения параметров элементов до тех пор, пока значение одного из параметров не выйдет за некоторые пределы, определяющие нормальную работу элементов (старение элементов, воздействие окружающей среды, колебания температуры, влажности, давления, уровня радиации и т. п.), механические воздействия (вибрации, удары, перегрузки). Устранение постепенного отказа связано либо с заменой, ремонтом, регулировкой параметров отказавшего элемента, либо с компенсацией за счет изменения параметров других элементов.
По характеру устранения отказы делят на устойчивые и самоустраняющиеся. Для устранения устойчивых отказов оператор, обслуживающий ЭВМ, должен отрегулировать или заменить отказавший элемент. Самоустраняющиеся отказы исчезают без вмешательства оператора и проявляются в форме сбоя или перемежающего отказа. Сбой -- однократно возникающий самоустраняющийся отказ. Если несколько сбоев следуют друг за другом, то имеет место перемежающийся отказ. Отказ типа сбоя особенно характерен для ЭВМ. Появление сбоев обусловливается внешними и внутренними факторами. К внешним факторам относятся колебания напряжения питания, вибрации, температурные колебания. Специальными мерами (стабилизации питания, амортизация, термостатирование и др.) влияние этих факторов может быть значительно ослаблено. К внутренним факторам относятся флуктуационные колебания параметров элементов, несинхронность работы отдельных устройств, внутренние шумы и наводки.
Если в ЭВМ возникает сразу несколько отказов, то по их взаимной связи различают независимые отказы (возникновение их не связано с предшествующими отказами) и зависимые (появление их вызвано отказом в предыдущий момент времени).
По внешним проявлениям отказы делят на явные и неявные. Явные отказы обнаруживаются при внешнем осмотре, а неявные отказы -- специальными методами контроля.
Надежность как сочетание свойств безотказности, ремонтоспособности, долговечности и сохраняемости и сами эти качества количественно характеризуются различными функциями и числовыми параметрами. Правильный выбор количественных показателей надежности ЭВМ позволяет объективно сравнивать технические характеристики различных вычислительных систем как на этапе проектирования, так и на этапе эксплуатации (правильный выбор системы элементов, технические обоснования работы по эксплуатации и ремонту ЭВМ, объем необходимого запасного имущества и др.).
При определении надежности ЭВМ необходимо знать: а) процесс возникновения отказов устройств ЭВМ; б) конфигурацию системы, которая описывает характер соединения устройств и правила их работы; в) порядок обслуживания и ремонт устройств ЭВМ.
Параметры надёжности
Показатели надежности невосстанавливаемых ЭВМ - плотность распределения времени безотказной работы f(t), вероятность безотказной работы P(t), вероятность отказа Q(t), интенсивность отказов (t), средняя наработка до первого отказа Тср.
Наиболее точная количественная мера надежности каждого изделия его индивидуальная наработка до момента возникновения отказа. На практике же достаточно полная характеристика надежности -- плотность распределения времени безотказной работы данного типа изделий f(t) и интенсивность отказов?(t). Для определения функций f(t) и (t) используют экспериментальные данные по испытанию изделий на надежность. При этом опыт ставится следующим образом: испытанию подвергают большую партию изделий N0, время наблюдения разбивают на n небольших отрезков t, на каждом из этих отрезков определяют число отказавших изделий Ni. Отказавшие изделия либо не заменяют новыми (при определении f(t) и (t) невосстанавливаемых элементов), либо заменяют новыми (для восстанавливаемых элементов). По полученным результатам значение вероятности безотказной работы изделия в момент времени t, характеризующее его надежность, может быть определено из следующих соображений.
При оценке надежности восстанавливаемых ЭВМ можно использовать или статистические характеристики случайного времени работы от момента восстановления предыдущего отказа до последующего, или статистические характеристики числа отказов за выбранное время наработки. Предположим, что для определения показателей надежности аппаратуры наблюдают за эксплуатацией N образцов ЭВМ в течение времени t, фиксируя число mi,(t) отказов каждого образца. Среднее число отказов за время.
Вывод
|
|
|
