Laskentateho

Laskentateho (kutsutaan myös tietojenkäsittelyn tehoa tai suorituskykyyn , Englanti laskentateho tai suorituskyky ) on toimenpide laskukoneet ja tietojenkäsittely - (lyhyt DV-järjestelmät) tai tietoliikennejärjestelmissä (lyhyt tietojärjestelmät). Pääsääntöisesti käytettyjen koneen osien (kuten pää- ja grafiikkaprosessoriyksiköiden ) tietojenkäsittelynopeus (ajanjaksolaskelmia varten), jota kutsutaan puhekielessä myös nopeudeksi tai nopeudeksi , ja yksittäisten sovellusten nopeus (kuten esim. Simulointi) laskelmat tai suurten tietokantahallintojen käsittely) ovat huomion keskipiste ja harvemmin kokonaisten IT-järjestelmien, kuten keskusyksiköiden tai näiden verkon ns. supertietokoneiden , laskentateho .

Lisäksi suorituskykyä ja fyysistä suorituskykyä IT-järjestelmän kuvaa työn määrän työtä tai energiankulutus pidetään ajanjaksoa kohden.

Muita rajoituksia

"Kuinka nopeasti" -suorituskyvyllä tarkoitetaan sitä, kuinka kauan IT-järjestelmän on suoritettava käsittelytilaus. Tällainen tilaus voi olla online-vastaus hiiren napsautukseen tai suuren taustatilauksen käsittely. "Kuinka nopeasti" voi olla myös kysymys siitä, kuinka monta työtä IT-järjestelmä voi käsitellä ajanjaksona. Tämä on työn läpimeno .

Tämän kuvauksen lisäksi termiä käytetään myös muihin ominaisuuksiin, kuten toimivuuteen , energiatehokkuuteen tai luotettavuuteen .

Komponenttien ja järjestelmän suorituskyky

Komponenttien suorituskyky

Komponentti suorituskyky kuvataan suorituskykyä yksittäisen komponentin tietojenkäsittelyjärjestelmä, esimerkiksi prosessorin , päämuistin tai verkon kautta. Käyttäjä yhteisö komponentti on laitteet, joka ympäröi sitä, kuten konekäsky tuottavan ympäristön prosessorin, muistin pääsyn muodostava ympäristön säilytysjärjestelmä tai solmujen tietokoneverkossa, joka tuottaa tietoja liikenteen tilauksia. Komponenttien IT-suorituskykyä kuvataan suorituskykyparametreilla, kuten tilauksen valmistumisajan jakautumisella, tilausten läpimenonopeuksilla tai keskimääräisellä vasteajalla . Tarvittaessa tällaiset muuttujat erotellaan myös tilaustyyppien mukaan, esimerkiksi kirjoitus- ja lukutilaukset tallennusjärjestelmissä. Tässä tapauksessa komponenttien suorituskyky on kaikkien suorituskykymuuttujien joukko. Sen arvioimiseksi, onko komponentilla tyydyttävä suorituskyky, on suoritettava arviointi, jossa verrataan määritettyjä suorituskykyarvoja käyttäjän valitsemien valittujen suorituskykyparametrien arvoihin (ts. Komponentin koneympäristöön).

Järjestelmän suorituskyky

Jossa järjestelmän suorituskykyä , suorituskyky täydellisen tietojenkäsittelyjärjestelmän viitataan, joka voi koostua useista komponenteista. Vastaavat osat DP-järjestelmistä voivat olla yksittäisiä ohjelmistokomponentteja ( sovellusohjelmisto ja käyttöjärjestelmä ), tietokoneita ( esim. Tiedostopalvelimet ), tietokoneverkkoja (esim. Tietokoneryhmät ) tai erikoislaitteita ( esim. Kytkimet ). Se riippuu myös siitä, kuinka tehokkaasti algoritmit otetaan käyttöön ja kuinka laitteisto ja ohjelmisto on määritetty .

Käyttäjäkunta voi koostua ihmisen käyttäjien ( "normaali" käyttäjät, ylläpitäjät, ...) sekä muihin tietojärjestelmiin. Esimerkiksi Wikipedia-verkkosivustoa käyttävät sekä ihmiset että muut IT-järjestelmät, kuten hakukoneet. IT suorituskyky Tällaisen järjestelmän on kuvattu - aivan kuten komponentin suorituskyky - suorituskyvyn parametreja , kuten vasteaika , jakelu , keskimääräinen vasteaika, bittinopeus ja vastaavat. Nämä muuttujat ovat tarkoituksenmukaisia ​​yksityiskohtaisesti sen mukaan, minkä tyyppisiä tilauksia esiintyy koko käyttäjäyhteisön luomassa tilausvirrassa. Jossa järjestelmän suorituskyky määritellään joukko kaikkien mitattujen ja ennustettujen -tulostuskokoja.

Järjestelmän suorituskykyä on yritetty laskea toistuvasti tunnettujen komponenttien suorituskyvyn perusteella . Kokemus on osoittanut, että keskinäiset suhteet ovat yleensä liian monimutkaisia, joten tämä ei toimi. Luotettavat järjestelmän suorituskykyarvot voidaan saada vain mittauksista tai rajoituksin ennusteista.

Parametrit ja suorituskykykriteerit

Suorituskyvyn arvioimisessa käytetään paljon parametreja. Monissa tapauksissa nämä mittarit kertovat vähän järjestelmän todellisesta suorituskyvystä.

Suoritettujen käskyjen keskimääräinen lukumäärä jaettuna ohjelman suorittamiseen tarvittavien kellojaksojen määrällä. IPC voidaan ilmaista myös CPI: n ( Cycles per Instruction ) vastavuoroisena .
IPC = ohjeiden / kellojaksojen lukumäärä
Korkea IPC-arvo tarkoittaa, että arkkitehtuuri on erittäin tehokas. Arvo yksinään ei kuitenkaan kerro mitään todellisesta nopeudesta (tehokkuudesta).
Komponentin suorituskykyparametri, jota käytettiin aiemmin laajalti prosessorin suorituskyvyn kuvaamiseen, on suoritettavien koneohjeiden (keskimääräinen) määrä aikayksikköä kohti. Tietokonearkkitehtuurista (erityisesti koneenkäskyjoukosta) riippuu kuitenkin, kuinka monta koneohjetta on suoritettava käyttäjän toivoman tietojenkäsittelytoiminnon suorittamiseksi.
Suorituskyky muuttuvia liukulukuoperaatioita sekunnissa käytetään erityisesti supertietokoneisiin , koska näillä operaatioilla on tärkeä rooli korkean suorituskyvyn laskennassa . Vertailu on kuitenkin mahdollista vain, jos vertailumenetelmä, jolla arvo määritettiin, tunnetaan.
Tiedonsiirtonopeus osoittaa datan (käyttäjä- ja ohjaustiedot) kokonaismäärän lähetettävää aikaa kohti.
Datan läpäisykyky osoittaa lähetettävän käyttäjädatan määrän kerrallaan.
Vasteaika on aika pyynnön lähettämisen ja siihen liittyvän vastauksen vastaanottamisen välillä.
Käsittelyajan ja vasteajan suhde
Kehykset sekunnissa käytetään näytönohjaimissa suorituskyvyn indikaattoreina sekunnissa tulostettavien kuvien lukumäärää varten.
Tämä ei kuitenkaan ole järjestelmän suorituskyvyn muuttuja eikä komponentin suorituskykymuuttuja, vaan koskee vielä syvemmällä olevaa kerrosta. Tekijöillä, kuten prosessorin arkkitehtuurilla , suorittimen ytimien lukumäärällä , sisäisten väylien nopeudella , muistikoolla ( välimuisti ja muisti ) ja muilla, on merkittävä vaikutus suorituskykyyn. Pelkästään prosessorin nopeuteen perustuva vertailu on harhaanjohtavaa.
Tämä on toinen ilmaisu vasteajalle (työn käsittelyaika keskeytyksen jälkeen) toissijaisen ehdon kanssa, että tiettyä ylempää arvoa ei ylitetä. Se on taattu enimmäisvasteaika. Se on yksi monista järjestelmän suorituskykymäärien muunnelmista. ISO-standardina ilmaistuna latenssiaika on tilauksen aikaluokan nro 1 (ISO: aikaluokka 1) aikaluokka (ISO: aikaluokka 1). tyyppi (ISO: tehtävän tyyppi) "Vastaus keskeytykseen". Tällä läpimenoaikavaatimuksella on vain yksi aikaluokka.
Tallennusvälineellä pääsyaika on aika kirjoitus- tai lukukomennon saapumisen ja vastaavan prosessin alkamisen välillä.

Mittaus vs. ennustus

Tietojenkäsittelyn suorituskyky kuvataan suorituskykyparametreilla. Tällaisten määrien numeeriset arvot voidaan määrittää seuraavilla tavoilla:

Mittaus

Mittaus (englanninkielinen mittaus ) on DV-tehoarvojen kokeellinen määrittäminen tosiasiallisesti rakennetulla DV-järjestelmällä. Järjestelmään syötetyn tilausvirran voivat tuottaa todelliset käyttäjät (todellinen kuormitus) tai käyttäjän simulaattori (simulatiivinen kuorma). Simulatiivinen kuormitus voi olla yksittäinen kuorma, yleensä osana kuormitustestiä , tai standardoitu kuormitus vertailua varten .

Eristetään ohjelmistomittaus ja laitteistomittaus.

  • Laitteiston mittaus
Tässä mittausanturit on kiinnitetty suoraan mittauskohteeseen, jotka välittävät vastaavat tiedot. Tämän tyyppinen mittaus ei vaikuta omaisuustietokoneen prosessiin.
  • Ohjelmistojen mittaus
Kohdetietokoneeseen on asennettu mittausohjelma, joka välittää tarvittavat tiedot vakioliitännän kautta. Koska mittausohjelmat toimivat laitteistosta riippumattomasti, tarvitaan vain vähän tietoa kohteen tietokoneesta ja mittausohjelmat voidaan suorittaa melkein kaikilla tietokoneilla. Kohdetietokoneessa muutetaan kuitenkin ohjelman järjestystä ja käytetään lisäresursseja. Kohdetietokoneen dynaaminen käyttäytyminen on väärennetty.

ennuste

Ennustus on menetelmä, jossa IT-suorituskykymuuttujien numeeriset arvot määritetään matemaattis-analyyttisillä menetelmillä tai simulointimenetelmillä. Toisin kuin mittausmenetelmissä, todellisen järjestelmän ei tarvitse olla läsnä suorituskyvyn arvioinnissa.

Analyyttisessä prosessissa IT-järjestelmää ja sen käyttäjiä edustaa matemaattinen malli ja IT-suorituskykyarvot määritetään puhtaasti laskemalla. Simulointiprosessissa simuloidaan sekä IT-järjestelmää että sen käyttäjiä ja IT-suorituskykymuuttujien numeeriset arvot määritetään tästä simuloidusta tapahtumasta. Analyysimenetelmien ja simulaatiomenetelmien avulla tulokset ovat yleensä vain likimääräisiä tai arvioituja arvoja. Toisin kuin todellisella IT-järjestelmällä tehtyjen mittausten arvot, niillä on ennusteen tai ennusteen luonne.

  • Kuvaajateorian kuvaus

Järjestelmän mallinnus graafina on erityisen hyödyllinen viestintätekniikassa . Komponentit on esitetty solmuina. Komponenttien väliset liitännät on esitetty reunoina. Jokaisella reunalla on maksimikapasiteetti, jota ei saa ylittää, ja virtavirta. Tuloksena oleva verkko voidaan nyt arvioida määrittämällä suurin mahdollinen virtaus kahden komponentin välillä. Jos tämä tehdään pareittain kaikille solmuille, voidaan tunnistaa hitaat komponentit.

Teoreettinen kuvaus liikenteestä perustuu työasemien jonoon, jonka operaattori käsittelee. Tilaukset saapuvat jonoon keskitasolla ja lähtevät operaattorilta keskitason palvelunopeudella . Liikenteen intensiteetti kuvataan osamäärällä . Järjestelmä toimii oikein vain niin kauan kuin se on. Muuten tapahtuu ylivuoto.

Tällä mallilla voidaan esittää erilaisia ​​järjestelmiä. Tietokone, jolla ei ole putkistoa vain yhdellä prosessorilla, saa negatiivisen eksponentiaalijakauman jakelufunktiona . Pipeline prosessorit vaiheet mallinnettu kanssa Erlangin jakauma . Ensimmäisen asteen hypereksponentiaalista jakaumaa käytetään moniprosessorijärjestelmissä

Toinen yritys analyyttisesti verrata prosessorien suorituskykyä on sekoituksia ja ydinohjelmia. Nämä testit ovat kuitenkin suhteellisen monimutkaisia ​​ja niitä käytetään harvoin nykyään.

  • Komento sekoittaa
Eri komentotyyppien käskyjen suoritusajat summataan niiden esiintymisen odotetun suhteellisen taajuuden mukaan ja arvioidaan käskyjen keskimääräiseksi suoritusajaksi.
  • Ydinohjelmat
Ydinohjelmat ovat ratkaisuja tyypillisiin, rajattuihin tehtäviin, jotka on kirjoitettu arvioitavaa tietokonetta varten. Niitä ei kuitenkaan teloiteta. Tavoitteena on määrittää suoritusaika yksittäisten komentojen suoritusaikojen perusteella.

IT-suorituskyvyn arviointi

Suorituskykyarvot (riippumatta siitä, määritetäänkö ne mittauksella vai ennustusmenetelmillä) ovat fyysisten suureiden numeerisia arvoja, jotka ovat tärkeitä ja mielenkiintoisia, mutta jotka eivät yksinään anna lausuntoa tärkeästä kysymyksestä täyttääkö IT-järjestelmä sen (suorituskyky) tarpeet. Nämä tarpeet on siis määriteltävä numeerisesti.

Näiden (vaadittujen) arvojen vertailu IT-järjestelmän tuottamiin arvoihin on sitten suoritettava. Tämän vertailun tulos on lausunto siitä, riittääkö tietojenkäsittelyjärjestelmä käyttäjien tarpeiden tyydyttämiseen. Tämä on luokitus. Tämä johtaa käyttäjien viime kädessä vaatimiin tuloksiin: "riittämätön", "riittävä", "ylitetty" jne. Tällaisen loppulausekkeen asteikko voidaan valita myös tarkemmin.

Seuraavat tosiasiat on myös mainittava:

  • Tarkasteltavan järjestelmän IT-suorituskykyparametrien arvot ovat konkreettisia lukuja. Ne muuttuisivat vain, jos järjestelmää muutettaisiin (esimerkiksi korvaamalla laitteistokomponentit, kuten prosessori tai muistilaite, tai ohjelmistokomponentit, kuten käyttöjärjestelmän versio ja / tai sovellusohjelmistot, joilla on erilainen ohjelmistotehokkuus).
  • Sen sijaan arvioinnin tulokset ovat riippuvaisia ​​arvioinnissa tarkoitetusta käyttäjäryhmästä. Esimerkiksi tarkasteltavan DP-järjestelmän arviointi voi olla erittäin hyvä käyttäjäryhmälle A, kun taas sama järjestelmä käyttäjäryhmälle B on epätyydyttävä.

Vertailuarvo ja kuormitustesti

Vaikka kuormitustestin tarkoituksena on antaa näyttöä siitä, voidaanko odotettu kuormitus käsitellä vaaditussa ajassa, vertailuarvon tavoitteena on määrittää avainluku, jota voidaan verrata eri järjestelmien välillä.

Kuormitustesti voidaan suunnitella siten, että todelliset käyttäjät tuottavat kuormitusvirran (todellinen kuorma). Kuormitusvirta voidaan myös tuottaa simulaattorilla, joka simuloi koko käyttäjäjoukon yksityiskohtaisesti (simulatiivinen kuorma). Vertailuarvo käyttää aina standardoitua, simulatiivista kuormitusta voidakseen vertailla tuloksia.

Tarkempien tulosten saavuttamiseksi on käytettävä mittausohjelmistoa, joka kirjaa tarkasti tilausprosessin ja suorittaa arvioinnin (tietojenkäsittelyn suorituskykyparametrien määrittämisen) testin päättymisen jälkeen.

Ajan myötä on kehitetty ja kuvattu valtava määrä (tietokone) vertailuarvoja sekä tieteellisellä tasolla että teollisuudessa ja yrityksissä. Lähes kaikilla näillä vertailuarvoilla on erilaiset periaatteet ja tietojenkäsittelyn suorituskykyparametrit, joten mittaustulokset eivät yleensä ole vertailukelpoisia. Monet näistä vertailuarvoista olivat ajan tasalla vain vähän aikaa ja ovat kadonneet jälleen.

Suorituskykytietokannat

Erikoislehdet ja -lehdet julkaisevat säännöllisesti luokituksia tietokonejärjestelmien tai komponenttien suorituskyvystä. Nämä määräytyvät tunnuslukujen tai vertailuarvojen perusteella.

Tunnettu tietokanta, TOP500 , listaa 500 tehokkainta supertietokonetta maailmassa. Tähän käytetään LINPACK- vertailuarvoa.

Standardit

Standardit DIN 66273 "Tietojenkäsittelyjärjestelmien suorituskyvyn mittaus ja arviointi" ja ISO 14756 "Tietojenkäsittelyjärjestelmien suorituskyvyn ja ohjelmistojen tehokkuuden mittaaminen ja arviointi" antavat täydelliset ehdotukset vertailumenetelmistä ja tietojenkäsittelyn suorituskykyparametreista. ISO-standardi on ottanut käyttöön ja laajentanut standardin DIN 66273 periaatteita. Mittaukset, jotka on suoritettu standardin DIN 66273 mukaisesti, ovat myös ISO 14756 -standardin mukaisia. ISO-standardi laajentaa sovellusalaa IT-suorituskyvyn mittaamisen ja arvioinnin ulkopuolelle järjestelmän ja / tai sovellusohjelmistojen (ajonaikaisen) tehokkuuden mittaamiseen. DIN-standardi standardoi vertailumenetelmät, mutta koska vertailuarvot ovat lyhytaikaisia, ne eivät määritä erityisiä vertailuarvoja. ISO-standardi sisältää kuitenkin myös esimerkkejä täydellisistä vertailuarvoista.

Vasteajat Measurement (ARM) on standardin Open Groupin ja sitä käytetään mittaamaan suorituskykyä liiketoimien käyttäjän näkökulmasta.

Vaihteleva suorituskyky

Tietotekniikkajärjestelmän suorituskyky on yleensä vakio. Alhaisen yhteensopivuuden tai energiansäästön vuoksi voi kuitenkin olla suositeltavaa vähentää suorituskykyä. Turbo avain varmistettu alaspäin yhteensopivuus IBM vakiona tietokoneita 8086 Pentium aikakausi. Tämä tehtiin usein vähentämällä kellotaajuutta, mutta myös sammuttamalla tason 1 välimuisti tai pienentämällä etusivubussin kellotaajuutta.

Toisaalta nykyaikaisissa kannettavissa tekniikoissa, kuten PowerNow! , Cool'n'Quiet- tai Intel SpeedStep -tekniikka, teho silloin, kun sitä ei tarvita akkujen niukkojen energiaresurssien säästämiseksi. Tämä voidaan tehdä pienentämällä kellotaajuutta tai ydinjännitettä tai sammuttamalla yksittäiset prosessorit moniprosessorijärjestelmissä .

kirjallisuus

  • D. Ferrari: Tietojärjestelmien suorituskyvyn arviointi , Prentice-Hall Inc., Englewood Cliffs, New Yersey 1978, ISBN 0-13-165126-9
  • Ferrari, G.Serazzi, A.Zeigner: Tietojärjestelmien mittaus ja viritys , Prentice-Hall Inc., Englewood Cliffs, New Yersey 1983, ISBN 0-13-568519-2
  • R. Jain: Tietojärjestelmien suorituskyvyn analyysin taide , John Wiley, New York 1991, ISBN 0-471-50336-3
  • G. Bolch: Laskentajärjestelmien suorituskyvyn arviointi analyyttisten jonomallien , ohjeiden ja tietojenkäsittelytieteen monografioiden avulla, BG Teubner, Stuttgart 1989, ISBN 3-519-02279-6
  • H.Langendörfer: Laskentajärjestelmien suorituskykyanalyysi (mittaus, mallinnus, simulointi) , C.Hanser, München / Wien 1992, ISBN 3-446-15646-1
  • AO Allen: Johdatus tietokoneen suorituskykyanalyysiin Mathematican kanssa , AP Professional, Harcourt Brace & Company Publishers, Boston 1994, ISBN 0-12-051070-7
  • W. Dirlewanger: IT-suorituskyvyn mittaus ja arviointi standardin DIN 66273 perusteella, Hüthig, Heidelberg 1994, ISBN 3-7785-2147-0
  • M. Haas, W.Zorn: Laskentajärjestelmien metodinen suorituskyvyn analyysi , R. Oldenbourg, München / Wien 1995, ISBN 3-486-20779-2
  • C. Jones: Sovellettujen ohjelmistojen mittaaminen, tuottavuuden ja laadun varmistaminen. McGraw-Hill, New York 1996, 2. painos, ISBN 0-07-032826-9
  • W. Dirlewanger: Tietojärjestelmien suorituskyvyn ja ohjelmistojen tehokkuuden mittaus ja arviointi - Johdatus ISO / IEC 14756 -menetelmään ja opas sen sovelluksiin , Online Verlag Kassel-University-Press-GmbH, Kassel 2006, www.upress.uni -kassel.de, ISBN 3-89958-233-0 ja ISBN 978-3-89958-233-8
  • John L.Hennessy , David A.Patterson : Tietokonearkkitehtuuri: analyysi, suunnittelu, toteutus, arviointi. Vieweg, Braunschweig 1994, ISBN 3-528-05173-6
  • Andrew S.Tanenbaum , James Goodman: Tietokonearkkitehtuuri. 4. painos, Pearson Studium, München 2001, ISBN 3-8273-7016-7
  • Niklas Schlimm, Mirko Novakovic, Robert Spielmann, Tobias Knierim: Suorituskyvyn analysointi ja optimointi ohjelmistokehityksessä. Tietojenkäsittelytieteen spektri 30. huhtikuuta 2007, PDF
  • Theo Ungerer, Uwe Brinkschulte: Mikrokontrollerit ja mikroprosessorit. Springer, 2010, ISBN 9783540468011 , verkossa
  • Thomas Rauber, Gudula Rünger: Rinnakkainen ja hajautettu ohjelmointi. Springer, 2000, ISBN 9783540660095 verkossa
  • Tobias Häberlein: Tekninen IT. Springer, 2011, ISBN 9783834813725 verkossa
  • Paul J. Fortier, Howard Edgar Michel: Tietojärjestelmien suorituskyvyn arviointi ja ennustaminen. Digital Press, 2003, ISBN 9781555582609 verkossa

nettilinkit

Yksittäiset todisteet

  1. a b laskentateho - sivu osoitteessa ITWissen.info ; Tila: 21. heinäkuuta 2012, luettu 21. heinäkuuta 2012
  2. Peter Stahlknecht, Ulrich Hasenkamp: Johdatus yritystietojärjestelmiin. Springer-oppikirja-sarja, Verlag Springer, 2005, ISBN 9783540011835 , sivu 31 verkossa
  3. Uudella DIN-standardilla IT-suorituskyky voidaan mitata ( Memento 28. tammikuuta 2007 Internet-arkistossa ) - artikkeli Computerwochessa , 10. huhtikuuta 1992, luettu 21. heinäkuuta 2012
  4. Uwe Brinkschulte, Theo Ungerer: Mikrokontrollerit ja mikroprosessorit. Verlag Springer, 2010, ISBN 9783642053979 , sivu 13 verkossa
  5. ^ Willi Albers: Tiivis taloustieteen sanakirja. Vandenhoeck & Ruprecht, 1980, ISBN 9783525102572 , sivu 100 verkossa
  6. Dietmar Moeller: Tietokonerakenteet. Springer, 2002, ISBN 9783540676386 , sivu 231 verkossa
  7. http://www.spec.org/spec/glossary/#benchmark
  8. http://www.top500.org