1.Теоретичні відомості
1.1. Стандартні тести пк.
Для співставлення швидкодії різних ПК використовують декілька тестів. Як приклади можна вказати стандартні тести Dhrystones та Whetstones.
Dhrystones широко використовується в промисловості для вимірювання продуктивності ЦП в різних умовах. Він містить достатній набір усіх типів команд, переважно числових. Стандартний тест Whetstone розроблений для оцінки виконання операцій з плаваючою комою або продуктивності сопроцесора. Обчислення такого типу є частиною наукових, технічних, статистичних програм та систем автоматизованого проектування.
В обох тестах результат вимірюється як проміжок часу, потрібний для виконання відповідних обчислювань. Хоча це і не реальні обчислювання, але співставлення швидкодії різних ЦП можна провести. Кожна тестова програма використовує свій варіант Dhrystones або Whetstone, тому не можна безпосередньо порівнювати результати, отримані за допомогою цих тестів із різних тестових пакетів. Тим не менш, величини MIPS або MFLOPS (див. далі) повинні бути майже однаковими (в межах 5-10 %) для одного і того ж самого ЦП. Наприклад, в діагностичному пакеті SiSoftware Sandra реалізовані 32-бітові багатокомпонентні версії вихідних тестів, які підтримують до 32 ЦП в системах з симетричною багатопроцесорною обробкою.
Одиниці виміру швидкодії ПК:
MIPS (million instructions per second) – мільйон команд за секунду.
MFLOPS (million floating operations per second) - мільйон операцій з плаваючою комою за секунду.
1.2. Деякі фактори, що впливають на швидкодію пк.
В перших ПК всі показники обмежувалися швидкістю ЦП і тому частота їх роботи і відповідно всієї системи неперервне зростала від 4,7 МГц в Intel 8088, на якому був розроблений перший ПК, до 12-25 МГц для І268 і 16-40 МГц для І386 (частота роботи шини).
Але для І486 відбулася ще одна зміна. Оскільки швидкодія систем в першу чергу визначалась на той час швидкодією ЦП, і технологія дозволяла збільшувати його робочу частоту (на відміну від материнської плати), з’явився і486DX2, якій працював на частоті в два разі більшій від стандартної робочої частоти (33 МГц) системної шини і відповідно іншої частини всієї системи. Цей принцип виявився дуже продуктивним, досить швидко з’явився і486DX4 з частотою 100 МГц, тобто потроєною частотою. Помноження частоти ЦП розвивається і далі, особливо тепер, коли робочі частоти процесорів вимірюються вже у ГГц.
Втім забезпечення максимальної швидкодії усієї системи можливе лише при повній узгодженості всіх елементів усієї системи по швидкодії, перш за все – швидкості, з якою ЦП проводить обчислення, і швидкості, з якою дані записуються і зчитуються з оперативної пам’яті. Збільшення частоти ЦП у порівнянні з системною шиною, а значить і з частотою роботи оперативної пам'яті, порушувало цю узгодженість. Одним з підходів до вирішення цієї проблеми стала кеш-пам’ять, яку вперше було застосовано для і386.
1.3. Організація роботи кеш-пам’яті.
Для того, щоб ті дані або команди, які певний час будуть потрібні, не пересилати в ОЗП, невеликий об’єм пам’яті на найбільш швидкодіючих ІС було відокремлено, і ЦП користувався цією пам’яттю безпосередньо таким чином: якщо потрібні дані або команда, ЦП спочатку звертався у кеш, а потім у разі їх відсутності в кеш – до ОЗП. Приймаючи дані, ЦП пише їх і в кеш, і в ОЗП; при цьому ситуація, коли потрібні дані, наявні у кеші, називається попадання у кеш. Ця ідея значно покращила швидкодію, і в наступному варіанті – ЦП Intel 486 частина кеш-пам’яті (8 КБ) була зроблена безпосередньо на чіпі ЦП, тобто була з ним інтегрована. Ця частина кеш-пам’яті називається кеш-пам’яттю І рівня (L1). Незабаром з'явилась друга, ще більша по об'єму кеш-пам’ять – кеш-пам'ять ІІ рівня (L2), яка певний час ще залишалась на окремих ІС, але вже в Р-ІІ, завдяки прогресу технології, перебралась на чіп, де також працює з частотою ЦП. Два рівні кеш-пам’яті між швидким центральним процесором і більш повільною оперативною пам'яттю допомагають скоротити час очікування, який до цього був потрібний процесору для зчитування і запису даних в оперативну пам'ять. На сьогоднішній день нарощування обсягу кеш-пам’яті продовжується, ускладнюється її структура та алгоритми роботи.
Саме завдяки кеш-пам’яті, процесор може працювати зі швидкодією, наближеною до її теоретичного значення. Як видно з таблиці 1, пропускна здатність для кеш-пам’яті першого рівня майже на порядок більша, ніж для основної оперативної пам’яті.
Таблиця 1. Об’єм та пропускна здатність кеш-пам’яті сучасних процесорів та пропускна здатність оперативної пам’яті.
В Pentium 4 Extreme Edition висока продуктивність при розмірі блоків даних до 2048 КБ пов’язана з наявністю кеш-пам’яті третього рівня із об’ємом 2 МБ. Це як раз є прикладом екстенсивного розвитку. Тому що перед тим, як перейти на 90 нм технологічний процес, за яким на початку 2004 року був випущений Prescott, компанія Intel у вересні 2003 року випустила саме Pentium 4 Extreme Edition, який відрізнявся від Pentium на ядрі Northwood лише наявністю кешу 3 рівня, що збільшило площу кристалу майже в 2 рази .
У всіх сучасних x86| ПР| всі рівні кешу працюють на тій ж частоті, що і процесорне ядро. Проте|однак| швидкість роботи з|із| кешем залежить не лише|не тільки| від частоти, але і від ширини шини, за допомогою якої він з’єднаний|з'єднаний| з|із| процесорним ядром. Кількість байтів, які передано за такт, можна збільшувати за рахунок введення|вступу| DDR| і QDR| (Double| Data| Rate| і Quad| Data| Rate|) протоколів або ж просто за рахунок збільшення ширини шини.
Лабораторна робота № 8
Тема: Вивчення характеристик системної накопичувачів на жорстких дисках.
Мета: Розглянути основні характеристики, що визначають швидкодію та інші параметри накопичувачів на жорстких дисках; навчитися користуватися програмами тестування складових ПК для визначення та аналізу їх характеристик.
Теоретичні відомості