12169

Быстродействие процессора

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Быстродействие процессора Быстродействие процессора это одна из важнейших его характеристик определяющая эффективность работы всей микропроцессорной системы в целом. Быстродействие процессора зависит от множества факторов что затрудняет сравнение быстродействи...

Русский

2013-04-24

17.54 KB

10 чел.

Быстродействие процессора

Быстродействие процессора — это одна из важнейших его характеристик, определяющая эффективность работы всей микропроцессорной системы в целом. Быстродействие процессора зависит от множества факторов, что затрудняет сравнение быстродействия даже разных процессоров внутри одного семейства, не говоря уже о процессорах разных фирм и разного назначения.

Выделим важнейшие факторы, влияющие на быстродействие процессора.

Прежде всего, быстродействие зависит от тактовой частоты процессора. Все операции внутри процессора выполняются синхронно, тактируются единым тактовым сигналом. Понятно, что чем больше тактовая частота, тем быстрее работает процессор, причем, например, двукратное увеличение тактовой частоты какого-то процессора снижает вдвое время выполнения команд этим процессором.

Однако надо учитывать, что разные процессоры выполняют одинаковые команды за разное количество тактов, причем количество тактов, затрачиваемых на команду, может изменяться от одного такта до десятков или даже сотен. В некоторых процессорах за счет распараллеливания микроопераций на команду тратится даже меньше одного такта.

Количество тактов, затрачиваемых на выполнение команды, зависит от сложности этой команды и от методов адресации операндов. Например, быстрее всего (за меньшее число тактов) выполняются команды пересылки данных между внутренними регистрами процессора. Медленнее всего (за большое число тактов) выполняются сложные арифметические команды с плавающей запятой, операнды которых хранятся в памяти.

Первоначально для количественной оценки производительности процессоров применялась единица измерения MIPS (Mega Instruction Per Second), соответствовавшая количеству миллионов выполняемых инструкций (команд) за секунду. Естественно, изготовители микропроцессоров старались ориентироваться на самые быстрые команды. Понятно, что подобный показатель не слишком удачен. Для измерения производительности при выполнении вычислений с плавающей запятой (точкой) чуть позже была предложена единица FLOPS (Floating point Operations Per Second), но она по определению узкоспециальная, так как в некоторых системах операции с плавающей запятой просто не используются.

Другой аналогичный показатель быстродействия процессора — время выполнения коротких (быстрых) операций. Для примера в таблице 3.1 представлены показатели быстродействия нескольких 8-разрядных и 16-разрядных процессоров. В настоящее время этот показатель практически не используется, как и MIPS.

Время выполнения команд — важный, но далеко не единственный фактор, определяющий быстродействие. Большое значение имеет также структура системы команд процессора. Например, некоторым процессорам для выполнения какой-то операции понадобится одна команда, а другим процессорам — несколько команд. Какие-то процессоры имеют систему команд, позволяющую быстро решать задачи одного типа, а какие-то — задачи другого типа. Важны и методы адресации, разрешенные в данном процессоре, и наличие сегментирования памяти, и способы взаимодействия процессора с устройствами ввода/вывода и т.д.

Существенно влияет на быстродействие системы в целом и то, как процессор "общается" с памятью команд и памятью данных, применяется ли совмещение выборки команд из памяти с выполнением ранее выбранных команд.

Таблица 3.1. Параметры некоторых процессоров.

Процессор

8085

6800

68000

8086

Фирма

Intel

Motorola

Motorola

Intel

Разрядность

8

8

16

16

Количество команд

80

72

61

133

Тактовая частота, МГц

3

1

8

5

Время выполнения коротких операций, мкс

1,3

2

0,5

0,4

Быстродействие системы в целом определяется также и разрядностью процессора. Например, 8-разрядный процессор будет медленнее пересылать и обрабатывать большие массивы данных, чем 16-разрядный процессор. Точно так же 16-разрядный процессор будет значительно медленнее работать с большими числами (большими, чем 65536), чем 32-разрядный процессор.

При высокой сложности решаемых задач быстродействие системы зависит и от общего объема системной памяти. Ведь если системной памяти мало, системе приходится сохранять данные во внешней памяти (например, на магнитном диске), а это очень сильно (на несколько порядков) замедляет работу. Так что разрядность шины адреса процессора тоже важна.

Поэтому количественные показатели производительности процессоров очень условны, они лишь косвенно характеризуют быстродействие системы на базе этого процессора. Тем не менее, некоторые производители предлагают количественные показатели для своих процессоров, которые характеризуют время выполнения специально составленных тестовых программ, содержащих самые различные команды в тех или иных соотношениях.

Так, для сравнения производительности 32-разрядных процессоров фирма Intel, производящая процессоры для персональных компьютеров, в 1992 году предложила свою единицу измерения iCOMP Index (Intel COmparative Microprocessor Performance). Для вычисления этого показателя используется смесь 16- и 32-битных целочисленных команд, команд с плавающей точкой, команд обработки графики и видео. В качестве базового взят процессор i486SX-25, чей индекс принят равным 100. В Таблице 3.2 приведены индексы iCOMP для некоторых процессоров фирмы Intel. Как видно из таблицы, за счет более развитой архитектуры процессоры семейства 486 всегда быстрее процессоров семейства 386, а любой Pentium быстрее любого процессора из семейства 486. Тактовая частота (указана в таблице через черточку) определяет производительность только в пределах одного семейства. В 1996 году разработчиками Intel был предложен другой показатель — iCOMP Index 2.0, для вычисления которого не используются 16-разрядные команды, зато введен мультимедийный тест, а за базу взят Pentium-120, чей индекс принят равным 100. В таблице 3.3 представлены эти показатели для некоторых типов процессоров Intel.

При этом надо учитывать, что измерения проводятся в составе системы, настроенной на максимальное быстродействие именно данных процессоров, и только самой фирмой Intel.

Ценность этих показателей и всех им подобных не слишком велика. Для конкретного компьютера и разных процессоров величина показателя может предоставить вполне объективные данные, позволяющие оценить, например, целесообразность замены процессора на более мощный. Но усредненность показателей iCOMP не позволяет точно сказать, как будет себя вести процессор в различных задачах, которые ориентированы на преимущественное использование разных типов команд.

Таблица 3.2. Индексы производительности iCOMP.

i486SX-25

100

i486DX4-100

435

i386DX-33

56

Pentium-60

510

i486SX-33

136

Pentium-100

815

i486DX2-66

297

Pentium-133

1110

Таблица 3.3. Индексы производительности iCOMP Index 2.0.

Pentium-100

90

Pentium MMX-166

160

Pentium-120

100

Pentium MMX-233

203

Pentium-150

114

Pentium Pro-200

220

Pentium-200

142

Pentium II-266

303

Точная оценка быстродействия процессора возможна только в составе конкретной системы при решении определенной задачи. Но все перечисленные здесь факторы можно и нужно учитывать при выборе процессора. А количественные показатели помогают сделать выбор.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

44339. Проектирование участка по техническому обслуживанию и текущему ремонту газобаллонной топливной аппаратуры 562.5 KB
  У сжиженного газа низкая температура кипения он полностью превращается в газообразное состояние внутри цилиндра и не сжижает масло мало образуется нагара; И так как в газ не добавляют различные присадки он не загрязняет масло нагаром и осадками очень мало содержит серы в десять раз меньше чем в бензине и почти не разрушает металл выхлопными газами. Выхлопной газ почти не имеет запаха очень мало содержит вредного газа СО в 20 раз меньше чем в бензине не дымит и мало загрязняет атмосферу. В газовом...
44340. Анализ ассортимента и оценка потребительских свойств бытовых стиральных машин 1.89 MB
  Целью данной дипломной работы является анализ ассортимента и оценка потребительских свойств бытовых стиральных машин, реализуемых в розничном торговом предприятии, и формулировка рекомендаций потенциальным покупателям по выбору бытовых стиральных машин, и по формированию ассортимента бытовых стиральных машин розничному торговому предприятию для увеличения его чистой прибыли
44341. Изучение особенностей формирования и описания личных фондов 197 KB
  Описание же и все другие виды информации о составе и содержании документальных материалов могут опираться лишь на столь же качественную экспертизу фондирование и систематизацию документов фонда. Государственное краевое учреждение Государственный архив Пермского края является крупнейшим хранилищем документов Пермского края в котором наряду с архивными фондами учреждений организаций и предприятий хранится большое количество фондов личного происхождения. Это фонды и коллекции документов деятелей науки здравоохранения образования...
44342. Монтаж противопожарных систем «Гранит-4» 908 KB
  Познание прибора. Устройство и работа прибора. Перезапуск прибора можно осуществить либо сняв все питание либо трехкратным нажатием кнопки Управление в режиме снятия с охраны.к это может привести к выходу прибора из строя.
44343. Державне управління в окремих сферах суспільного життя 20.39 KB
  Функції визначають стратегічні орієнтири інновацій у системі державного управлін- ня. Головна мета інноваційної стратегії - повне та ефективне використання наявного в органах державної влади потенціалу для забезпечення як системних змін
44344. Система санкционированного доступа 1.46 MB
  Исходя из функционального назначения устройства санкционированного доступа должна соответствовать группе по механическим воздействиям – М3 (на дверях городских квартир и на стационарных объектах, закрытых от прямого воздействия атмосферных осадков и повышенной относительной влажности).
44345. СОЦИАЛЬНАЯ РЕАБИЛИТАЦИЯ ЛИЦ С ОГРАНИЧЕННЫМИ ФИЗИЧЕСКИМИ ВОЗМОЖНОСТЯМИ 421.5 KB
  Социальная реабилитация инвалидов – актуальная проблема современности. Принцип комплексного подхода в социальной реабилитации инвалидов. Социально медицинские услуги как один из факторов социальной реабилитации инвалидов. Роль социального работника в реабилитации инвалидов.
44347. Изучение теоретических основ компенсационного менеджмента и разработка практических рекомендаций по его совершенствованию в АНО «Цент Развития Современного Дизайна» 853 KB
  Теория краткосрочных и долгосрочных стимулов Анализ компенсационной политики в АНО Центр Развития Современного Дизайна Краткая характеристика АНО Центр Развития Современного Дизайна Анализ организации и регулирования оплаты труда в АНО Центр Развития Современного Дизайна Анализ формирования поощрительного фонда в АНО Центр Развития Современного Дизайна Совершенствование организации компенсационной системы в АНО Центр Развития Современного Дизайна Рекомендации по формированию компенсационного пакета АНО Центр...