下面关于计算机性能的各种评估方法的论述中,正确的是 (17) 。
A.每秒百万次指令(MIPS)描述了计算机的浮点运算速度
B.等效指令速度法采用灵活的指令比例来评价计算机的性能
C.峰值MFLOPS以最慢的浮点指令来表示计算机的运算速度
D.CTP以每秒百万次理论运算(MTOPS)来表示运算部件的综合性能
参考答案:D
解析: 计算机性能评估的常用方法有时钟频率法、指令执行速度法、等效指令速度法、数据处理速率法、综合理论性能法和基准程序法六种。
(1)时钟频率法。计算机的时钟频率在一定程度上反映了机器速度,一般来讲,主频越高,速度越快。但是相同频率、不同体系结构的机器,其速度可能会相差很多。
(2)指令执行速度法。在计算机发展的初期,曾用加法指令的运算速度来衡量计算机的速度,速度是计算机的主要性能指标之一。因为加法指令的运算速度大体上可反映出乘法、除法等其他算术运算的速度,而且逻辑运算、转移指令等简单指令的执行时间往往设计成与加法指令相同,因此加法指令的运算速度有一定代表性。
表示机器运算速度的单位是KIPS(每秒千条指令),后来随着机器运算速度的提高,计量单位由KIPS发展到MIPS(每秒百万条指令)。常用的有峰值MIPS、基准程序MIPS和以特定系统为基准的MIPS。MFLOPS表示每秒百万次浮点运算速度,用于衡量计算机的科学计算速度,常用的有峰值MFLOPS和以基准程序测得的MFLOPS。
MFLOPS可用于比较和评价在同一系统上求解同一问题的不同算法的性能,还可用于在同一源程序、同一编译器,以及相同的优化措施、同样运行环境下以不同系统测试浮点运算速度。由于实际程序中各种操作所占比例不同,因此测得的MFLOPS也不相同。MFLOPS值没有考虑运算部件与存储器、I/O系统等速度之问相互协调等因素,所以只能说明在特定条件下的浮点运算速度。
(3)等效指令速度法。也叫做吉普森混合法或混合比例计算法。等效指令速度法是通过各类指令在程序中所占的比例(W)来进行计算的。若各类指令的执行时间为ti,则等效指令的执行时间
,式中n为指令类型数。采用等效指令速度法对某些程序来说可能严重偏离实际,尤其是对复杂的指令集,其中某些指令的执行时间是不固定的,数据的长度、cache的命中率、流水线的效率等都会影响计算机的运算速度,因此后来又发展出了其他评价方法。
(4)数据处理速率法(PDR)。因为在不同程序中,各类指令的使用频率是不同的,所以固定比例方法存在着很大的局限性;而且数据长度与指令功能的强弱对解题的速度影Ⅱ向极大。同时这种方法也不能反映现代计算机中高速缓冲存储器、流水线、交叉存储等结构的影响。具有这种结构的计算机的性能不仅与指令的执行频率有关,而且也与指令的执行顺序和地址的分布有关。
PDR法采用计算PDR值的方法来衡量机器性能,PDR值越大,机器性能越好。PDR值与每条指令和每个操作数的平均位数,以及每条指令的平均运算速度有关。PDR值主要对CPU和主存储器的速度进行度量,不适合衡量机器的整体速度,因为它没有涉及cache、多功能部件等技术对性能的影响。PDR值主要是对CPU和主存数据处理速度进行计算而得出的,它允许并行处理和指令预取的功能,这时,所取的是指令执行的平均时间。带有cache的计算机,因为存取速度加快,其PDR值也就相应提高。PDR值不能全面反映计算机的性能,但它曾是美国及巴黎统筹委员会用来限制计算机出口的系统性能指标估算方法。1991年9月停止使用PDR后,取而代之的是CTP(综合理论性能)。
(5)综合理论性能法(CTP)。CTP是美国政府为限制较高性能计算机出口所设置的运算部件综合性能估算方法。CTP以每秒百万次理论运算(MTOPS)表示,从1991年9月1日起启用。CTP的估算方法为首先算出处理部件每一计算单元(如定点加法单元、定点乘法单元、浮点加单元、浮点乘法单元)的有效计算率R,再按不同字长加以调整,得出该计算单元的理论性能(TP),所有组成该处理部件的计算单元TP的总和即为综合理论性能(CTP)。
(6)基准程序法(Benchmark)。上述性能评价方法主要是针对CPU(有时包括主存),而没有考虑诸如I/O结构、操作系统、编译程序的效率等系统性能的影响,因此难以准确评价计算机的实际工作能力。基准程序法是目前一致承认的测试性能的较好方法,有多种多样的基准程序,如主要测试整数性能的基准程序、测试浮点性能的基准程序等。