Программное обеспечение и его разработка
Шрифт:
Рис. 3.1. Пример разных по производительности машин — на научной и коммерческой смеси команд. Время в секундах
Когда в 1964 г. появилась серия машин IBM 360, модель 70 (она существовала короткое время, пока ее не сменила модель 75) была самой крупной (самой мощной) моделью: модель 30 была самой маленькой.
Фред Брукс, архитектор серии 360, в статье для журнала «IBM System Journal» писал:
Центральные процессоры различных моделей существенно разнятся по производительности. По отношению к самой маленькой модели (модель 30) внутренняя производительность самой большой (модель 70) составляет примерно 50:1 для научных расчетов и 15:1 для обработки данных в
Обратите внимание на значительную разницу в сравнении при использовании коммерческих программ. Эти внутренние характеристики вычислительных машин не слишком точны, но все же широко используются как средство приблизительной оценки мощности ЭВМ.
Понятиями более полезными, чем МКС, являются пропускная способность системы и время ожидания решения. Эти характеристики используются для оценки машины в целом, а не только ее возможностей в выполнении команд. Здесь становится существенным соотношение ввода и вывода с мощностью центрального процессора. Слишком медленный ввод/вывод поставит процессор на «голодный паек»; слишком медленный процессор заставит устройства ввода/вывода постоянно ожидать, когда можно будет заслать данные в отведенные им места.
Пропускная способность системы. Пропускная способность системы определяет то количество работы, которое может быть выполнено на машине за данное время.
Пусть, например, мы имеем 400 программ, написанных на Фортране. Мы пропускаем их на машине А, и у нас уходит на это 10 ч. На машине В то же самое заняло бы у нас всего 8 ч. Машина В на 20 % лучше машины А в смысле пропускной способности.
Пропускная способность системы зависит от многого.
1. Аппаратура. Конфигурация машины, мощность ЦП, размер и скорость работы памяти, количество каналов, магнитофонов, дисководов, система команд.
2. Программное обеспечение. Управляет ресурсами системы операционная система. Если она работает эффективно, пропускная способность системы должна быть хорошей. Неэффективная система может свести на нет все прекрасные качества даже великолепной машины.
Значительное влияние на пропускную способность оказывает размер памяти. Если память мала, то и память, и ЦП должны периодически отвлекаться от настоящей работы и перемещать данные между различными уровнями памяти (дисками и т. д.).
Без внесения каких-либо исправлений в другие части машины увеличение основной памяти уменьшает это перемещение и, следовательно, освобождает время для настоящей работы. Память всегда будет служить ключом к производительности машины. Фон Нейман установил это в своем меморандуме в 1946 г.; это верно и сейчас.
Предсказать пропускную способность очень трудно. Слишком много здесь неизвестных!
Эталонов для измерения пропускной способности не существует; можно измерить только относительную пропускную способность. Ее можно измерять только по отношению к конкретному набору задач. При отсутствии такого набора ее можно лишь приблизительно оценивать.
Пропускная способность характеризует всю систему в целом: ЦП, память, магнитофоны, программное обеспечение и операторов. Она является мерой количества работ, проходящих через вычислительную систему.
Сравнение двух характеристик: пропускной способности и МКС. МКС является мерой внутренней скорости вычислительной аппаратуры, т. е. ЦП и памяти. С помощью МКС определяется время, потребное на выполнение команд, в него не входит время работы магнитофонов, каналов, программного обеспечения.
Пропускная способность оценивает всю вычислительную систему и ее компоненты, а также все программное обеспечение, работающее на данной аппаратуре.
Профессионалы, работающие с вычислительными
Время ожидания решения. Существует и другая характеристика вычислительных систем — время ожидания решения.
Временем ожидания решения называется время, которое проходит от того момента, когда программист отдает свою программу на счет, до момента получения им результатов этого счета. Чем меньше проходит времени, тем лучше. Время ожидания не следует смешивать с пропускной способностью.
Уменьшение времени ожидания, т. е. достижение желаемого результата, может привести к снижению пропускной способности, что нежелательно. Пакетная обработка увеличивает пропускную способность, но заодно увеличивает и время ожидания.
Уделяя внимание времени ожидания решения, мы тем самым заботимся об экономии времени инженера или программиста. Если же мы хотим снизить стоимость решения задач на данной машине, значит, нам нужно обратить особое внимание на пропускную способность.
«Отсутствие» ожидания достигается в большинстве систем разделением времени. Пользователь, сидящий за пультом устройства ввода/вывода, вводит приказы и данные. Вычислительная машина, обслуживающая сотни таких пользователей, достаточно быстро работает, чтобы при переключении с одного пользователя на другой им казалось, что в их распоряжении находится вся машина целиком. Машине приходится все время «изворачиваться»: ввести данные для пользователя № 10; обработать программу программиста № 47; отпечатать для девятого, вывести данные для № 197; № 177 хочет продолжить свою работу, и т. д., и т. п. Эти увертки не являются настоящей работой и составляют только накладные расходы.
В системах без разделения времени время ожидания обычно измеряется часами. Сколько времени пройдет с того момента, когда я «запущу» мою программу, до того момента, когда я получу мои результаты? Иногда это время может достигать 24 ч., если в машине оптимизируется пропускная способность.
Время ответа. Понятие времени ответа близко по смыслу понятию времени ожидания, но не эквивалентно ему. Это время, нужное вычислительной машине для ответа именно мне как пользователю терминального устройства, работающего в истинном масштабе времени. В этот момент я являюсь не программистом, а пользователем. Я использую машину для решения своей задачи. Время ответа обычно измеряется как время, проходящее от момента нажатия кнопки ввода до момента начала вывода на экран моего дисплея или на мое печатающее устройство.
Моей группой в отделении федеральных систем в IBM была успешно запрограммирована система диспетчерской службы нью-йоркской полиции (телефон вызова полиции 911), которая называлась «SPRINT». Мы просто измучились, так как корпорация не смогла отбиться от требования гарантировать время ответа не более 3 с. Нам надо было обслуживать 96 диспетчерских (телевизионных) пунктов, на которых находились полицейские. Модель IBM/50, которая нами использовалась, обслуживала такое множество экранов с большим трудом. Чтобы достичь этих трех секунд, нашим программистам приходилось творить чудеса. Из 2 млн. долларов, затраченных на всю разработку, на это ушло более 200 тыс. Разработчики программного обеспечения понимали, что предсказать время ответа для такой сложной системы заранее невозможно. Они отказались подписывать контракт, в котором были оговорены эти три секунды. Но руководство настояло на своем.