Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лабораторная работа № 1, 2.
Тема: Определение быстродействия ЭВМ.
Цель работы: Освоение практических методов определения времени выполнения арифметических и логических операций в процессоре.
Важнейшие характеристики ЭВМ:
Выше перечисленные характеристики в общем случае связаны между собой сложными функциональными зависимостями, которые определяются принятыми способами организации, элементной базой, технологией производства и т.д. Характеристики ЭВМ являются в большинстве случаев векторными величинами, каждая компонента которых определяет отдельные свойства ЭВМ.
Производительность ЭВМ – характеристика вычислительной мощности, определяющая количество вычислительной работы, выполняемой ЭВМ в единицу времени.
Данное определение не является конструктивным, так как в настоящее время отсутствует четко сформулированное понятие единицы вычислительной работы, которое для каждого конкретного пользователя индуктивно понятно. По этой причине на практике пользуются различными наборами чисел, характеризующими производительность ЭВМ.
Номинальная производительность – вектор , состоящий из быстродействия устройств, входящих в ЭВМ. Например, быстродействие процессора, оперативной памяти, каналов, накопителей на магнитном диске, печатающих устройств, устройств ввода с перфокарт и т.д. Под быстродействием понимается количество операций, выполняемых в единицу времени. Понятие номинальной производительности удобно для производителей ЭВМ и характеризует потенциальные возможности ЭВМ в смысле скорости обработки данных.
Наличие общих ресурсов в ЭВМ не позволяет полностью использовать ее номинальную производительность. Например, наличие в структуре одного селекторного канала не позволяет считывать (или записывать) информацию с двух (или большего числа) накопителей на магнитных дисках одновременно. Поэтому иногда вводится понятие комплексной производительности ЭВМ, которая характеризует не только быстродействие устройств, но и структуру связей между ними, возможность параллельной работы части устройств.
Сложность структуры современных ЭВМ привела к необходимости создания и постоянной эксплуатации комплекса программ, осуществляющих управление вычислительным процессом и реализующих наиболее общие алгоритмы обработки информации. Этот комплекс программ известен под названием “операционная система”. Структура технических средств ЭВМ и порядок прохождения задачи пользователя через ЭВМ, определяемый операционной системой, характеризует системную производительность ЭВМ.
Учет параметров задач пользователя (трудоемкость алгоритма, количество обращений к устройствам ввода – вывода, необходимая емкость ОЗУ и т.д.) приводят к понятию производительности на рабочей нагрузке. Последняя характеризуется числом задач пользователя, решаемых в единицу времени. Производительность на рабочей нагрузке важна для пользователя, но мало актуальна для разработчиков и производителей универсальных ЭВМ.
Известно, что важнейшим параметром производительности ЭВМ является ее быстродействие, определяющее возможную скорость обработки информации. Чаще всего под быстродействием ЭВМ понимают скорость или время выполнения только процессорных операций. Скорость и время выполнения операций связаны между собой соотношением:
,
где V – скорость выполнения операций, изменяемая количеством операций в секунду;
Быстродействие ЭВМ складывается из быстродействия процессора и времени обращения к ОЗУ. В общем случае быстродействие ЭВМ существенно различно для разных процессорных операций, которые различаются между собой числом обращений к ОЗУ или регистрам общего назначения, алгоритмами обработки, исходными данными. Поэтому для характеристики быстродействия ЭВМ – можно ввести понятие номинального быстродействия ЭВМ, которое определяется вектором значений V1, V2,…, Vм или 1, 2,…, м, где м – число операций, выполняемых ЭВМ. Vi (i=1, 2,…, м) – среднее число операций i-го типа, выполняемых за секунду, i (i=1, 2,…, м) – среднее время выполнения i-ой операции.
Сравнение различных ЭВМ по номинальному быстродействию затруднительно из-за большого числа операций и из различного состава. Для пользователя более простой величиной является среднее быстродействие ЭВМ, которое определяется следующим образом:
,
где рi (i=1, 2,…, м) вероятность выполнения i-ой операции.
Очевидно, что
Тогда в знаменателе выражения стоит математическое ожидание длительности операции.
Но в свою очередь величина вероятности выполнения операции рi определяется решаемой задачей. В настоящее время для сравнения различных ЭВМ используют так называемые смеси Гибсона, которые задают вероятность использования операций для различных классов, решаемых задач.
Практические значения Vi или i (i=1, 2,…, м) для конкретной ЭВМ и при известной нагрузке могут быть определены несколькими способами.
Первый способ. Использовать знание алгоритма выполнения i-ой операции в ЭВМ. На основе технической документации составляется граф-схема микропрограммы заданной операции и для конкретных исходных данных определяется число тактирующих импульсов. Период следования тактирующих импульсов измеряется непосредственно на ЭВМ (с помощью осциллографа, частотомера или других приборов).
Второй способ. В процессоре заблокировать наращивание счетчика адреса команд (если это не предусмотрено конструкцией ЭВМ) и запустить ЭВМ на выполнение заданной операции в автоматическом режиме. С помощью осциллографа либо частотомера определить период выполнения операции. Следует отметить, что данный способ может иногда дать неверный результат для тех команд, которые изменяют значение одного или нескольких операндов в ходе своего выполнения.
Третий способ. Большинство современных ЭВМ имеют таймеры – устройства для измерения временных интервалов с достаточно высокой точностью. Идея способа заключается в следующем. Запускается на счет некоторая программа и оценивается время выполнения по показаниям таймера. Запускается на счет вторая программа, которая отличается от предыдущей только наличием операции, время выполнения которой исследуется. Оценивается время выполнения второй операции. Очевидно, что разность времен выполнения первой и второй программ позволяет определить искомое значение.
Порядок выполнения работы.
1. В соответствии с номером варианта из таблицы №1 выбирается команда ЭВМ, время выполнения которой следует определить с помощью третьего способа.
2. Разрабатываются схемы алгоритмов первой и второй программы, отличающихся друг от друга наличием или отсутствием исследуемой команды. Программы должны быть циклическими, чтобы разность времен их выполнения была ощутимой и фиксировалась операционной системой. Программу следует написать на языке Ассемблер (или другом согласованном с преподавателем), предусмотрев в них задание различных исходных данных. При разработке программ на языках высокого уровня следует учесть, что компиляторы могут быть оптимизирующими.
3. Разработанные программы пропускаются через одну и ту же ЭВМ для трех вариантов исходных данных. Желательно, чтобы исходные данные были “легкими”, “средними” и “тяжелыми” для выполнения данной операции в ЭВМ. Например, для операции суммирования двоичных чисел с плавающей запятой исходные данные будут “легкими”, если порядки чисел будут одинаковыми, “тяжелыми” – для чисел с максимально возможной разностью порядков, “средними” – для промежуточных случаев. Здесь под трудностью выполнения операции подразумевается время ее выполнения для конкретных исходных данных. Для подбора исходных данных надо ознакомится с алгоритмов выполнения операции ЭВМ. Желательно проверить повторяемость результатов.
4. Оформляется отчет о лабораторной работе, где приводятся распечатки программ, анализ полученных результатов, сравнение полученных результатов с техническими данными из справочной литературы.
Таблица 1.1. Варианты заданий.
|
Вариант |
Операция ЯВУ |
Тип операндов |
|
1 |
Сложение |
Ц1, Ц4 |
|
2 |
Сложение |
Ц4, ВО |
|
3 |
Сложение |
Ц2, Ц4 |
|
4 |
Сложение |
Ц1, ВО |
|
5 |
Вычитание |
Ц1, ВО |
|
6 |
Вычитание |
Ц2, Ц4 |
|
7 |
Вычитание |
Ц2,ВО |
|
8 |
Вычитание |
Ц1, Ц4 |
|
9 |
Умножение |
Ц1, ВО |
|
10 |
Умножение |
Ц4, ВО |
|
11 |
Умножение |
Ц1, Ц2 |
|
12 |
Умножение |
Ц2, ВО |
|
13 |
Деление |
Ц1, Ц4 |
|
14 |
Деление |
Ц4, ВО |
|
15 |
Деление |
Ц1, Ц2 |
|
16 |
Деление |
Ц2, ВО |
|
17 |
Пересылка |
Ц1, Ц2 |
|
18 |
Пересылка |
Ц1, Ц4 |
|
19 |
Пересылка |
Ц2, ВО |
|
20 |
Пересылка |
Ц4,ВО |
|
21 |
Сравнение |
Ц1, Ц4 |
|
22 |
Сравнение |
Ц1, ВО |
|
23 |
Сравнение |
Ц2, ВО |
|
24 |
Сравнение |
Ц4, ВО |
|
25 |
AND |
Ц1, Ц2 |
|
26 |
AND |
Ц1, Ц4 |
|
27 |
OR |
Ц1, Ц2 |
|
28 |
OR |
Ц2, Ц4 |
|
29 |
NOT |
Ц1, Ц4 |
|
30 |
XOR |
Ц2, Ц4 |
Цх – целые числа х байт;
ВО – вещественные числа одинарной точности;
Таблица 1.2.
|
Вариант |
Команда Ассемблера |
Операция ЯВУ |
Тип операндов |
Тип результатов |
|
1 |
DIV |
Сложение |
Ц |
Ц |
|
2 |
MUL |
Сложение |
ВО |
ВО |
|
3 |
AND |
Сложение |
ВД |
ВД |
|
4 |
OR |
Сложение |
Д |
Д |
|
5 |
XOR |
Вычитание |
Ц |
Ц |
|
6 |
NOT |
Вычитание |
ВО |
ВО |
|
7 |
SUB |
Вычитание |
ВД |
ВД |
|
8 |
ADD |
Вычитание |
Д |
Д |
|
9 |
ADC |
Умножение |
Ц |
Ц |
|
10 |
INC |
Умножение |
ВО |
ВО |
|
11 |
DEC |
Умножение |
ВД |
ВД |
|
12 |
CMP |
Умножение |
Д |
Д |
|
13 |
MOV |
Деление |
Ц |
Ц |
|
14 |
XCHG |
Деление |
ВО |
ВО |
|
15 |
PUSH |
Деление |
ВД |
ВД |
|
16 |
POP |
Деление |
Д |
Д |
|
17 |
MOVSB |
Пересылка |
Ц |
Ц |
|
18 |
MOVSW |
Пересылка |
ВО |
ВО |
|
19 |
LODSB |
Пересылка |
ВД |
ВД |
|
20 |
LODSW |
Пересылка |
Д |
Д |
|
21 |
CMPSB |
Пересылка |
Ц |
ВО |
|
22 |
CMPSW |
Пересылка |
Ц |
ВД |
|
23 |
SCASB |
Пересылка |
ВО |
Ц |
|
24 |
SCASW |
Пересылка |
ВД |
Ц |
|
25 |
NEG |
Логическая операция |
ВО – вещественные числа;
ВД – вещественные числа двойной точности;
Ц – целые числа;
Д – десятичные числа.
Контрольные вопросы.
Литература.
“Структура ЭВМ” – Л.: Машиностроение, 1979. – 384 с.
“ЭВМ ЕС” – М.: Машиностроение, 1981. – 648 с.
“ЭВМ и системы” – М.: Энергоатомиздат, 1985. - 552 с.
“Оценка производительности вычислительных систем” –
М.: Мир, 1981. - 576 с.
Тема: Определение быстродействия графической подсистемы ВС.
В данной работе студентам предлагается определить быстродействие графической подсистемы компьютера при построении простейших графических примитивов из стандартной библиотеки. Тип графического оператора задается вариантом задания.
Студенту необходимо:
Таблица 4.1. Варианты заданий.
|
№ |
Тип графического оператора |
Параметр, влияющий на быстродействие |
Дополнительный параметр |
|
1 |
line |
Длина линии |
CGA 320*200/640*200 |
|
2 |
linerel |
Длина линии |
EGA 640*200/640*350 |
|
3 |
lineto |
Длина линии |
VGA 640*480/Hercules |
|
4 |
ellipse |
Эксцентриситет |
Часть эллипса выходит за монитор |
|
5 |
fillellipse |
Эксцентриситет |
Цвет заливки |
|
6 |
sector |
Эксцентриситет |
Полноэкранный / оконный режим работы |
|
7 |
ars |
Радиус |
CGA 320*200/640*200 |
|
8 |
circle |
Радиус |
EGA 640*200/640*350 |
|
9 |
pieclice |
Радиус |
VGA 640*480/Hercules |
|
10 |
drawpoly |
Количество звеньев |
Звенья пересекаются |
|
11 |
fillpoly |
Количество звеньев |
Цвет заливки |
|
12 |
putrixel |
Количество точек |
Цвет точек |
|
13 |
getpixel |
Количество точек |
Связность точек |
Лабораторная работа №4.
Тема: Исследование дисковой подсистемы ввода/вывода.
Цель работы: Получить практические навыки оценки быстродействия
дис ковой подсистемы ввода/вывода.
Оценка быстродействия дисковой подсистемы ввода/вывода в лабораторной работе выполняется на примере подсистемы ввода/вывода ПЭВМ ти па IВМ РС (накопитель на гибких магнитных дисках) с ОС МS-DOS. Для вы полнения лабораторной работы целесообразно ознакомиться с организацией дисковой памяти на гибких магнитных дисках ПЭВМ типа IВМ РС по реко мендованной к лабораторной работе литературе [1,2]. Для определения быст родействия дисковой подсистемы ввода/вывода используется способ с при менением системного таймера вычислительной системы (способ 3, л.р. №1).
При выполнении работы используется функция языка высокого уровня
C write:
int write (int handle, void *buf, unsigned len).
Следует учесть, что для повышения быстродействия операций ввода-вывода операционная система МS-DOS осуществляет их буферизацию. По этому для получения оценки быстродействия необходимо использовать функцию 0Dh прерывания 21h МS-DOS (сбросить диск), которая сбрасывает все файловые буферы. Все данные, записанные логически пользовательскими программами и временно буферизованные в МS-DOS, записываются физиче ски на диск. При вызове функции регистр аh=0Dh, при возврате - ничего не возвращается.
Порядок выполнения работы.
Содержание отчета.
Примечание.
Для получения достоверных результатов оценку быстродействия сле дует производить при запуске программы в DOS-режиме или в режиме Command prompt only.
Литература.
Пер. с англ. - М.: Мир, 1993.-509 с.
Пер. с англ. – М.: Высш. шк., 1992. - 477 с.