软考-系统架构设计师：性能评价方法

考点

选择题方式，给定几种评价方法，方法有什么样的特点，判断正确与否。

性能评价方法

按时间发展顺序排列，如下：

• 时钟频率法（Android多核CPU没有iOS单核流畅）
• 指令执行速度法
• 等效指令速度法（吉普森混合法）
• 数据处理速率法（PDR：Process Data Rate）
• 综合理论性能法（CTP：Complex Theory Performance）
• 基准程序法（Benchmark，跑分软件）
  • Dhrystone基准程序
  • Linpack基准程序
  • Whestone基准程序
  • SPEC基准程序
    • SPECmark（SPEC分数）
    • SPECint（SPEC整数）
    • SPECfp（SPEC浮点数）
    • SPECrate（SPECint_rate、SPECfp_rate）
  • TPC基准程序
    • TPC-A：OLTP环境下的数据库和硬件的性能
    • TPC-B：不包括网络的纯事务处理，模拟企业计算环境
    • TPC-C：联机订货系统
    • TPC-D、TPC-H和TPC-R：决策支持系统
    • TPC-E：大型企业信息服务系统
    • TPC-W：通过Internet进行市场服务和销售的商业行为

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倍。

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，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系统等速度之间相互协调等因素，所以只能说明在特定条件下的浮点运算速度。

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_i)进行计算得到的。若各类指令的执行时间为t_i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，因此后来又发展了其他评价方法。

数据处理速率法(PDR)

因为在不同程序中，各类指令使用频率是不同的，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响极大。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，其计算方法如下：

PDR=L/R

其中，L=0.85G+0.15H+0.4J+0.15K，R=0.85M+0.09N+0.06P。式中G是每条定点指令的位数，M是平均定点加法时间，H是每条浮点指令的位数，N是平均浮点加法时间，J是定点操作数的位数，P是平均浮点乘法时间，K是浮点操作数的位数。

此外，还做了如下规定：G＞20位，H＞30位；从主存取一条指令的时间等于取一个字的时间；指令与操作存放在主存，无变址或间址操作；允许有并行或先行取指令功能，此时选择平均取指令时间。PDR值主要对CPU和主存储器的速度进行度量，但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，取而代之的是CTP(综合理论性能)。

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。

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)它没有考虑诸如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上作能力。

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逻辑、测试浮点性能的基准程序等。

历年真题

美国政府曾用PDR值(数据处理速率)作为一类计算机出口许可证的限制性指标，它 ____ 。
A．与每条指令和每个操作数的平均位数及每条指令的平均运算速度有关
B．主要针对服务器，与数据查询速度有关
C．主要与机器的输入输出能力有关
D．是机器运算能力，输出输入速度，以及各种功能部件的技术性能的综合评价