摘要：隨著電子技術(shù)的成熟，各種計(jì)算機(jī)的使用需求也越來(lái)越多，以CPU為代表的各類電子器件的性能正以摩爾定律的速度在飛速提升。毋庸置疑，計(jì)算機(jī)的性能也突飛猛進(jìn)。但是，計(jì)算機(jī)的性能并不只是由硬件性能所決定的?？闪炕闹笜?biāo)與測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)軍用計(jì)算機(jī)的硬件選型及指標(biāo)符合性驗(yàn)證起到了決定作用。但是定量測(cè)試比較難以實(shí)現(xiàn)，因此如何對(duì)計(jì)算機(jī)性能進(jìn)行定量分析是一個(gè)值得研究的課題。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)性能評(píng)價(jià)；定量；基準(zhǔn)程序

中圖分類號(hào)：TP302.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9599 （2012） 22-0000-02

1 引言

隨著電子技術(shù)的成熟與發(fā)展，越來(lái)越多的計(jì)算機(jī)設(shè)備廣泛的運(yùn)用于各種工作領(lǐng)域。大多數(shù)時(shí)候，人們通過(guò)CPU主頻、RAM大小、存儲(chǔ)器容量等硬件參數(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)性能進(jìn)行定性評(píng)估，而沒(méi)有一個(gè)相對(duì)準(zhǔn)確的定量測(cè)評(píng)方式，而這種簡(jiǎn)單的評(píng)估卻不能真正反映計(jì)算機(jī)的實(shí)際性能，有時(shí)候甚至?xí)贸鲥e(cuò)誤的結(jié)論。影響計(jì)算機(jī)性能的因素眾多，包括硬件、操作系統(tǒng)、編譯器、調(diào)用庫(kù)等等，正是由于這些差異導(dǎo)致很難找到一個(gè)相對(duì)公平的測(cè)試指標(biāo)與測(cè)試手段對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行性能定量檢測(cè)與評(píng)估，因此這是一個(gè)值得研究的課題。

2 影響性能因素

大體來(lái)說(shuō)，影響計(jì)算機(jī)性能的因素包括硬件和軟件兩大部分。硬件（Hardware）包括微處理器內(nèi)核、高速緩存、存儲(chǔ)器、外設(shè)接口等。軟件包括操作系統(tǒng)、嵌入式編譯器（Compiler）和運(yùn)行庫(kù)（Runtime Library）等。其中CPU又與處理器主頻、指令集等因素相關(guān)。應(yīng)用程序又受到目標(biāo)代碼、鏈接的庫(kù)程序代碼和操作系統(tǒng)調(diào)用3部分影響。因此影響計(jì)算機(jī)性能的因素眾多，關(guān)系復(fù)雜。

一個(gè)應(yīng)用程序受上述多種因素的影響，基于執(zhí)行時(shí)間的性能評(píng)價(jià)，可以建立模型如下：

由此可見(jiàn)，系統(tǒng)性能由4個(gè)參數(shù)共同決定。因此要對(duì)不同計(jì)算機(jī)進(jìn)行性能比對(duì)，不能只選取其中一個(gè)參數(shù)進(jìn)行，而應(yīng)該綜合全體因素。不同的計(jì)算機(jī)甚至在某些方面根本就沒(méi)有可比性，因此選取評(píng)價(jià)指標(biāo)顯得尤為重要。

3 評(píng)價(jià)指標(biāo)選取

我們常說(shuō)這臺(tái)計(jì)算機(jī)比另外一臺(tái)快，是根據(jù)什么指標(biāo)得出這種結(jié)論的呢？究其原因還是執(zhí)行時(shí)間的長(zhǎng)短。雖然CPU性能可以一定程度反映計(jì)算機(jī)的性能，但是影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的因素絕不僅僅只有CPU。計(jì)算機(jī)是由多種資源組成的復(fù)雜的系統(tǒng)，每個(gè)程序的運(yùn)行是基于對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各部分的要求。例如包含了對(duì)CPU的要求、對(duì)存儲(chǔ)空間的要求、對(duì)I/O工作的要求以及對(duì)軟件的要求等等。我們需要把一個(gè)給定的應(yīng)用轉(zhuǎn)換成一組對(duì)系統(tǒng)資源的要求，從而對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。在過(guò)去，這種轉(zhuǎn)換過(guò)程相對(duì)比較簡(jiǎn)單，因?yàn)橐郧拔覀冴P(guān)心的主要資源是CPU，并且任務(wù)也是也是串行執(zhí)行的。但現(xiàn)在，從某種意義上來(lái)看，CPU不再成為制約系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素，隨著整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)卻變得越來(lái)越復(fù)雜，我們不得不綜合考慮CPU、存儲(chǔ)系統(tǒng)、I/O結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、編譯器，以及應(yīng)用程序在內(nèi)的軟硬件對(duì)系統(tǒng)性能的影響。并且從用戶的角度來(lái)說(shuō)，用戶偏好以一種更為直接的方式去評(píng)判計(jì)算機(jī)性能，他們更關(guān)心的是整個(gè)系統(tǒng)的性能，而不單單是CPU的性能。因此系統(tǒng)性能更具實(shí)際意義。

系統(tǒng)性能測(cè)試歸根結(jié)底就是對(duì)時(shí)間的測(cè)試，沒(méi)有別的指標(biāo)，如果有也只能是關(guān)于執(zhí)行時(shí)間的某種變換。。

4 系統(tǒng)性能測(cè)試方法

4.1 基準(zhǔn)程序

基準(zhǔn)程序（benchmark）是一系列用于測(cè)試計(jì)算機(jī)不同方面性能的應(yīng)用程序的集合。而基準(zhǔn)程序的測(cè)試原理也是對(duì)運(yùn)行時(shí)間的測(cè)量?；鶞?zhǔn)程序可以分為：微觀基準(zhǔn)程序和宏觀基準(zhǔn)程序。微觀基準(zhǔn)程序用于測(cè)量影響系統(tǒng)性能的某一方面的參數(shù)。宏觀基準(zhǔn)程序則是通過(guò)調(diào)用并運(yùn)行事先準(zhǔn)備好的各種典型應(yīng)用程序（又叫負(fù)載），來(lái)獲得系統(tǒng)級(jí)的宏觀參數(shù)。

微觀基準(zhǔn)程序雖然能對(duì)計(jì)算機(jī)的一些重要指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，但是單一指標(biāo)并不能反映系統(tǒng)實(shí)際性能，甚至于實(shí)際應(yīng)用完全無(wú)關(guān)，而且影響系統(tǒng)性能的參數(shù)眾多，而且相互影響，所以微觀基準(zhǔn)程序很難給出準(zhǔn)確的系統(tǒng)整體性能評(píng)價(jià)。

宏觀基準(zhǔn)程序一般由多種基于不同應(yīng)用的測(cè)試程序組成，它即可單獨(dú)運(yùn)行某一特定程序，也可以組合運(yùn)行，相比微觀基準(zhǔn)程序更直接的反應(yīng)了系統(tǒng)性能。

4.2 SPEC

基準(zhǔn)程序中使用最為廣泛的、最具代表性的就是SPEC。SPEC屬于宏觀基準(zhǔn)程序，它是由SUN、DEC等大公司以及一些大學(xué)在1988年共同建立的。SPEC主要用于以VAX11/780的測(cè)試結(jié)果作為基數(shù)，對(duì)其他計(jì)算機(jī)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。SPEC基準(zhǔn)程序包含高性能計(jì)算、圖形應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)等幾大類。下面我們較詳細(xì)的介紹一下SPEC基準(zhǔn)程序。

5 基準(zhǔn)程序開(kāi)發(fā)

目前已有的基準(zhǔn)程序雖然對(duì)于評(píng)價(jià)通用計(jì)算機(jī)非常有用，但是它是基于一系列流行的，通用的模擬負(fù)載，不僅模擬負(fù)載與真實(shí)應(yīng)用情況存在差異，而且各種應(yīng)用不能改變調(diào)用頻度，因此現(xiàn)有的基準(zhǔn)程序不能精確對(duì)計(jì)算機(jī)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

為了解決上述問(wèn)題，就需要更準(zhǔn)確的模擬負(fù)載，也就是自行開(kāi)發(fā)基準(zhǔn)程序。另外隨著開(kāi)發(fā)語(yǔ)言的更新?lián)Q代，多核CPU并行計(jì)算的出現(xiàn)，現(xiàn)有基準(zhǔn)程序能否適應(yīng)下一代計(jì)算機(jī)也很難說(shuō)。

TPC已經(jīng)為開(kāi)發(fā)基準(zhǔn)程序提供了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范可供參考，而且目前也有自行開(kāi)發(fā)基準(zhǔn)程序的例子，比如Perfect Club。它的目的在于使用新語(yǔ)言編寫(xiě)新架構(gòu)程序，以適應(yīng)未來(lái)新型計(jì)算機(jī)體系架構(gòu)的需要。因此開(kāi)發(fā)基準(zhǔn)程序具有必要性與可行性的。對(duì)于開(kāi)發(fā)基準(zhǔn)程序應(yīng)遵循以下設(shè)計(jì)原則：

（1）跨平臺(tái)：為方便基準(zhǔn)程序在具有不同操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，因此應(yīng)該采用跨平臺(tái)的編程語(yǔ)言編寫(xiě)。

（2）組合測(cè)試：測(cè)試程序應(yīng)有可選性，針對(duì)不同應(yīng)用選取不同組合，甚至可以通過(guò)簡(jiǎn)單的配置實(shí)現(xiàn)最逼真的模擬測(cè)試。

（3）擴(kuò)展性：負(fù)載可隨需要進(jìn)行擴(kuò)充。

（4）運(yùn)行簡(jiǎn)單：為方便使用，基準(zhǔn)程序應(yīng)操作簡(jiǎn)潔，甚至可以自動(dòng)執(zhí)行測(cè)試。

（5）測(cè)試結(jié)果管理：應(yīng)具有測(cè)試結(jié)果分析與比對(duì)功能，能計(jì)算加速比。

6 總結(jié)

本文通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的體系架構(gòu)進(jìn)行分析，闡明了影響計(jì)算機(jī)性能的各種復(fù)雜因素，并明確了評(píng)價(jià)計(jì)算機(jī)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取。在性能測(cè)試方法方面著重介紹了基準(zhǔn)程序，并對(duì)計(jì)算機(jī)性能改進(jìn)方法與基準(zhǔn)程序開(kāi)發(fā)進(jìn)行了討論與建議。

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