Datakraft

Den datakraft (også kalt dataprosesseringskraft eller ytelse , engelsk datakraft eller ytelse ) er et mål for regnemaskiner og databehandlings - (korte DV-systemer) eller IT-systemet (korte IT-nett). Som regel er databehandlingshastigheten (for beregningene per tidsperiode), også kjent som hastighet eller hastighet , til maskindelene som brukes (for eksempel hoved- og grafikkprosessorenheter ) og hastigheten til individuelle applikasjoner (for eksempel f.eks. simuleringsberegninger eller behandling av store databaseadministrasjoner) er fokus for vurdering og, sjeldnere, datakraften til hele IT-systemer, som for eksempel mainframes eller nettverket til disse i såkalte superdatamaskiner .

I tillegg til ytelsen og den fysiske ytelsen til et IT-system, beskrives arbeidet utført mengde arbeid eller brukt energi blir vurdert per tidsperiode.

Ytterligere begrensninger

I betydningen "hvor raskt" betyr ytelse hvor lenge IT-systemet trenger for å fullføre en behandlingsordre. En slik ordre kan være det elektroniske svaret på et museklikk eller behandlingen av en stor bakgrunnsordre. "Hvor raskt" kan også være spørsmålet om hvor mange jobber IT-systemet kan behandle per tidsperiode. Dette er jobbgjennomstrømningen .

I tillegg til denne beskrivelsen brukes begrepet også for andre egenskaper som funksjonalitet , energieffektivitet eller pålitelighet .

Komponent- og systemytelse

Komponentytelse

Komponentytelse beskriver ytelsen til en enkelt komponent i et databehandlingssystem, for eksempel prosessoren , hovedminnet eller nettverkstilkoblingen . Den bruker fellesskap av en komponent, er det utstyr som omgir det, som miljø for prosessoren som genererer apparatstyresignaler, miljø av et lagringssystem som genererer hukommelsesaksess eller sett av noder i et datanettverk som genererer datatransportordre. Komponentens IT-ytelse er beskrevet i form av ytelsesparametere som fordelingen av ordrenes gjennomføringstid, gjennomstrømningshastigheter for ordrer eller gjennomsnittlig responstid . Om nødvendig blir slike variabler også differensiert etter ordretyper, for eksempel skrive og lese ordrer i lagringssystemer. I dette tilfellet er komponentytelse settet med alle ytelsesvariabler. For å vurdere om komponenten har tilfredsstillende ytelse, må det utføres en vurdering som sammenligner de bestemte ytelsesverdiene med verdiene til de valgte ytelsesparametrene som kreves av brukerfellesskapet (dvs. maskinmiljøet til komponenten).

Systemytelse

Med systemytelse vil ytelsen til et komplett databehandlingssystem bli referert til, som kan bestå av flere komponenter. Tilsvarende deler av DP-systemene kan være individuelle programvarekomponenter ( applikasjonsprogramvare og operativsystem ), datamaskiner ( f.eks. Filservere ), datanettverk (f.eks. Dataklynger ) eller spesielle enheter ( f.eks. Brytere ). Det avhenger også av hvor effektivt algoritmer er implementert og hvordan maskinvaren og programvaren er konfigurert .

Den brukerbasen kan bestå av både menneskelige brukere ( "normale" brukere, administratorer, ...) og andre IT-systemer. For eksempel brukes Wikipedia-nettstedet både av menneskelige brukere og av andre IT-systemer som søkemotorer. Den IT-ytelse av et slikt system er beskrevet - på samme måte som med den komponent ytelse - med ytelsesparametre responstid , fordeling , gjennomsnittlig responstid, gjennomstrømningshastighet og lignende. Disse variablene er hensiktsmessig detaljert i henhold til de forskjellige typer ordrer som forekommer i ordrestrømmen generert av hele brukerfellesskapet. Med systemytelse er definert som settet med alle målte og forventede utgangsstørrelser.

Det har blitt gjort gjentatte ganger forsøk på å beregne systemytelsen ut fra de kjente komponentytelsene . Erfaringen viser at innbyrdes forhold generelt er for kompliserte slik at dette ikke fungerer. Pålitelige systemytelsesverdier kan bare oppnås fra målinger eller, med begrensninger, fra prognoser.

Parametere og ytelseskriterier

Det er et stort antall parametere som brukes til å evaluere ytelse. I mange tilfeller sier disse beregningene lite om den faktiske ytelsen til systemet.

Gjennomsnittlig antall instruksjoner utført delt på antall klokkesykluser som kreves for å utføre programmet. IPC kan også uttrykkes som gjensidig gjensidig av CPI ( sykluser per instruksjon ).
IPC = antall instruksjoner / klokkesykluser
En høy IPC-verdi betyr at arkitekturen er svært effektiv. Verdien alene sier imidlertid ikke noe om den faktiske hastigheten (effektiviteten).
En komponentytelsesparameter som tidligere var mye brukt for å karakterisere ytelsen til en prosessor, er (gjennomsnitt) antall kjørbare maskininstruksjoner per tidsenhet. Det avhenger imidlertid av dataarkitekturen (spesielt maskininstruksjonssettet) hvor mange maskininstruksjoner som må utføres for å utføre en databehandlingsoperasjon som en bruker ønsker.
Ytelsen variable flyttallsoperasjoner per sekund benyttes spesielt for superdatamaskiner , ettersom disse operasjonene spiller en viktig rolle i høy ytelse . Imidlertid er en sammenligning bare mulig hvis referansemetoden som verdien ble bestemt med er kjent.
Dataoverføringshastigheten indikerer den totale datamengden (brukerdata og kontrolldata) per gang som kan overføres.
Datakapasiteten indikerer mengden brukerdata per gang som kan overføres.
Svartid er tiden mellom å sende en forespørsel og motta det tilknyttede svaret.
Forholdet mellom behandlingstid og responstid
Frames per Second brukes som ytelsesindikator av grafikkort for antall bilder som sendes ut per sekund.
Dette er imidlertid verken en systemytelsesvariabel eller en komponentytelsesvariabel, men gjelder et lag som er enda lenger inne. Faktorer som prosessorarkitektur , antall prosessorkjerner , hastighet på de interne bussene , minnestørrelse ( cache og minne ) og andre har en betydelig innvirkning på ytelsen. En sammenligning basert bare på prosessorhastigheten er misvisende.
Dette er et annet uttrykk for responstid (jobbbehandlingstid etter avbrudd) med den sekundære forutsetningen om at en viss øvre verdi ikke overskrides. Det er garantert maksimal responstid. Det er en av mange varianter av systemytelsesmengder. Uttrykt i form av ISO-standarden, er ventetiden tidsklasse-grensen (ISO: tidsklasse) for tidsklasse nr. 1 (ISO: tidsklasse 1) for behandlingstidskravet (ISO: funksjonalitet) for ordren type (ISO: oppgavetype) "Svar på avbrudd". Dette ledetidskravet har bare en enkelt tidsklasse.
Når det gjelder et lagringsmedium, er tilgangstiden tiden mellom ankomsten av en skriv eller les-kommando og starten av den tilsvarende prosessen.

Måling versus prediksjon

IT-ytelse er beskrevet med ytelsesvariabler. Det er følgende måter å bestemme numeriske verdier for slike mengder:

Mål

Måling (engelsk måling ) er den eksperimentelle bestemmelsen av DV-effektverdier med det faktisk konstruerte DV-systemet. Bestillingsstrømmen som mates til systemet kan genereres av virkelige brukere (reell belastning) eller av en brukersimulator (simulativ belastning). Den simulerende belastningen kan være en individuell belastning, vanligvis som en del av en belastningstest , eller en standardisert belastning for sammenligning av referanseverdier .

Det skilles mellom måling av programvare og maskinvaremåling.

  • Maskinvare måling
Her er målesensorer festet direkte til måleobjektet, som overfører tilsvarende data. Denne typen målinger påvirker ikke prosessen til eiendomsdatamaskinen.
  • Programvare måling
Et måleprogram er installert på objektdatamaskinen, som overfører nødvendig informasjon via et standardgrensesnitt. Siden måleprogrammene fungerer uavhengig av maskinvaren, kreves bare minimal kunnskap om objektdatamaskinen, og måleprogrammene kan kjøres på nesten alle datamaskiner. Imidlertid endres programsekvensen på objektdatamaskinen, og det brukes flere ressurser. Objektdatamaskinens dynamiske oppførsel er forfalsket.

prognose

Prediksjon er en prosedyre der numeriske verdier av IT-ytelsesvariabler bestemmes ved hjelp av matematisk-analytiske metoder eller simuleringsmetoder. I motsetning til målemetodene trenger ikke et reelt system være til stede for beregning av ytelsesevaluering.

I den analytiske prosessen er IT-systemet og dets brukere representert av en matematisk modell, og IT-ytelsesverdiene bestemmes utelukkende ved beregning. I simuleringsprosessen simuleres både IT-systemet og dets brukere, og de numeriske verdiene til IT-ytelsesvariablene bestemmes ut fra denne simulerte hendelsen. Både med de analytiske metodene og med simuleringsmetodene, er resultatene vanligvis bare omtrentlige eller estimerte verdier. I motsetning til verdier fra målinger med et ekte IT-system, har de karakteren av en prediksjon eller prognose.

  • Beskrivelse av grafteori

Modellering av systemet som en graf er spesielt nyttig i kommunikasjonsteknologi . Komponentene er representert som noder. Forbindelser mellom komponentene er representert som kanter. Hver kant har en maksimal kapasitet, som ikke må overskrides, og en strømstrøm. Det resulterende nettverket kan nå vurderes ved å bestemme størst mulig flyt mellom to komponenter. Hvis dette gjøres parvis for alle noder, kan sakte komponenter identifiseres.

En teoretisk beskrivelse av trafikken er basert på en jobbkø som behandles av en operatørstasjon. Bestillingene når køen med middels ankomsthastighet og etterlater operatørstasjonen med middels servicetakst . Trafikkintensiteten er beskrevet av kvotienten . Systemet fungerer bare ordentlig så lenge det er. Ellers blir det overløp.

Ulike systemer kan representeres med denne modellen. En datamaskin uten rørledning med bare en prosessor mottar en negativ eksponensiell distribusjon som en distribusjonsfunksjon . Rørledningsprosessorer med trinn er modellert med Erlang-distribusjonen . En hypereksponensiell fordeling av den første ordren brukes til flerprosessorsystemer

  • Generell kømodell

  • Kømodell for rørledningsprosesser

  • Kømodell for flerprosessorsystemer

Et annet forsøk på å analytisk sammenligne ytelsen til prosessorer er med mikser og kjerneprogrammer. Disse eksperimentene er imidlertid relativt komplekse og brukes sjelden i dag.

  • Kommando mikser
Instruksjonstiden for forskjellige instruksjonstyper blir oppsummert i henhold til den forventede relative hyppigheten av deres forekomst og evaluert som den gjennomsnittlige instruksjonstiden.
  • Kjerneprogrammer
Kjerneprogrammer er løsninger for typiske, avgrensede oppgaver som er skrevet for at datamaskinen skal evalueres. Imidlertid blir de ikke henrettet. Målet er å bestemme utførelsestiden basert på de enkelte kommandoutførelsestidene.

Evaluering av IT-ytelsen

Ytelsesverdier (uansett om de bestemmes ved hjelp av måling eller ved hjelp av prediksjonsmetoder) er numeriske verdier av fysiske størrelser som er viktige og interessante, men som i seg selv ikke gir noen uttalelse om det viktige spørsmålet om om IT-systemet oppfyller sine (ytelses) behov Oppfylt av brukerfellesskapet. Disse behovene må derfor defineres numerisk.

En sammenligning av disse (påkrevde) verdiene med ytelsesverdiene som leveres av IT-systemet må deretter utføres. Resultatet av denne sammenligningen er utsagnet om databehandlingssystemet er tilstrekkelig til å tilfredsstille brukernes behov. Dette er vurderingen. Dette fører til resultatene som brukerne til slutt krever: "utilstrekkelig", "tilstrekkelig", "overoppnådd" osv. Skalaen til en slik sluttuttalelse kan også velges mer detaljert.

Følgende fakta skal også påpekes:

  • Verdiene av IT-ytelsesparametere til et system som vurderes er konkrete tall. De ville bare endres hvis systemet ble endret (for eksempel ved å erstatte maskinvarekomponenter som prosessoren eller en minneenhet eller programvarekomponenter som operativsystemversjonen og / eller applikasjonsprogramvare med annen programvareeffektivitet).
  • Derimot er evalueringsresultatene avhengige av brukerpopulasjonen det er referert til i evalueringen. Evalueringen av et DP-system som vurderes kan for eksempel være veldig bra for brukergruppe A, mens det samme systemet for brukergruppe B er utilfredsstillende.

Referanse- og belastningstest

Mens målet med lastetesten er å bevise om den forventede belastningen kan behandles i den nødvendige tiden, er målet med referanseindeksen å bestemme et nøkkeltall som kan sammenlignes mellom forskjellige systemer.

Lastetesten kan utformes slik at virkelige brukere genererer laststrømmen (reell belastning). Laststrømmen kan også genereres av en simulator som simulerer hele brukerpopulasjonen i detalj (simulativ belastning). En referanseindeks bruker alltid en standardisert, simulativ belastning for å kunne sammenligne resultatene.

For å oppnå mer presise resultater må det brukes måleprogramvare som nøyaktig logger ordreprosessen og utfører evalueringen (bestemmelse av IT-ytelsesparametrene) etter at testen er avsluttet.

I løpet av tiden har det blitt utviklet og beskrevet enorme mengder (datamaskin) referanser, både på vitenskapelig nivå og i bransjen og næringslivet. Nesten alle disse referanseverdiene har forskjellige prinsipper og ytelsesparametere for databehandling, slik at måleresultatene generelt ikke er sammenlignbare. Mange av disse referanseverdiene var bare oppdaterte i kort tid og har forsvunnet igjen.

Ytelsesdatabaser

Fagbøker og magasiner publiserer regelmessig rangeringer av ytelsen til datasystemer eller komponenter. Disse bestemmes av nøkkeltall eller referanser.

En kjent database, TOP500 , viser de 500 kraftigste superdatamaskinene i verden. Den Linpack benchmark brukes til dette.

Standarder

Standardene DIN 66273 "Måling og evaluering av ytelsen til databehandlingssystemer" og ISO 14756 "Måling og evaluering av ytelsen og programvareeffektiviteten til databehandlingssystemer" gir komplette forslag til referansemetodikk og ytelsesparametere for databehandling. ISO-standarden har vedtatt og utvidet prinsippene i DIN 66273. Målinger som er utført i henhold til DIN 66273 er ​​også i samsvar med ISO 14756. ISO-standarden utvider bruksområdet utover måling og evaluering av IT-ytelse til måling av (kjøretid) effektivitet i systemet og / eller applikasjonsprogramvaren. DIN-standarden standardiserer referansemetoden, men fordi referanser er kortvarige, definerer de ikke spesifikke referanser. Imidlertid inneholder ISO-standarden også eksempler på komplette referanseverdier.

The Application responsmåling (ARM) er en standard for Open Group og brukes til å måle ytelsen av transaksjoner fra brukerens perspektiv.

Variabel ytelse

Som regel er ytelsen til et informasjonsteknologisystem konstant. På grunn av nedoverkompatibilitet eller for å spare energi kan det imidlertid være tilrådelig å redusere ytelsen. Den turbo nøkkel sikret nedover kompatibilitet med standard IBM PC på fra 8086 til Pentium era. Dette ble ofte gjort ved å redusere klokkefrekvensen, men også ved å slå av nivå 1-hurtigbufferen eller redusere klokkefrekvensen til frontbussen.

I moderne notatbøker derimot, teknologier som PowerNow! , Cool'n'Quiet eller Intel SpeedStep-teknologi, kraften når den ikke er nødvendig for å spare de knappe energiressursene i batteriene . Dette kan gjøres ved å redusere klokkefrekvensen eller kjernespenningen eller ved å slå av individuelle prosessorer i flerprosessorsystemer .

litteratur

  • D. Ferrari: Evaluering av ytelsessystemer for datamaskiner , Prentice-Hall Inc., Englewood Cliffs, New Yersey 1978, ISBN 0-13-165126-9
  • D. Ferrari, G. Serazzi, A. Zeigner: Measurement and Tuning of Computer Systems , Prentice-Hall Inc., Englewood Cliffs, New Yersey 1983, ISBN 0-13-568519-2
  • R. Jain: The Art of Computer Systems Performance Analysis , John Wiley, New York 1991, ISBN 0-471-50336-3
  • G. Bolch: Ytelsesevaluering av datasystemer ved hjelp av analytiske kømodeller , retningslinjer og monografier innen informatikk, BG Teubner, Stuttgart 1989, ISBN 3-519-02279-6
  • H. Langendörfer: Ytelsesanalyse av databehandlingssystemer (måling, modellering, simulering) , C. Hanser, München / Wien 1992, ISBN 3-446-15646-1
  • AO Allen: Introduksjon til Computer Performance Analysis med Mathematica , AP Professional, Harcourt Brace & Company Publishers, Boston 1994, ISBN 0-12-051070-7
  • W. Dirlewanger: Måling og evaluering av IT-ytelse basert på DIN 66273-standarden , Hüthig, Heidelberg 1994, ISBN 3-7785-2147-0
  • M. Haas, W. Zorn: Metodisk ytelsesanalyse av databehandlingssystemer , R. Oldenbourg, München / Wien 1995, ISBN 3-486-20779-2
  • C. Jones: Måling av anvendt programvare, sikring av produktivitet og kvalitet. McGraw-Hill, New York 1996, 2. utg., ISBN 0-07-032826-9
  • W. Dirlewanger: Måling og vurdering av datasystemers ytelse og programvareeffektivitet - En introduksjon til ISO / IEC 14756-metoden og en guide til dets applikasjoner , online Verlag Kassel-University-Press-GmbH, Kassel 2006, www.upress.uni -kassel.de, ISBN 3-89958-233-0 og ISBN 978-3-89958-233-8
  • John L. Hennessy , David A. Patterson : Dataarkitektur: Analyse, Design, Implementering, Evaluering. Vieweg, Braunschweig 1994, ISBN 3-528-05173-6
  • Andrew S. Tanenbaum , James Goodman: Dataarkitektur. 4. utgave, Pearson Studium, München 2001, ISBN 3-8273-7016-7
  • Niklas Schlimm, Mirko Novakovic, Robert Spielmann, Tobias Knierim: Ytelsesanalyse og optimalisering innen programvareutvikling. Datavitenskapsspektrum 30. april 2007, PDF
  • Theo Ungerer, Uwe Brinkschulte: Mikrocontrollere og mikroprosessorer. Springer, 2010, ISBN 9783540468011 , online
  • Thomas Rauber, Gudula Rünger: Parallell og distribuert programmering. Springer, 2000, ISBN 9783540660095 online
  • Tobias Häberlein: Teknisk IT. Springer, 2011, ISBN 9783834813725 online
  • Paul J. Fortier, Howard Edgar Michel: Evaluering og prediksjon av datasystemers ytelse. Digital Press, 2003, ISBN 9781555582609 online

weblenker

  • Kapittel 2.5: Ytelsesevaluering - side om numerisk matematikk ved XiPaint Development (siste endring: rundt 2000)

Individuelle bevis

  1. ↑ a b datakraft - side på ITWissen.info ; Status: 21. juli 2012, åpnet 21. juli 2012
  2. ↑ Peter Stahlknecht, Ulrich Hasenkamp: Introduksjon til forretningsinformasjonssystemer. Springer lærebokserie, Verlag Springer, 2005, ISBN 9783540011835 , side 31 online
  3. ↑ Med den nye DIN-standarden kan IT-ytelsen måles ( Memento fra 28. januar 2007 i Internet Archive ) - Artikkel i Computerwoche , 10. april 1992, åpnet 21. juli 2012
  4. ↑ Uwe Brinkschulte, Theo Ungerer: Mikrocontrollere og mikroprosessorer. Verlag Springer, 2010, ISBN 9783642053979 , side 13 online
  5. ^ Willi Albers: Kortfattet ordbok for økonomi. Vandenhoeck & Ruprecht, 1980, ISBN 9783525102572 , side 100 online
  6. ↑ Dietmar Moeller: Datastrukturer. Springer, 2002, ISBN 9783540676386 , side 231 online
  7. ↑ http://www.spec.org/spec/glossary/#benchmark
  8. ↑ http://www.top500.org