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Comment se définit et se mesure la performance globale dune machine ? 27 février 2002 ---------- Jean-Marc DUFRESNE Maxence JEGOU Marie-Laure POITOU IGSI.

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1 Comment se définit et se mesure la performance globale dune machine ? 27 février Jean-Marc DUFRESNE Maxence JEGOU Marie-Laure POITOU IGSI FC – Module : Architecture ordinateurs

2 Sommaire Comment se définit et se mesure la performance dune machine ? Introduction Sur quoi portent les mesures de performances ? composants interaction Comment mesurer ? techniques de mesure outils de mesure Conclusion

3 Introduction Facteurs dAPPRECIATION dune machine Comment se définit et se mesure la performance dune machine ? Fonctions Utilisation CoûtPerformance Définition : Comment, en terme defficacité, une machine atteint ses objectifs

4 Introduction... Comment se définit et se mesure la performance dune machine ? Concepteur de systèmes Gestionnaire dinstallations informatiques Utilisateur - temps daccès à la mémoire, - vitesse du matériel, - organisation des librairies de programmes et des BD, - algorithmes dallocation de la mémoire débit important de travaux en un temps donné, - nombre possible dutilisateurs supportés, - utilisation équilibrée et rentable des composants du système, - service satisfaisant à la plupart des utilisateurs... - réduction du temps de réponse … unité commune : le TEMPS.. une machine atteint ses objectifs...

5 Un peu dhistoire... Comment se définit et se mesure la performance dune machine ? 1re mesure de performance :« temps pour exécuter une opération individuelle » Diversification des instructions :« temps dexécution moyen dune instruction » Arrivée des MIPS : (Millions dInstructions par seconde) Nombre dinstructions Nb MIPS = Temps dexécution * 10 6 Arrivée des programmes tests :Noyaux et programmes synthétiques ( WHETSTONE – 1976) Arrivée des MIPS relatifs :Machine référence : VAX 11/780 de DEC => 1 MIPS Machine « X » 5 foix + rapide que réf => 5 MIPS Arrivée des MFLOPS : Nb opérations flottantes ds un programme donné Nb MFLOPS = Temps dexécution * 10 6 SPEC : (System Performance and Evaluation Cooperative) Groupe créé fin 1980 pour constituer base solide auxquels les programmes tests peuvent se référer le TEMPS -> souci dès le début de lère informatique :

6 Sur quoi portent... Le temps Comment se définit et se mesure la performance dune machine ? Principal objet de mesure et de définition des performances 1 ms (milliseconde) = = 0,001 s 1 µs (microseconde) = = 0, s 1 ns (nanoseconde) = = 0, s 1 ps (picoseconde) = = 0, s Unités de mesure du temps

7 Sur quoi portent... Comment se définit et se mesure la performance dune machine ? Le microprocesseur (CPU) est composé de deux unités fonctionnelles : Unités de calcul Lunité arithmétique logique (ou ALU) Lunité de calcul flottant (ou FPU) Lunité multimédia (MMX, 3DNow, SSE, SSE2) Unités de commande Compteur ordinal, registre instruction, séquenceur, décodeur …

8 Sur quoi portent... Comment se définit et se mesure la performance dune machine ? Le microprocesseur (CPU) Les performances dun microprocesseur se mesurent essentiellement à laide de deux critères : La fréquence dhorlogeLa largeur des bus

9 Sur quoi portent... Comment se définit et se mesure la performance dune machine ? La mémoire cache ou antémémoire (SRAM) Contribue à minimiser le temps de transfert entre la mémoire centrale et le processeur. Cest une mémoire à accès rapide ( 6 à 15 ns). La localisation La technique de rafraîchissement Caractéristiques essentielles : La capacité

10 Sur quoi portent... Comment se définit et se mesure la performance dune machine ? La carte mère Elle sert à relier les différents composants électroniques de lordinateur, CPU, RAM, systèmes de bus pour léchange de données et pour le pilotage des composants indispensable. Les chipsets Caractéristiques essentielles : Composant intégré Le type de support CPU Le bus système (FSB)

11 Sur quoi portent... Comment se définit et se mesure la performance dune machine ? La mémoire centrale (DRAM) Elle contient les informations que le CPU traite. Cest une mémoire dynamique volatile, à accès rapide ( 10 à 70 ns). Le temps daccès Caractéristiques essentielles : La capacité Le type

12 Sur quoi portent... Comment se définit et se mesure la performance dune machine ? La mémoire de masse Le disque dur est l'organe servant à conserver les données de manière permanente, contrairement à la RAM, qui s'efface à chaque redémarrage. Le temps daccès Caractéristiques essentielles : La capacité Linterface Lantémémoire

13 Sur quoi portent... Comment se définit et se mesure la performance dune machine ? La carte graphique Cest un circuit électronique capable de créer et denvoyer à lécran des signaux que ce dernier peut convertir en image. Ces signaux sont créés à partir des informations envoyées par le microprocesseur (en passant par la carte mère). Caractéristiques La mémoire Le bus Le modèle

14 Sur quoi portent... Comment se définit et se mesure la performance dune machine ? Interaction des composants

15 Comment mesurer ? 2 Types doutils de mesure : MATERIEL :Instrument ou ordinateur spécialisé pour prendre des mesures: -fournit des données précises -assez coûteux en général ex : ordinateur de diagnostic de réseau., trafic sur le réseau, analyseur de protocole... Programmes ajoutés aux systèmes à mesurer. 4 types de programmes : -programmes réels unitaires, -noyaux : « boites» de programmes réels utilisés pour évaluer les performances liées à des caractéristiques précises de la machine, -programmes de test de performances (jouet) : ils produisent un résultat déjà connu de lutilisateur (ex: tri rapide, puzzle....), -programmes dévaluation de performance : WORKBENCH LOGICIEL : Comment se définit et se mesure la performance dune machine ?

16 Comment mesurer ? Problématique de la mesure : Définition du problème : La performance dune machine peut être calculée par : P = nombre dinstructions x nombre de cycles machine x durée dun cycle -> Le nombre dinstructions dépend de larchitecture, du compilateur mais aussi de la technologie, de limplémentation.... -> La durée dun cycle dépend de la technologie dimplémentation Contraintes : -> Tester plusieurs composantes du système -> ceci nest possible quavec plusieurs programmes -> Avoir des programmes portables facilement sur nimporte quelle machine Comment se définit et se mesure la performance dune machine ? Concept : les BENCHMARKS Ensemble de programmes dévaluation des performances des machines

17 Comment mesurer ? Comment se définit et se mesure la performance dune machine ? -développé en Algol en 1976 puis écrit en C et en Pascal -constitué de plusieurs modules, chacun contenant des instructions de différents types -chaque module est exécuté un certain nombre de fois (poids du module) La somme pondérée des résultats permet de fournir une mesure en Whetstone par seconde. 2 remarques : - Utilisé pour des programmes de traitement numérique - Ses modules sont de petite taille : les résultats sont dépendants de larchitecture DHRYSTONE : -Programme dévaluation synthétique créé en ADA en Résultat dune étude statistique des caractéristiques des programmes source système et de type non-numérique (Système dexploitation, compilateurs, éditeurs...) -> Cest donc un programme écrit pour tester certaines caractéristiques et non pas une compilation de programmes réels. Le benchmarck est constitué de 12 procédures incluses dans une boucle denviron 100 instructions. On mesure le nombre de boucles exécutées par seconde (Dhrystones/s). Même remarque sur la taille réduite du programme de test : ne reflète pas la réalité des programmes plus importants. WHETSTONE :

18 Comment mesurer ? LINPACK : -Ce programme travaille sur des tableaux de données de dimension 100 x 100 -Résultats en MFLOPS -> Cest un test couramment utilisé pour le calcul numérique Comment se définit et se mesure la performance dune machine ? -Besoin : Les benchmarcks utilisant des programmes trop petits (inclus tout entier dans la mémoire cache) ne peuvent plus représenter les programmes réels quand il sagit de tester la mémoire dun système. -But de SPEC (Systeme Performanace Evaluation Cooperative) : regroupant au départ Apollo, Sun HP et MIPS, le but est de sélectionner et distribuer des programmes importants pouvant être utilisés comme benchmarcks. Différentes versions sont présentées : SPEC Benchmarck:

19 Comment mesurer ? Comment se définit et se mesure la performance dune machine ? -10 programmes supplémentaires -Notion de SPEC rate pour mesurer la prise en compte de laspect multitâche dun système SPEC BENCHMARCK : version de 1992 : SPEC BENCHMARCK : version de 1989 : -10 programmes écrits en C et en Fortran -Temps de référence est le temps dexécution s/ un VAX 11/780 -Etablissement dun ratio : SPEC ratio = Temps écoulé sur VAX / Temps écoulé sur machine cible -> Le SPEC mark est la moyenne géométrique des 10 SPEC ratios SPEC BENCHMARCK : version de 1995 : -Amélioration des mesures en utilisant des programmes plus longs et en accédant plus à la mémoire -La machine de référence est la station SUN 10/40 -Cette version définit 2 jeux de programmes, un pour les entiers (CINT95) et un pour les réels (CFP95) -> Avantage : test du processeur, de la mémoire, du compilateur -> Inconvénient : pas de tests sur les Entrées/Sorties Les mesures type SPECint_base95 correspondent à des spécif très strictes sur les options de compilation Les mesures type SPECint_rate95 correspondent à lexécution de plusieurs programmes en multitâches. -Les constructeurs proposent des instruments de mesure. -Indice iCOMP. dIntel : cet outil de mesure est basé sur 4 banchmarks dont les SPEC CINT95 et CFP95. Impact sur les PC :

20 Comment mesurer ? Comment se définit et se mesure la performance dune machine ? Exemple de résultats de bench :

21 Conclusion Comment se définit et se mesure la performance dune machine ? De tous temps, mesures de performance = préoccupation besoin daller toujours plus vite : -> produit de 2 matrices n X n demandant n 3 opérations Chaque nouvelle génération dordinateur rend obsolètes les techniques dévaluation de la génération précédente. -> Création de nouvelles version de SPEC Benchmark De nombreux composants entrent en ligne de compte pour lévaluation des performances dune machine. Une performance intéressante ne peut s'obtenir que par un équilibre de l'ensemble des composants et non d'un seul Mais les outils dévaluation de la performance ont leurs limites Attention : Les indicateurs peuvent être trompeurs : - MIPS : jeu dinstructions différent dune machine à lautre, (on ne peut mesurer avec la même unité les performances fournies par des machines RISC et CISC), - MFLOPS : ex: le temps dexécution dune addition est différent de celui dune division ; pourtant ils sont généralement considérés identiques dans le calcul de la performance.

22 Sources Internet : ift628/notesdecours/performance/node1.html ift628/notesdecours/performance/node1.html Comment se définit et se mesure la performance dune machine ? Bibliographie : Paolo Zanella et Yves Ligier : Edition DUNOD Architectures et technologie des ordinateurs Christian Schuller : Le micro ; Architecture matérielle et logicielle Ron White : Edition DUNOD Tech Le micro… comment ça marche ?


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