Poder computacional

La potencia de cálculo (también llamados datos de potencia de procesamiento o el rendimiento , Inglés potencia de cálculo o el rendimiento ) es una medida para el cálculo de máquinas y procesamiento de datos - (sistemas de corto DV) o sistemas de tecnología de la información (sistemas de TI corto). Como regla general, la velocidad de procesamiento de datos (para los cálculos por período de tiempo), coloquialmente también llamada velocidad o velocidad , de las partes de la máquina utilizadas (como las unidades de procesamiento principal y gráfico ) y la velocidad de las aplicaciones individuales (como por ejemplo, simulación cálculos o el procesamiento de grandes administraciones de bases de datos) son el centro de atención y, más raramente, la potencia de cálculo de sistemas de TI completos, como los mainframes o la red de estos en los llamados supercomputadores .

Además del rendimiento y el rendimiento físico de un sistema de TI se describe el trabajo realizado, la cantidad de trabajo o la energía gastada se considera por período de tiempo.

Otras restricciones

En el sentido de "qué tan rápido", rendimiento significa cuánto tiempo necesita el sistema de TI para completar una orden de procesamiento. Dicho pedido puede ser la respuesta en línea a un clic del mouse o el procesamiento de un pedido de fondo grande. “Qué tan rápido” también puede ser la cuestión de cuántos trabajos puede procesar el sistema de TI por período de tiempo. Este es el rendimiento del trabajo .

Además de esta descripción, el término también se usa para otras propiedades tales como funcionalidad , eficiencia energética o confiabilidad .

Rendimiento de componentes y sistemas

Rendimiento del componente

El rendimiento del componente describe el rendimiento de un componente individual de un sistema de procesamiento de datos, por ejemplo, el procesador , la memoria principal o la conexión de red . La comunidad de usuarios de un componente es el equipo que lo rodea, como el entorno del procesador que genera los comandos de la máquina, el entorno de un sistema de almacenamiento que genera acceso a la memoria o el conjunto de nodos en una red informática que generan órdenes de transporte de datos. El rendimiento de TI de los componentes se describe en términos de parámetros de rendimiento como la distribución del tiempo de finalización del pedido, las tasas de rendimiento de los pedidos o el tiempo medio de respuesta . Si es necesario, dichas variables también se diferencian según los tipos de pedidos, por ejemplo, escribir y leer pedidos en sistemas de almacenamiento. En este caso, el rendimiento del componente es el conjunto de todas las variables de rendimiento. Para evaluar si el componente tiene un rendimiento satisfactorio, se debe realizar una evaluación que compare los valores de rendimiento determinados con los valores de los parámetros de rendimiento seleccionados requeridos por la comunidad de usuarios (es decir, el entorno de la máquina del componente).

Rendimiento de sistema

Con el rendimiento del sistema , se hará referencia a, que puede consistir en una pluralidad de componentes del rendimiento de un sistema de procesamiento de datos completa. Las partes correspondientes de los sistemas DP pueden ser componentes de software individuales ( software de aplicación y sistema operativo ), computadoras ( por ejemplo, servidores de archivos ), redes de computadoras (por ejemplo , grupos de computadoras ) o dispositivos especiales ( por ejemplo, conmutadores ). También depende de la eficiencia con la que se implementen los algoritmos y de cómo se configuren el hardware y el software .

La base de usuarios puede consistir en usuarios humanos (usuarios "normales", administradores, ...) así como otros sistemas de TI. Por ejemplo, el sitio web de Wikipedia es utilizado tanto por usuarios humanos como por otros sistemas de TI, como los motores de búsqueda. El rendimiento de TI de un sistema de este tipo se describe, al igual que el rendimiento del componente, con parámetros de rendimiento como el tiempo de respuesta , la distribución , el tiempo de respuesta medio, la tasa de rendimiento y similares. De manera conveniente, estas variables se detallan de acuerdo a los diferentes tipos de órdenes que ocurren en el flujo de órdenes generado por toda la comunidad de usuarios. Con el rendimiento del sistema se define como el conjunto de todos los tamaños de salida medidos y previstos.

Se ha intentado repetidamente calcular el rendimiento del sistema a partir de los rendimientos de los componentes conocidos . La experiencia muestra que las interrelaciones son generalmente demasiado complejas para que esto no funcione. Los valores confiables de rendimiento del sistema solo se pueden obtener a partir de mediciones o, con restricciones, de pronósticos.

Parámetros y criterios de desempeño

Hay una gran cantidad de parámetros que se utilizan para evaluar el desempeño. En muchos casos, estas métricas dicen poco sobre el rendimiento real del sistema.

Número medio de instrucciones ejecutadas dividido por el número de ciclos de reloj necesarios para ejecutar el programa. El IPC también se puede expresar como el recíproco del CPI ( Ciclos por instrucción ).
IPC = número de instrucciones / ciclos de reloj
Un alto valor de IPC significa que la arquitectura es muy eficiente. Sin embargo, el valor por sí solo no dice nada sobre la velocidad real (efectividad).
Un parámetro de rendimiento del componente que se utilizó ampliamente en el pasado para caracterizar el rendimiento de un procesador es el número (promedio) de instrucciones de máquina ejecutables por unidad de tiempo. Sin embargo, depende de la arquitectura del ordenador (en particular del conjunto de instrucciones de la máquina) cuántas instrucciones de la máquina deben ejecutarse para llevar a cabo una operación de procesamiento de datos deseada por un usuario.
Las operaciones de coma flotante variable de rendimiento por segundo se utilizan en particular para supercomputadoras , ya que estas operaciones desempeñan un papel importante en la computación de alto rendimiento . Sin embargo, una comparación solo es posible si se conoce el método de referencia con el que se determinó el valor.
La tasa de transmisión de datos indica la cantidad total de datos (datos de usuario y datos de control) por tiempo que se pueden transmitir.
El rendimiento de datos indica la cantidad de datos de usuario por tiempo que se pueden transmitir.
El tiempo de respuesta es el tiempo que transcurre entre el envío de una solicitud y la recepción de la respuesta asociada.
Relación entre el tiempo de procesamiento y el tiempo de respuesta
Los fotogramas por segundo se utilizan como indicador de rendimiento en las tarjetas gráficas para la cantidad de imágenes emitidas por segundo.
Sin embargo, no se trata de una variable de rendimiento del sistema ni de un componente, sino de una capa que está aún más adentro. Factores como la arquitectura del procesador , el número de núcleos del procesador , la velocidad de los buses internos , el tamaño de la memoria ( caché y memoria ) y otros, tienen un impacto significativo en el rendimiento. Una comparación basada únicamente en la velocidad del procesador es engañosa.
Esta es otra expresión para el tiempo de respuesta (tiempo de procesamiento del trabajo después de una interrupción) con la condición secundaria de que no se exceda un determinado valor superior. Es el tiempo máximo de respuesta garantizado. Es una de las muchas variantes de cantidades de rendimiento del sistema. Expresado en términos de la norma ISO, el tiempo de latencia es el límite de clase de tiempo (ISO: límite de clase de tiempo) de la clase de tiempo n. ° 1 (ISO: clase de tiempo 1) del requisito de tiempo de procesamiento (ISO: función de puntualidad) del pedido. type (ISO: tipo de tarea) "Respuesta a una interrupción". Este requisito de tiempo de entrega solo tiene una clase de tiempo único.
En el caso de un medio de almacenamiento, el tiempo de acceso es el tiempo entre la llegada de un comando de escritura o lectura y el inicio del proceso correspondiente.

Medición versus predicción

El rendimiento del procesamiento de datos se describe con parámetros de rendimiento. Existen las siguientes formas de determinar valores numéricos de tales cantidades:

Medición

La medición ( medida en inglés ) es la determinación experimental de los valores de potencia DV con el sistema DV construido realmente. El flujo de pedidos que se alimenta al sistema puede ser generado por usuarios reales (carga real) o por un simulador de usuario (carga simulativa). La carga de simulación puede ser una carga individual, generalmente como parte de una prueba de carga , o una carga estandarizada para una comparación de referencia .

Se hace una distinción entre medición de software y medición de hardware.

  • Medición de hardware
Aquí, los sensores de medición se conectan directamente al objeto de medición, que transmiten los datos correspondientes. Este tipo de medición no afecta el proceso de la computadora de propiedad.
  • Medición de software
Un programa de medición está instalado en la computadora del objeto, que transmite la información requerida a través de una interfaz estándar. Dado que los programas de medición funcionan independientemente del hardware, solo se requiere un conocimiento mínimo del ordenador del objeto y los programas de medición se pueden ejecutar en casi todos los ordenadores. Sin embargo, la secuencia del programa se cambia en la computadora del objeto y se utilizan recursos adicionales. El comportamiento dinámico de la computadora objeto se falsifica.

pronóstico

La predicción es un procedimiento en el que los valores numéricos de las variables de rendimiento del procesamiento de datos se determinan mediante métodos matemático-analíticos o mediante métodos de simulación. A diferencia de los métodos de medición, no es necesario que exista un sistema real para calcular la evaluación del desempeño.

En el proceso analítico, el sistema de TI y sus usuarios están representados por un modelo matemático y los valores de rendimiento de TI se determinan puramente por cálculo. En el proceso de simulación, tanto el sistema de TI como sus usuarios son simulados y los valores numéricos de las variables de desempeño de TI se determinan a partir de este evento simulado. Tanto con los métodos analíticos como con los métodos de simulación, los resultados son generalmente sólo valores aproximados o estimados. A diferencia de los valores de las mediciones con un sistema informático real, tienen el carácter de una predicción o pronóstico.

  • Descripción de la teoría de grafos

Modelar el sistema como un gráfico es particularmente útil en la tecnología de la comunicación . Los componentes se representan como nodos. Las conexiones entre los componentes se representan como bordes. Cada borde tiene una capacidad máxima, que no debe sobrepasarse, y un flujo de corriente. La red resultante ahora se puede evaluar determinando el mayor flujo posible entre dos componentes. Si esto se hace en pares para todos los nodos, se pueden identificar los componentes lentos.

Una descripción teórica del tráfico se basa en una cola de trabajos que es procesada por una estación de operador. Los pedidos llegan a la cola con una tasa de llegada media y salen de la estación del operador con una tasa de servicio media . La intensidad del tráfico se describe mediante el cociente . El sistema solo funciona correctamente mientras lo esté. De lo contrario, habrá un desbordamiento.

Con este modelo se pueden representar diferentes sistemas. Una computadora sin canalización con un solo procesador recibe una distribución exponencial negativa como función de distribución . Los procesadores de canalización con etapas se modelan con la distribución Erlang . Se utiliza una distribución hiperexponencial de primer orden para sistemas multiprocesador.

  • Modelo de cola general

  • Modelo de cola para procesos de canalización

  • Modelo de cola para sistemas multiprocesador

Otro intento de comparar analíticamente el rendimiento de los procesadores es con mezclas y programas centrales. Sin embargo, estos experimentos son relativamente complejos y rara vez se utilizan en la actualidad.

  • Mezclas de comando
Los tiempos de ejecución de instrucción de diferentes tipos de instrucción se suman de acuerdo con la frecuencia relativa esperada de su ocurrencia y se evalúan como el tiempo medio de ejecución de instrucción.
  • Programas básicos
Los programas centrales son soluciones para tareas típicas delimitadas que se escriben para que la computadora sea evaluada. Sin embargo, no se ejecutan. El objetivo es determinar el tiempo de ejecución en función de los tiempos de ejecución de los comandos individuales.

Evaluación del desempeño de TI

Los valores de rendimiento (independientemente de si se determinan por medición o por medio de métodos de predicción) son valores numéricos de cantidades físicas que son importantes e interesantes, pero que, por sí solos, no hacen una declaración sobre la cuestión importante. de si el sistema de TI satisface sus necesidades (de rendimiento). Comunidad de usuarios satisfecha. Por tanto, estas necesidades deben definirse numéricamente.

A continuación, debe realizarse una comparación de estos valores (obligatorios) con los valores de rendimiento proporcionados por el sistema de TI. El resultado de esta comparación es la declaración de si el sistema de procesamiento de datos es suficiente para satisfacer las necesidades del usuario. Esta es la calificación. Esto conduce a los resultados requeridos en última instancia por los usuarios: “insuficiente”, “suficiente”, “superado”, etc. La escala de dicha declaración final también podría seleccionarse con más detalle.

También conviene señalar los siguientes hechos:

  • Los valores de los parámetros de rendimiento de TI de un sistema en consideración son números concretos. Solo cambiarían si se cambiara el sistema (por ejemplo, reemplazando componentes de hardware, como el procesador o una unidad de memoria, o componentes de software, como la versión del sistema operativo y / o software de aplicación con una eficiencia de software diferente).
  • Por el contrario, los resultados de la evaluación dependen de la población de usuarios a la que se hace referencia en la evaluación. Por ejemplo, la evaluación de un sistema de procesamiento de datos en consideración puede ser muy buena para la comunidad de usuarios A, mientras que el mismo sistema para la comunidad de usuarios B es insatisfactorio.

Prueba comparativa y de carga

Si bien el objetivo de la prueba de carga es proporcionar evidencia de si la carga esperada se puede procesar en el tiempo requerido, el objetivo del punto de referencia es determinar una cifra clave que pueda compararse entre diferentes sistemas.

La prueba de carga se puede diseñar para que los usuarios reales generen la corriente de carga (carga real). La corriente de carga también se puede generar mediante un simulador que simula en detalle toda la población de usuarios (carga simuladora). Un punto de referencia siempre utiliza una carga simuladora estandarizada para poder comparar los resultados.

Para lograr resultados más precisos, se debe utilizar un software de medición que registre con precisión el proceso de pedido y lleve a cabo la evaluación (determinación de los parámetros de rendimiento de TI) una vez finalizada la prueba.

A lo largo del tiempo, se ha desarrollado y descrito una enorme cantidad de evaluaciones comparativas (informáticas), tanto a nivel científico como por industria y negocios. Casi todos estos puntos de referencia tienen principios y parámetros de rendimiento de procesamiento de datos diferentes, por lo que los resultados de las mediciones generalmente no son comparables. Muchos de estos puntos de referencia solo se actualizaron durante un breve período de tiempo y han vuelto a desaparecer.

Bases de datos de rendimiento

Las revistas y revistas especializadas publican regularmente clasificaciones sobre el rendimiento de los sistemas o componentes informáticos. Estos están determinados por cifras clave o puntos de referencia.

Una conocida base de datos, TOP500 , enumera las 500 supercomputadoras más poderosas del mundo. Para ello se utiliza el benchmark LINPACK .

Estándares

Las normas DIN 66273 “Medición y evaluación del rendimiento de los sistemas de procesamiento de datos” e ISO 14756 “Medición y evaluación del rendimiento y la eficiencia del software de los sistemas de procesamiento de datos” hacen sugerencias completas para la metodología de referencia y los parámetros de rendimiento del procesamiento de datos. La norma ISO ha adoptado y ampliado los principios de DIN 66273. Las mediciones que se han llevado a cabo según DIN 66273 también cumplen con ISO 14756. La norma ISO extiende el campo de aplicación más allá de la medición y evaluación del rendimiento de TI a la medición de la eficiencia (tiempo de ejecución) del sistema y / o software de aplicación. El estándar DIN estandariza la metodología de las evaluaciones comparativas, pero debido a que las evaluaciones comparativas son de corta duración, no definen evaluaciones comparativas específicas. Sin embargo, la norma ISO también contiene ejemplos de evaluaciones comparativas completas.

La medición de respuesta de aplicación (ARM) es un estándar de la Open Group y se utiliza para medir el rendimiento de las transacciones a partir de la perspectiva del usuario.

Rendimiento variable

Por regla general, el rendimiento de un sistema de tecnología de la información es constante. Sin embargo, por razones de compatibilidad descendente o para ahorrar energía, puede ser aconsejable reducir el rendimiento. La clave turbo aseguró la compatibilidad descendente con el estándar de IBM en PC desde la era 8086 hasta la de Pentium. Esto se hacía a menudo reduciendo la frecuencia de reloj, pero también apagando la caché de nivel 1 o reduciendo la frecuencia de reloj del bus frontal.

En los portátiles modernos , sin embargo, tecnologías como PowerNow! , Cool'n'Quiet o Intel SpeedStep, la energía cuando no se necesita para conservar los escasos recursos energéticos de las baterías . Esto se puede hacer reduciendo la frecuencia de reloj o el voltaje del núcleo o apagando procesadores individuales en sistemas multiprocesador .

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