硬體的一些效能指標

2021-09-06 06:54:42 字數 3067 閱讀 9851

換算關係

1 s = 10^3 ms = 10^6 us = 10^9

ns = 10^12 μs

秒 毫秒 微秒 納秒 皮秒

總結一下,它們之間的關係就是,指令週期由若干個機器週期組成,匯流排週期一般由4個時鐘週期組成。 

機器週期和匯流排週期……機器週期指的是完成乙個基本操作的時間,這個基本操作有時可能包含匯流排讀寫,因而包含匯流排週期,但是有時可能與匯流排讀寫無關,所以,並無明確的相互包含的關係。

指令週期:是cpu的關鍵指標,指取出並執行一條指令的時間。一般以機器週期為單位,分單指令執行週期、雙指令執行週期等。現在的處理器的大部分指令(arm、dsp)均採用單指令執行週期。

機器週期:完成乙個基本操作的時間單元,如取指週期、取數週期。

cpu週期:又稱機器週期,機器內部各種操作大致可歸屬為對cpu內部的操作和對主存的操作兩大類,由於cpu內部操作速度較快,cpu訪問一次記憶體所花的時間較長,因此用從記憶體讀取一條指令字的最短時間來定義,這個基準時間就是cpu週期(機器週期)。乙個指令週期常由若干cpu週期構成。

匯流排週期(bus cycle):也就是乙個訪儲存器或i/o埠操作所用的時間。

時鐘週期:cpu的晶振的工作頻率的倒數。(fantaxy:晶振一次需要的時間),例如12m的晶振,它的時間週期就是1/12 μs,若採用了1mhz的時鐘頻率,則時鐘週期為1μs;若採用4mhz的時鐘頻率,則時鐘週期為250ns。

例子:22.1184mhz的晶振,它的晶振週期、時鐘週期和機器週期分別是多少?

以51為例,晶振22.1184m,時鐘週期(晶振週期)就是(1/22.1184)μs,乙個機器週期包含12個時鐘週期,乙個機器週期就是 0.5425μs。乙個機器週期一般是一條指令花費的時間,也有些是2個機器週期的指令,djnz,是雙週期指令。

週期:就是時間,完成一次任務的時間

時鐘週期:這個名字的英文clock cycle; clock period;時鐘是用來計時的,是乙個基本單位;在計算機中,cpu的晶振時間就是乙個最最基本的單位,因此時鐘週期很基本,別的週期都用它來參考!

上下文切換:上下文切換真正的開銷隨平台變化而不同,不過有個經驗法則:大多數通用的處理器中,上下文切換的時間是5000到10000個時鐘週期,或者是幾微秒 

記憶體主頻和cpu主頻一樣,習慣上被用來表示記憶體的速度,它代表著該記憶體所能達到的最高工作頻率。記憶體主頻是以mhz(兆赫)為單位來計量的。記憶體主頻越高在一定程度上代表著記憶體所能達到的速度越快。記憶體主頻決定著該記憶體最高能在什麼樣的頻率正常工作。目前較為主流的記憶體頻率是333mhz和400mhz的ddr記憶體,667mhz、800mhz和1066mhz的ddr2記憶體,1066mhz、1333mhz、1600mhz的ddr3記憶體。

記憶體本身並不具備晶體振盪器,因此記憶體工作時的時鐘訊號是由主板晶元組的北橋或直接由主機板的時鐘發生器提供的,也就是說記憶體無法決定自身的工作頻率,其實際工作頻率是由主機板來決定的。

iops (input/output operations per second)

即每秒進行讀寫(i/o)操作的次數,多用於資料庫等場合,衡量隨機訪問的效能。儲存端的iops效能和主機端的io是不同的,iops是指儲存每秒可接受多少次主機發出的訪問,主機的一次io需要多次訪問儲存才可以完成。例如,主機寫入乙個最小的資料塊,也要經過「傳送寫入請求、寫入資料、收到寫入確認」等三個步驟,也就是3個儲存端訪問。

決定iops的主要取決與陣列的演算法,cache命中率,以及磁碟個數。

如果乙個陣列有120塊15k rpm的光纖硬碟,那麼,它能撐的最大iops為120*150=18000,這個為硬體限制的理論值,如果超過這個值,硬碟的響應可能會變的非常緩慢而不能正常提供業務。

資料吞吐量(throughput)

指單位時間內可以成功傳輸的資料數量。對於大量順序讀寫的應用,如vod(video on demand),則更關注吞吐量指標。

傳統磁碟本質上一種機械裝置,如fc, sas, sata磁碟,轉速通常為5400/7200/10k/15k rpm不等。影響磁碟的關鍵因素是磁碟服務時間,即磁碟完成乙個i/o請求所花費的時間,它由尋道時間、旋轉延遲和資料傳輸時間三部分構成。

尋道時間tseek是指將讀寫磁頭移動至正確的磁軌上所需要的時間。尋道時間越短,i/o操作越快,目前磁碟的平均尋道時間一般在3-15ms。

旋轉延遲trotation是指碟片旋轉將請求資料所在扇區移至讀寫磁頭下方所需要的時間。旋轉延遲取決於磁碟轉速,通常使用磁碟旋轉一周所需時間的1/2表示。比如,7200 rpm的磁碟平均旋轉延遲大約為60*1000/7200/2 = 4.17ms,而轉速為15000 rpm的磁碟其平均旋轉延遲約為2ms。

資料傳輸時間ttransfer是指完成傳輸所請求的資料所需要的時間,它取決於資料傳輸率,其值等於資料大小除以資料傳輸率。目前ide/ata能達到133mb/s,sata ii可達到300mb/s的介面資料傳輸率,資料傳輸時間通常遠小於前兩部分時間。

iops = 1000 ms/ (tseek + troatation),忽略資料傳輸時間。假設磁碟平均物理尋道時間為3ms, 磁碟轉速為7200,10k,15k rpm,則磁碟iops理論最大值分別為,

iops = 1000 / (3 + 60000/7200/2)  = 140

iops = 1000 / (3 + 60000/10000/2) = 167

iops = 1000 / (3 + 60000/15000/2) = 200

固態硬碟ssd是一種電子裝置, 避免了傳統磁碟在尋道和旋轉上的時間花費,儲存單元定址開銷大大降低,因此iops可以非常高,能夠達到數萬甚至數十萬。

通常情況下,iops可細分為如下幾個指標:

toatal iops,混合讀寫和順序隨機i/o負載情況下的磁碟iops,這個與實際i/o情況最為相符,大多數應用關注此指標。

random read iops,100%隨機讀負載情況下的iops。

random write iops,100%隨機寫負載情況下的iops。

sequential read iops,100%順序負載讀情況下的iops。

sequential write iops,100%順序寫負載情況下的iops。

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