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2018年上半年 上午试卷 综合知识
第 60 题
知识点 评价指标   吞吐量   系统性能   性能评价指标  
关键词 系统性能   信息系统  
章/节 系统配置与性能评价  
 
 
信息系统的性能评价指标是客观评价信息系统性能的依据，其中，（ ）是指系统在单位时间内处理请求的数量。
 
  A.  系统响应时间
 
  B.  吞吐量
 
  C.  资源利用率
 
  D.  并发用户数
 
 




 
 
相关试题     系统性能计算 

  第14题    2016年上半年  
某计算机系统的可靠性结构如下所示，若所构成系统的每个部件的可靠度分别为R1、R2、R3和R4，则该系统的可靠度为（14）。

  第16题    2014年上半年  
某计算机系统各组成部件的可靠性模型由下图所示。若每个部件的千小时可靠度都为R，则该计算机系统的千小时可靠度为（16）。

  第57题    2019年上半年  
信息系统的性能评价指标是客观评价信息系统性能的依据，其中，（ ）是指系统在单位时间内处理请求的数量。

 
知识点讲解
· 评价指标
· 吞吐量
· 系统性能
· 性能评价指标
 
        评价指标
        （1）进度偏差（Schedule Variance, SV）：指检查日期BCWP与BCWS之间的差异。其计算公式为：
        SV=BCWP-BCWS=EV-PV
        当SV>0时，表示进度提前；当SV<0时，表示进度延误；当SV=0时，表示实际进度与计划进度一致。
        （2）费用偏差（Cost Variance, CV）：检查期间BCWP与ACWP之间的差异，计算公式为：
        CV=BCWP-ACWP=EV-AC
        当CV<0时，表示执行效果不佳，即实际消耗费用超过预算值即超支；当CV>0时，表示实际消耗费用低于预算值，即有节余或效率高；当CV=0时，表示实际消耗费用等于预算值。
        （3）成本绩效指数（Cost Performance Index, CPI）：预算费用与实际费用值之比（或工时值之比），即：
        CPI=BCWP/ACWP=EV/AC
        当CPI>1时，表示低于预算，即实际费用低于预算费用；当CPI<1时，表示超出预算，即实际费用高于预算费用；当CPI=1时，表示实际费用等于预算费用。
        （4）进度绩效指数（Schedul Performance Index, SPI）：项目挣值与计划之比，即
        SPI=BCWP/BCWS=EV/PV
        当SPI>1时，表示进度提前，即实际进度比计划进度快；当SPI<1时，表示进度延误，即实际进度比计划进度慢；当SPI=1时，表示实际进度等于计划进度。
 
        吞吐量
        吞吐量就是在给定的时间内，系统的吞入能力与吐出能力是多少。这里的“系统”可以是整个计算机系统，也可以是某个设备。例如，计算机的吞吐量是指流入、处理和流出系统的信息速率，它取决于信息能够多快地输入内存，CPU能够多快地取指令，数据能够多快地从内存取出或存入，以及所得结果能够多快地从内存送给一台外围设备。这些步骤中的每一步都关系到内存，因此，计算机的吞吐量主要取决于内存的存取周期。
        在实际应用中，用户所关心的往往不是计算机硬件系统的吞吐量，而是整个计算机系统（包括硬件和软件）的吞吐量。从系统角度来看，吞吐量是指单位时间内系统所能完成的任务数量。显然，若一个给定系统持续地收到用户提交的任务请求，则系统的响应时间将对作业吞吐量造成一定影响。若每个任务的响应时间越短，则系统的空闲资源越多，整个系统在单位时间内完成的任务量将越大；反之，若响应时间越长，则系统的空闲资源越少，整个系统在单位时间内完成的任务量将越少。
        从现实的请求与服务来看，一般都服从M/M/1排队模型。M/M/1排队模型是指顾客到达时间间隔服从指数分布，则顾客到达过程为泊松分布，接受完服务的顾客和到达的顾客相互独立，服务时间分布为指数分布。且顾客的到达和服务都是随机的，服务台为一个，排队空间无限。
        下面是性能计算中的两个公式：
        
        例如，假设某计算机系统的用户在1秒钟内发出40个服务请求，这些请求（为M/M/1队列）的时间间隔按指数分布，系统平均服务时间为20ms。则该系统的吞吐量为1000/20=50（1s=1000ms），系统的平均利用率为40/50=0.8，系统的平均响应时间为20ms/（1-0.8）=100ms。
 
        系统性能
               系统性能定义和指标
               计算机系统性能指标以系统响应时间和作业吞吐量为代表。响应时间（Elapsed Time）是指用户从输入信息到服务器完成任务给出响应的时间，即计算机系统完成某一任务（程序）所花费的时间，比如存储器访问、输入／输出等待、操作系统开销等。作业吞吐量是整个服务器在单位时间内完成的任务量。假定用户不间断地输入请求，则在系统资源充裕的情况下，单个用户的吞吐量与响应时间成反比，即响应时间越短，吞吐量越大。为了缩短某一用户或服务的响应时间，可以分配给它更多的资源。性能调整就是根据应用要求和服务器具体运行环境和状态，改变各个用户和服务程序所分配的系统资源，充分发挥系统能力，用尽量少的资源满足用户要求，达到为更多用户服务的目的。
               计算机性能的其他常用指标还包括MIPS （Million Instruction Per Second）和MFLOPS（Million Floating-point Instruction Per Second）。
               （1） MIPS=指令数/（执行时间×1000000）。
               其主要特点如下：
               ① MIPS大小和指令集有关，不同指令集的计算机间的MIPS不能比较。
               ②在同一台计算机上MIPS是变化的，因程序不同而变化。
               ③有时MIPS指标会出现矛盾。
               ④主要适用于带有硬件浮点处理器的计算机。
               ⑤MIPS中，除包含运算指令外，还包含取数、存数、转移等指令在内。
               ⑥MIPS只适宜于评估标量机。
               ⑦相对MIPS指相对参照机而言的MIPS，通常用VAX-11/780机处理能力为1MIPS。
               （2）MFLOPS=浮点指令数/（执行时间×1000000）。
               ①与机器和程序有关。
               ②测量浮点运算时，比MIPS准确。
               ③MFLOPS比较适宜于评估向量计算机。
               ④MFLOPS与MIPS关系：1MFLOPS≈3MIPS。
               ⑤MFLOPS仅仅只能用来衡量计算机浮点操作的性能，而不能体现计算机的整体性能。例如编译程序，不管计算机的性能有多好，它的MFLOPS不会太高。
               ⑥MFLOPS是基于操作而非指令的，所以它可以用来比较两种不同的计算机。
               ⑦MFLOPS依赖于操作类型。例如100%的浮点加要远快于100%的浮点除。
               ⑧单个程序的MFLOPS值并不能反映计算机的性能。
               系统性能评估
               计算机性能评价技术可用于开发中和开发后的系统评价。主要包括三种技术：分析技术、模拟技术、测量技术。
                      分析技术
                      分析技术是在一定假设条件下，计算机系统参数与性能指标参数之间存在着某种函数关系，按其工作负载的驱动条件列出方程，用数学方法求解。其特点是具有理论的严密性，节约人力和物力，可应用于设计中的系统。它的数学工具主要是利用排队论模型进行分析。
                      模拟技术
                      模拟技术首先是对于被评价系统的运行特性建立系统模型，按系统可能有的工作负载特性建立工作负载模型；随后编写模拟程序，模仿被评价系统的运行；设计模拟实验，依照评价目标，选择与目标有关因素，得出实验值，再进行统计、分析。其特点在于可应用于设计中或实际应用中的系统，可与分析技术相结合，构成一个混合系统。分析和模拟技术最后均需要通过测量技术验证。
                      测量技术
                      测量技术则是对于已投入使用的系统进行测量，通常采用不同层次的基准测试程序评估。其评估层次包括实际应用程序、核心程序、合成测试程序三个层次，但必须均为国际性组织认可的程序，同时需要对评估结果进行分析和统计以保证其准确性。
                      常用的国际认可的用来测试机器性能的测试基准测试程序（按评价准确性递减的顺序）：
                      （1）实际的应用程序方法。
                      运行例如C编译程序、Tex、字处理软件、CAD工具等。
                      （2）核心基准程序方法。
                      从实际的程序中抽取少量关键循环程序段，并用它们来评价计算机的性能。
                      （3）简单基准测试程序。
                      简单基准测试程序通常只有10～100行而且运行结果是可以预知的。
                      （4）综合基准测试程序。
                      为了体现平均执行而人为编制的，类似于核心程序，没有任何用户真正运行综合基准测试程序。
 
        性能评价指标
               计算机系统工作能力指标
               反映计算机系统负载和工作能力的常用指标主要有三类，具体如下。
               （1）系统响应时间（Elapsed Time）。
               时间是衡量计算机性能最主要和最为可靠的标准，系统响应能力根据各种响应时间进行衡量，它指计算机系统完成某一任务（程序）所花费的时间，比如访问磁盘、访问主存、输入／输出等待、操作系统开销，等等。
               响应时间为用户CPU时间和系统CPU时间之和：
               T = Tuser+Tsys
               系统时间主要是指访问磁盘、访问主存和I/O等待的时间，因此衡量响应时间主要是衡量用户CPU时间。用户CPU时间取决于三个特征：时钟周期TC，指令平均时钟周期数CPI以及程序中总的指令数IN，用公式可以表示为：
               Tcpu=IN×CPI×TC
               CPI为平均指令时钟周期，可以表示为：
               
               其中n为指令的种类数量，CPIi是第i种指令的CPI，Ii是第i种指令使用的数量。
               举个例子，A机执行的程序中有20%转移指令（2TC），转移指令都需要一条比较指令（1TC）配合，B机中转移指令已经包含了比较指令，但TC比A机慢15%。需要比较A机、B机哪个工作速度快。按照上述公式我们可以得出下面的计算结果：
               A机：TCPUA=INA×（0.2×2+0.2×1+0.6×1）×TCA=1.2 INA×TCA
               B机：TCPUB=0.8INA×（（0.2/0.8）×2+（1-0.2/0.8）×1）×1.15TCA=1.15 INA×TCA
               从比较的结果来看，B机比A机工作速度要快，因此，不能仅按CPU的主频衡量系统性能。
               （2）系统吞吐率（Throughput）。
               吞吐率指标是系统生产力的度量标准，描述了在给定时间内系统处理的工作量。系统的吞吐率是指单位时间内的工作量。例如，处理器的吞吐率是按每秒处理多少百万条指令（MIPS或者MFLOPS）来度量的。对于在线事务处理系统，吞吐率的度量是每秒处理多少事务（Transaction per second, TPS）。对于通信网络，吞吐率是指每秒传输多少数据报文（PPS）或多少数据位（BPS）。
               系统的额定能力是指理想状态下，系统可承受的最大可能吞吐率。一般，我们都不期望让系统达到额定能力，因为此时响应时间太短，输出的显示也太快，以至于用户无法感觉到系统已经发生了响应。能使用户高效工作的能力被称为可用能力。可用能力与额定能力之间的比例就称为系统的效率。
               吞吐率指标与系统的负荷之间的关系如下图所示。最初，在系统的负荷较小时，吞吐率指标增长很快。到某个点时，吞吐率指标的增长率会降低。该点的吞吐率称为拐点能力。继续增加负荷，到某一点时，吞吐率会逐步降低，即此时系统出现超负荷现象。
               
               负荷与吞吐率指标之间的关系
               吞吐率指标是要按照工作单位（即作业、任务、指令等）来定义的。还有，时间性指标与吞吐率指标之间存在相互依赖的关系，响应比较敏捷的系统通常具有较高的吞吐率。
               下面介绍一下MIPS、MFLOPS、TPS等几个反映系统吞吐率的概念。
               ①每秒百万次指令（Million Instruction Per Second, MIPS）。
               MIPS可以用公式表示为：
               MIPS=指令数/（执行时间×1 000 000）
               MIPS的大小和指令集有关，不同指令集的计算机间的MIPS不能做比较，因此在同一台计算机上的MIPS是变化的，因程序不同而变化。MIPS中，除包含运算指令外，还包含取数、存数、转移等指令。相对MIPS是指相对于参照机而言的MIPS，通常用VAX-11/780机处理能力为1MIPS。
               ②每秒百万次浮点运算（Million Instruction Per Second，MFLOPS）。
               MFLOPS可以用公式表示为：
               MFLOPS=浮点指令数/（执行时间×1 000 000）
               1MFLOPS约等于3MIPS。MIPS只适宜于评估标量机，不能用于评估向量机，而MFLOPS则比较适用于衡量向量机的性能。但是MFLOPS仅仅只能用来衡量机器浮点操作的性能，而不能体现机器的整体性能。例如编译程序，不管机器的性能有多好，它的MFLOPS不会太高。MFLOPS是基于操作而非指令的，所以它可以用来比较两种不同的机器。例如100%的浮点加要远快于100%的浮点除。单个程序的MFLOPS值并不能反映机器的性能。
               ③位每秒（Bits per second, BPS）。
               计算机网络信号传输速率一般以每秒传送数据位（Bit）来度量，简写为BPS。更大的单位包括KBPS （Kilo bits per second）和MBPS （Million bits per second）。
               ④数据报文每秒（Packets per second，PPS）。
               通信设备（例如路由器）的吞吐量通常由单位时间内能够转发的数据报文数量表示，简写为PPS。更大的单位包括KPPS （Kilo packets per second）和MPPS （Million packets per second）。
               ⑤事务每秒（Transaction per second，TPS）。
               即系统每秒处理的事务数量。
               （3）资源利用率（Utilization Ratio）。
               资源利用率指标以系统资源处于忙状态的时间为度量标准。系统资源是计算机系统中能分配给某项任务的任何设施，包含系统中的任何硬件、软件和数据资源。例如，CPU的利用率指标应是CPU忙的时间总量t除以运行时间总量T。系统资源未被利用的时间片段被称为空闲时间。对于一个平衡的系统而言，系统空闲与忙的时间片均匀地分布在整个运行时间内，因此系统资源既不会太忙也不会太闲。
               其他综合性能指标
               （1）可靠性。
               系统可靠性通常反映系统处理用户工作的可用性或处理过程失败或错误的概率。系统可用的那部分时间被称为正常运行时间，系统不可用的时间被称为停机故障时间。平均故障间隔时间MTBF （Mean Time Between Failure）是系统在相邻两次故障之间工作时间的数学期望。通常我们更要关注两次故障之间工作时间的分布特征。有时，MTBF相对较短，但分布图上可能显示出在个别情况下，相邻故障之间的时间会较长，此时的代价会很大。
               （2）可维护性。
               系统失效后在规定时间内可被修复到规定运行水平的能力。可维护性用系统发生一次失败后，系统返回正常状态所需的时间来度量，它包含诊断、失效定位、失效校正等时间。一般用相邻两次故障间工作时间的数学期望，即平均修复时间（Mean Time Between Failure, MTTR）来表示。
               （3）可扩展性。
               系统的软硬件的扩充能力，可提高系统性能，如扩展槽允许增加插件板到系统上，又如操作系统支持增加处理器、内存及其他资源，等等。
               （4）可用性。
               可维修系统在某时刻能提供有效使用的程度。主要包括使用方便程度以及系统的稳定程度等。有时也指系统实际可用时间与计划提供使用时间的比例。
               （5）功耗。
               系统电能消耗量。世界环保组织已制定了计算机及相关设备的一些功耗限额。
               （6）兼容性。
               系统现有的硬件或软件与另一个系统或多种系统的硬件和软件的兼容能力和经过整合进行共同工作的能力。
               （7）安全性。
               程序和数据等信息的安全程度，如数据不被破坏和不被非法修改等。
               （8）保密性。
               确保系统内信息和数据不被非法人员存取，在系统内设置的保密措施，如使用保密锁、保密码等，使个人或组织有保护和使用他们的数据的专门权利。
               （9）环境适应性。
               系统对环境的适应能力，即外界环境改变时系统为保持正常工作的进行调节的能力。
               以上列出的系统性能指标中，系统的可靠性、可维护性、可用性和功耗都有定量指标，兼容性、安全性、保密性和可扩展性属于定性指标。
               由于性能度量指标的重要程度与具体系统的用户的需求有关，例如军用、商用或者民用的系统之间均会有不同的权重顺序。可以按照具体需求分级别和顺序设置性能评价指标。



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