Москва – 2012

Министерство образования и науки РФ

Московский государственный университет экономики,

статистики и информатики (МЭСИ)

Кафедра автоматизированных систем обработки информации и управления

Доклад по дисциплине «ЭВМ и периферийные устройства» на тему: «Оценка производительности мобильных устройств»

Руководитель:

Самсонов И.И.

Выполнила: студентка

Группы ДКА-201

Майсак Виталия

Москва – 2012

Содержание.

1. Архитектура мобильных процессоров

1.1. различия между мобильными и обычными процессорами

1.2. энергопотребление мобильных процессоров

1.3. охлаждение мобильных процессоров

2. Тест производительности (benchmark)

2.1. Что такое бенчмарк?

2.2. Актуальность бенчмарков

2.3. Тесты производительности для различных платформ

3. Оценка производительности iPad 2 и Google Nexus 7

3.1. Рынок планшетов

3.2. Технические характеристики устройств

3.3. Сравнение бенчмарков

4. Список используемой литературы

1. Архитектура мобильных процессоров

1.1 Различия между мобильными и обычными процессорами

Какая компания самая доминирующая в индустрии высоких технологий? Microsoft? Google? Intel? Как насчет британской компании ARM Holdings? Она создала чип, который находится практически в каждом мобильном телефоне на планете. Около 98 процентов всех мобильных телефонов используют по крайней мере одно ARM-ядро.

Компания задумалась над переходом от относительно слабых процессоров к более производительным и выходом на рынок бизнес-компьютеров. Обычные процессоры были для этого непригодны либо были недостаточно мощными, чтобы поддерживать графический пользовательский интерфейс. Компании была нужна совершенно новая архитектура после того, как она протестировала все доступные ей процессоры и сочла их неэффективными. ARM серьёзно настроился на разработку собственного процессора, и их инженеры начали изучать документацию проекта RISC, разработанного в Университете Калифорнии в Беркли. Так появилась на свет архитектура ARM, которая в настоящее время используется в большинстве процессоров для мобильных устройств.

Архитектура развивалась с течением времени, и, начиная с ARMv7 были определены 3 профиля: ‘A’(application) — приложения, ‘R’(real time) — в реальном времени, ’M’(microcontroller) — микроконтроллер. Одним из существенных отличий архитектуры ARM от других архитектур ЦПУ является так называемая предикация — возможность условного исполнения команд. Под «условным исполнением» здесь понимается то, что команда будет выполнена или проигнорирована в зависимости от текущего состояния флагов состояния процессора.

Архитектура ARM обладает следующими особенностями RISC:

- Архитектура загрузки/хранения

- Нет поддержки нелинейного (не выровненного по словам) доступа к памяти

- Фиксированная длина команд (32 бита) для упрощения декодирования за счет снижения плотности кода.

- Одноцикловое исполнение

Есть еще один вид процессоров, используемых в мобильных устройствах – Intel Atom (линейка CISC-микропроцессоров архитектур x86 и x86-64, отличающихся низким энергопотреблением). Для процессоров Atom был разработан специальный чипсет Intel NM10 и SCH, состоящий из одной микросхемы и выполняющий функции как «северного», так и «южного» мостов.

Для этих процессоров используется специальная архитектура Bonnell, которая позволяет им выполнять до двух инструкций за такт. Как и многие другие x86-микропроцессоры, он переводит x86-инструкции (CISC- инструкции) на более простые для внутренних операций (микрокоманд, то есть, по сути RISC инструкций) перед выполнением.

В настоящее время платформа Atom имеет слишком высокое энергопотребление для применения её в смартфонах, и по этому параметру она пока не может соревноваться с процессорами с архитектурой ARM.

В скором времени в мобильных устройствах будут использоваться процессоры MIPS (англ. Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages) — микропроцессор, разработанный компанией MIPS Computer Systems (в настоящее время MIPS Technologies) в соответствии с концепцией проектирования процессоров RISC (то есть для процессоров с сокращенным набором команд). Ранние модели процессора имели 32-битную структуру, позднее появились его 64-битные версии.

Компания-разработчик «провалилась» на рынке смартфонов, и поэтому британская компания Imagination собирается купить MIPS Technologies, так как объединив усилия двух фирм можно будет представить процессоры для мобильных устройств, которые составят конкуренцию доминирующим на рынке процессорам ARM. На устройства с процессорами MIPS можно установить операционную систему Android.

1.2. Энергопотребление мобильных процессоров

Используя подход RISC, процессор ARM требуется только 35000 транзисторов, по сравнению с миллионами во многих обычных чипов процессора, что приводит к снижению потребления энергии и делает его очень привлекательным для небольших устройств. Компания ARM не производит свои собственные электронные чипы, но подписывает различные лицензии для производителей процессоров. Это выгодно для компаний, которые реализуют в процессорах встроенные системы включения памяти, интерфейсы, радио и прочее, затрачивая при этом минимум энергии. Самый первый пример - Apple Newton, но это же подход до сих пор используется в Apple A4 и A5 для «фишек» в iPad.

Снизить энергопотребление помогает также деление процессора на блоки, отвечающие за определенные задачи (так называемая «система-на-кристалле»). Например, при использовании мобильного устройства в качестве аудиоплеера, будут задействованы только соответствующий процессор и ядро.

1.3 Охлаждение мобильных процессоров

Мобильные устройства представляют собой сложную механическую конструкцию воздушного потока, для которой охлаждение является проблемой. Обычно используется принудительное охлаждение воздуха, но тепловыми трубками или использование металлического корпуса или корпуса как пассивного радиатора. Решения для уменьшения тепловых включают в себя использование низкой мощности потребления процессоров ARM или Intel Atom.

2. Тест производительности (benchmark)

2.1 Что такое бенчмарк?

Бенчмарк – (от англ. benchmark — ориентир, эталон) — нечто, что служит эталоном для сравнения. Иметь такие эталоны необходимо для того, чтобы знать как поведет себя объект в любых из условий. Касаемо компьютеров и связанных с ними устройств, бенчмарки позволяют сравнивать производительность этих устройств при решении каких то определенных, закрепленных задач. Полученные результаты можно будет сравнивать между собой, ведь поставленная задача одинакова для всего набора устройств.

Так как бенчмарки не обладают особой точностью и их результаты не очень похожы на настоящую ситуацию, то причиной их использования является тот факт, что они стандартизованы и поэтому позволяют получать результаты сравнения неких объектов быстро и легко. Например, большая часть мобильных устройств имеет очень схожую архитектуру и производительность, нюансы не получится выявить без соответствующих инструментов. Здесь-то на помощь и приходят бенчмарки. Они обладают четким путем измерения производительности устройств, и в большинстве случаев, быстры, универсальны и эффективны. Такие программы предназначены для вычисления скорости продукта в тех сценариях использования, в которых окажется этот продукт.

Большинство смартфонов и коммуникаторов состоят из CPU (либо целиком системы-на-чипе), оперативной памяти, камеры, операционной системы, антенн, и некоторого набора дополнительных чипов и сенсоров. Наибольшей разницей здесь будет являться кто произвел все эти компоненты и насколько хорошо отлажено взаимодействие между ними.

2.2 Актуальность бенчмарков

Бенчмарки не так аккуратны, как нам бы хотелось. В идеале – мы должны раз за разом запускать бенчмарк на одном и том же устройстве, и это должно давать одинаковый результат. Но такого нет даже близко. На рисунке 1 приведены результаты тестирования производительности HTC Sensation 4G с перерывом в несколько минут.

Как видно, разница между двумя измерениями очень существенна. Что может вызвать такую неточность?

Во-первых, обман с результатами может действительно играть роль. Для производителя не составляет небольшого труда настроить свой продукт так, чтобы он показывал завышенные результаты в некоторых конкретных программах. Ведь все это позволит производителю указывать при рекламе что «в такой-то программе наш продукт быстрее, чем продукт конкурентов». Такие настройки обычно делаются за счет отбора ресурсов у других частей системы, что может сказаться на ощущениях пользователей в дальнейшем.

Во-вторых, сами бенчмарки могут попасть под обман со стороны пользователей, которые произвели соответствующие изменения со своим оборудованием. Простой пример: если разогнать CPU, работающий на частоте 1 ГГц, до 1.2 ГГц, то результат будет отличаться от тестов не разогнанных CPU. Специфические прошивки от пользователей, джейлбрейки и прочее могут вызывать неестественные результаты бенчмарков, значительно усложняя сравнение устройств между собой.

Если посмотреть результаты на свеже-включенном устройстве, и устройстве, которое активно используется уже несколько часов, будут значительно различаться. Причина в том, что мобильное устройство само по себе представляет собой достаточно сложную систему и находится под влиянием огромного числа воздействий.

Есть еще несколько факторов, влияющих на измерение с помощью бенчмарков: использование производителями специфических компонентов устройств, тип CPU или GPU, частоты, память, ее свободное количество, размер кэша, частота обновления экрана, платформа и версия операционной системы. И этот список не является исчерпывающим.

Но все же бенчмарки активно используются, но при этом измерения производятся несколько раз и вычисляется среди них среднее арифметическое, чтобы получить наиболее полный результат. Так же обзоры производятся на устройствах без каких либо изменений, связанных с подгонкой результатов теста. Но нельзя строить свои выводы исключительно на результатах использования бенчмарков. Тесты производительности никогда не покажут, как будет вести себя устройство при повседневном использовании.

Многие компьютерные игры, благодаря их требовательности к аппаратному обеспечению и зависимости скорости работы игры от мощности компьютеров, успешно используются в качестве бенчмарков. Примерами таких игр могут служить: Batman: Arkham Asylum, Battlefield 3, Devil May Cry 4, Call of Duty, S.T.A.L.K.E.R.: Тень Чернобыля

2.3 Тесты производительности для различных платформ

На данный момент, платформой, на которой содержится наибольшее количество бенчмарков, является Android.

Quadrant измеряет производительность таких аспектов как CPU, операции ввода/вывода, пропускная способность памяти и 2D/3D графика. Чем выше количество финальных очков, тем более производительным считается устройство. Результаты распологаются в рамках от 200 до 3000. Сами тесты включают в себя:

§ 12 тестов для CPU – сжатие/распаковка данных, подсчет контрольных сумм, ариметические операции, операции с плавающей точкой, парсинг XML файлов, декодирование аудио/видео

§ 1 тест на скорость памяти

§ 4 теста на обработку данных файловой системой и работой с базами данных

§ 1 тест на двухмерную, и 3 теста на трёхмерную графику, состоящие из симуляции различных задач для видеоподсистемы устройства.

Бенчмарк Linpack заставляет CPU вычислять большую систему линейных уравнений, а потом выдает результат в MFLOPS — millions of floating point operations per second. Больший результат значит большую производительность.

Целью создания Linpack отнюдь не было измерение производительности. Алгоритмы линейной алгебры весьма широко используются в самых разных задачах, и поэтому измерение производительности на Linpack представляют интерес для многих пользователей. Сведения о производительности различных машин на пакете Linpack публикуются сотрудником Аргоннской национальной лаборатории (США) Дж. Донгаррой и периодически обновляются.

В основе алгоритмов действующего варианта Linpack лежит метод декомпозиции. Исходная матрица размером 100х100 элементов (в последнем варианте размером 1000х1000) сначала представляется в виде произведения двух матриц стандартной структуры, над которыми затем выполняется собственно алгоритм нахождения решения. Подпрограммы, входящие в Linpack, структурированы. В стандартном варианте Linpack выделен внутренний уровень базовых подпрограмм, каждая из которых выполняет элементарную операцию над векторами. Набор базовых подпрограмм называется BLAS (Basic Linear Algebra Subprograms). Например, в BLAS входят две простые подпрограммы SAXPY (умножение вектора на скаляр и сложение векторов) и SDOT (скалярное произведение векторов). Все операции выполняются над числами с плавающей точкой, представленными с двойной точностью.

Существует версия Linpack и для iOS. В ней проводятся те же самые вычисления что и в версии для Android, что позволяет сравнивать результаты производительности двух платформ между собой.

Для Windows Phone появился Benchmark Free. Он делает акцент на производительности CPU вашего устройства, расчетах, а также на работе с памятью устройства. Данный бенчмарк появился в конце мая этого года, и будет активно развиваться.

Ни один из вышеупомянутых тестов не является по-настоящему универсальным, некоторые из них являются кросс-платформенными, и нет ни одного доступного на всех платформах. Единственным способом преодолеть это ограничение – найти что-то, что объединяет все платформы для мобильных устройств между собой. Этим является работа с JavaScript в браузерах устройств. И самым популярным бенчмарком для измерения производительности JavaScript является Sunspider.

Созданный той же командой разработчиков, что и браузерный движок WebKit (который используется в iOS и Android), Sunspider симулирует реальное использование JavaScript на разных сайтах. Сюда входят тесты на генерацию облака тегов, тесты шифрования. Результат представляется в виде миллисекунд, и чем он ниже – тем лучше. Если в вашем браузере отключена поддержка JavaScript – то тест работать не будет. Уточнить можно в настройках браузера.

Бенчмарки не являются верным способом выбора подходящего вам устройства, и также не являются способом объявления какого-либо устройства лучшим. Вместо этого, используя стандарты при измерении производительности, они дают нам возможность предсказать поведение устройств при использовании в реальной жизни. В то время как никакой бенчмарк не даст нам 100% гарантированного результата касательно производительности компьютера или смартфона, они могут помочь сравнить несколько устройств, насколько хорошо эти устройства могут решать одинаковую для них задачу.

3.Оценка производительности iPad 2 и Google Nexus 7

3.1 Рынок планшетов

Самыми популярными на сегодняшний день мобильными устройствами являются планшеты. С их помощью можно выполнять все те же самые функции, что и на компьютере, но их габариты и вес позволяют носить гаджеты с собой ежедневно.

Революция мобильных планшетов началась в 2007 году с появлением iPhone. С тех пор смартфон Apple успел стать лучшим смартфоном на планете. Тем не менее конкурентам все же удалось выйти на один уровень и в чем-то даже превзойти творение Apple.

2010 год стал повторением 2007. Спустя два года после анонса, iPad продолжал оставаться абсолютно лучшим планшетом, но время идет и конкуренты не дремлют. Разница между ситуацией со смартфонами в том, что сегодня iPad все еще не побежден и планшетов в аналогичной весовой категории, сколько-нибудь угрожающих его успеху, просто нет. Поэтому конкурентами была предпринята успешная попытка по запуску вторичного рынка планшетов. Благодаря успеху Kindle Fire сегодня мы имеем примерно следующие цифры.

Несмотря на то, что реальных конкурентов iPad все еще нет, доля планшета Apple продолжает планомерно сокращаться. На сегодняшний день число iPad у американских пользователей составило всего 52 % всех планшетов. Остальные 48 % рынка принадлежат устройствам под управлением различных модификаций Android. Например, тот же самый Kindle Fire занимает 21 % рынка или почти половину всех Android-планшетов.

Проведем оценку производительности двух популярных планшетов – iPad 2 и Nexus 7.

3.2 Технические характеристики устройств

iPad 2.

Встроенная память – 16 ГБ

Операционная система – iOS

Процессор - Двухъядерный процессор A6X с четырёхъядерной графикой

Диагональ экрана – 9,7 дюйма

Разрешение экрана – 2048х1536 px

Дисплей - мультитач

Емкость аккумулятора – 25 мАч

Wi-Fi 802.11a/b/g/n (802.11n, 2,4 ГГц)

Bluetooth 4.0

Камера фронтальная - 5 мП

Камера передняя – 1,2 мП

Nexus.

Встроенная память – 16 ГБ

Операционная система – Android 4.2

Процессор – nVidia Tegra 3

Диагональ экрана – 7 дюйма

Разрешение экрана – 800х1280 px

Дисплей - емкостной

Емкость аккумулятора – 4325 мАч

Wi-Fi 802.11 b/g/n

Bluetooth 4.0

Камера фронтальная - отсутствует

Камера передняя – 1,2 мП

Видеоускоритель – nVidia ULP GeForce GPU

Используя бенчмарк Linpack для каждой платформы соответственно, проведем анализ и сравнение полученных данных.

Рис.3 Android

Рис.2 iOS

На рис.2 представлен тест системы iOS, на рис.3 – Android. Программа считала время выполнения решения линейных уравнений на основе арифметики с плавающей точкой на обоих устройствах. Единица измерения – в миллионах элементарных арифметических операций над числами с плавающей точкой, выполненных в секунду.

Как можно видеть на рисунках, iPad 2 за меньшее время (0,0123 с) имеет большую производительность (55,366 MFLOPS) по сравнению с Nexus (за 1,81 сек 46,291 MFLOPS).

Но нельзя сравнивать производительность мобильных устройств только по одному показателю. Общий вывод сделать нельзя, но можно отметить, что iPad 2 решает линейные уравнения эффективней и быстрее, чем Nexus.

4.Список использованной литературы

Интернет-ресурсы:

1. http://en.wikipedia.org

2. http://citforum.ru/hardware/app_kis/glava_8.shtml

3. http://droidtalks.com

4. http://www.appleinsider.ru/ipad/dolya-ipad-snizhaetsya-android-nastupaet.html

Дата добавления: 2015-07-15