Definizione di prestazione di un computer in informatica

Prestazioni di un calcolatore: tempo di risposta e throughput

Introduzione:

Il concetto di “prestazioni” in informatica può assumere due significati distinti a seconda del punto di vista:

• Tempo di risposta (response time): Tempo impiegato da un calcolatore per completare un singolo task, dall’avvio alla fine. L’utente generico è principalmente interessato a minimizzare questo tempo.
• Throughput: Quantità di lavoro completata da un calcolatore in un determinato intervallo di tempo. Il gestore di un centro informatico è focalizzato su questo aspetto.

Parametro di valutazione:

La differenza tra i due significati risiede nel parametro utilizzato per valutare la velocità del calcolatore:

• Tempo di risposta: Misurato in secondi, millisecondi o nanosecondi.
• Throughput: Misurato in unità di lavoro completate per unità di tempo (ad esempio, tasks al secondo, operazioni al secondo).

Relazione tra tempo di risposta e throughput:

In generale, un tempo di risposta più basso implica un throughput più elevato. Un sistema rapido nell’eseguire singoli compiti potrà completarne un numero maggiore in un dato intervallo di tempo.

Esempio:

Consideriamo tre metodi per migliorare le prestazioni di un calcolatore:

1. Riduzione del periodo di clock (clock più veloce): Diminuisce il tempo di esecuzione di ogni ciclo di clock, migliorando sia il tempo di risposta che il throughput.
2. Processori multipli per compiti diversi: Permette l’esecuzione simultanea di più task, incrementando il throughput ma non il tempo di risposta per singolo task.
3. Elaborazione parallela: Distribuisce il calcolo di un problema su più processori, riducendo il tempo di risposta e aumentando il throughput.

Misure probabilistiche per la misura della prestazione

Talvolta, le misure delle prestazioni di un calcolatore sono descritte meglio da distribuzioni di probabilità che non da valori deterministici. Ad esempio, consideriamo il tempo di risposta necessario per completare una data operazione di I/O sul disco rigido del calcolatore: tale tempo di risposta dipende sia da fattori deterministici (ad esempio dalla quantità di dati da leggere o scrivere su disco) sia da fattori non deterministici (ad esempio da ciò che il disco sta eventualmente già facendo quando viene richiesto l’I/O oppure dalla quantità di altri processi in attesa di accedere allo stesso disco). Data la presenza di tali fattori non deterministici, ha più senso parlare di tempo medio di risposta per un I/O da disco. In modo analogo, anche l’effettivo throughput di disco (cioè il numero di dati che transitano realmente da o verso il  disco nell’unità di tempo) non risulta essere un valore costante.

Pipelining: migliorare le prestazioni di un computer

Il throughput ed il tempo di esecuzione interagiscono in molti modi nella progettazione di un calcolatore. Una delle interazioni più importanti è  rappresentata dalla cosiddetta operazione di pipelining: si tratta di una tecnica di realizzazione del calcolatore che riesce ad aumentare le prestazioni in termini sia  di throughput sia di tempo di risposta sui singoli processi, sfruttando la sovrapposizione dell’esecuzione di più istruzioni.