计组原理：计算机可靠性概述和性能评价

一、计算机可靠性概述

计算机系统的可靠性指它开始运行( t = 0 ) 到某时刻 t 这段时间内能正常运行的概率。用 R(t) 表示。失效率即单位时间内失效的元件数与总数的比例。用λ表示

两次故障之间系统能正常工作的时间的品均值称为平均无故障时间(MTBF) 即

MTBF = 1 / λ

通常用平均修复时间(MTBF)来表示计算机的可维修性 ,即计算机的维修效率，指从故障发生到机器修复平均所需要的时间。因此在计算机任意时刻能正常工作的概率A,可表示为

A = MTBF / (MTBF + MTRF)

如果一个系统有N个子系统，各个子系统的可靠性分别用 Rn 表示。

对于 串联系统，该系统的可靠性R，可表示为

R = R1 × R2 × R3 ...× RN

失效率 λ 可表示为

λ = λ1 + λ2 + λ3 .... +λn

对于并联系统该系统的可靠性R，可表示为

R = 1- (1-R1)(1-R2)(1-R3).....(1-Rn)

失效率 λ 可表示为

对于 N模冗余系统 ，N=2n+1个子系统，和一个表决器组成，表决器把N个子系统中占大多数的输出多为系统的输出，因此只要有n+1 个子系统能正常工作。假设表决器完全可靠的，每个子系统可靠性为R0，则N模冗余系统的可靠性为

注：

例1：一个系统由3个子系统并联构成，其可靠性为0.9，平均无故障时间为10000小时。求系统的可靠性和平均无故障时间

R1 =R2 =R3 =0.9;

并联系统的计算机可靠性：R = 1- (1-Ri)^3 = 1 - 0.1 ^3 =0.999

子系统失效率 λ1 = λ2= λ3=1/10000

系统失效率 λ = 1/(1/(1/10000) *(1/1 +1/2 +1/3))

系统平均无故障时间 MTBF = 1/λ = 1/(1/10000) *(1/1 +1/2 +1/3) ≈18333小时

二、计算机的性能评测的常用方法

1）时钟频率。一般来讲主频越高，速度越快。但是对于频率相同，不同结构的机器，其速度可能差很多。

2）指令执行速度。即单位时间内执行指令的条数。对于不同的指令执行速率不同，但是在早期，通常用加法指令的运算速度来衡量计算机的速度，因为加法大体可以反映出乘法等其他运算速度。

3）等效指令速度法。统计各类指令在程序中所占比例，和各类指令的执行时间，那么等效指令的执行时间为

4）数据处理速率(PDR)法。在不同程序中的各类指令使用步履是不同的，而且数据长度与指令功能的强弱对解题速度影响极大。同时以上的方法不能反应出现代计算机中高速缓冲存储器、流水线和交叉存储等架构影响。因此，现代计算机不仅与指令的执行频率有关，而且与指令的执行顺序和地址分布有关。 PDR 值越大, 性能越好。

PDR = L / R

其中 L=0.85G + 0.15H+ 0.4J +0.15K ; R =0.85M +0.09N +0.06 P

G：每条定点指令位数 ; M:平均定点加法时间

H::每条浮点指令位数 N:平均浮点加法时间

J:定点操作数位数 N:平均浮点乘法时间

K:定点操作数位数

5）核心程序法：把应用程序中用的最频繁的核心不同在不同的机器上运行，测其执行时间。作为各类机器性能评价依据