IPS (быстродействие)

Вычисление значения IPS производится по формуле:^[1]

${\displaystyle {\text{IPS}}={\text{сокеты}}\times {\frac {\text{ядер}}{\text{чип}}}\times {\text{частота}}\times {\frac {\text{инструкций}}{\text{цикл}}}}$

Однако показатель инструкций на цикл зависит от последовательности команд, обрабатываемых данных и внешних факторов.

Для большинства ранних 8-битных и 16-битных микропроцессоров производительность измерялась в тысячах инструкций в секунду (kIPS).

Понятие «миллионы инструкций в секунду» (MIPS) стало востребовано в конце 1970-х годов. Например, модели IBM System/370 158–3 и VAX-11/780 считались приблизительно эквивалентными по производительности на уровне 1 MIPS.

Скорость процессора зависит от множества факторов, включая тип выполняемых инструкций, их порядок и присутствие команд перехода (особенно проблемных из-за разрыва конвейера). Темп выполнения инструкций (MIPS) отличается от тактовой частоты, обычно измеряемой в герцах (Гц), поскольку одна команда часто требует нескольких тактов, а современные процессоры способны исполнять несколько независимых инструкций параллельно. MIPS полезен при сравнении процессоров схожей архитектуры (например, внутри семейства PIC-микроконтроллеров), но затруднительно использовать для сравнения разных архитектур, особенно RISC и CISC^[2]. Это породило ироническое толкование сокращения MIPS как «бессмысленный индикатор скорости процессора»^[3], или менее часто — «бессмысленные индексы производительности»^[4]. К середине 1980-х такое отношение было распространено среди специалистов.

До появления стандартных тестов средней скоростью компьютеров считалась скорость обработки определённой смеси инструкций, с результатом в kIPS. Одной из первых попыток формализации набора тестовых команд стал набор Гибсона, предложенный в 1959 году Джеком Кларком Гибсоном из IBM для научных применений^[5].

Гибсон разделил команды IBM 704 на 12 классов, добавив 13-й для учёта времени индексации. Вес каждого класса определялся по анализу семи научных программ для IBM 704 и с учётом некоторых программ для IBM 650. Итоговая оценка выводилась как взвешенная сумма средней скорости выполнения команд из каждого класса^[5].

Набор Гибсона отражает подход своего времени, когда вычислительные мощности ещё измерялись в kIPS. Для коммерческих задач разрабатывались альтернативные рейтинги, например, ADP mix, не включавший операции с плавающей точкой. Первые такие методики ещё не были столь системными, однако сама идея создания эталонных наборов, имитирующих прикладные задачи, позднее — «синтетический тест», осталась.

Компьютер VAX-11/780, выпущенный в 1977 году, позиционировался как первый миникомпьютер, способный исполнять миллион команд System/370 в секунду. Он быстро стал распознаваемой отправной точкой для референса MIPS в двух тестах:

• В 1980 году для Whetstone, синтетического теста с фокусом на целочисленных операциях, появился показатель «VAX MIPS» как усреднение по трём сугубо целочисленным тестам в Whetstone. Изначально тесты задавались как 42 оператора на ALGOL 60 (124 инструкции KDF9), но к 1980 году был переписан на Fortran.
• В более общем целочисленном тесте Dhrystone показатель MIPS также был привязан к VAX. Новый эталон «DMIPS» определялся как число выполненных итераций основного цикла теста Dhrystone за секунду, где один DMIPS соответствовал 1757 итерациям — результату VAX-11/780.

zMIPS — внутренний показатель производительности IBM для оценки своих мэйнфреймов семейств zSeries, IBM System z9 и IBM System z10.

WMOPS (Weighted Million Operations Per Second, взвешенный миллион операций в секунду) — подобная метрика, используемая для оценки эффективности аудиокодеков.

Реальная производительность процессоров в MIPS сильно зависит от языка и качества компилятора: некоторые компиляторы генерируют эффективный код, а другие — нет. В отчёте Whetstone приводится таблица MWIPS для разных компиляторов, интерпретаторов и языков — от первых компиляторов для BASIC (1982, CPU 8088/87 на 4,8 МГц: 0,01 MWIPS) до современных языков высокого уровня (на Intel Core 2 Duo 2,4 ГГц: от 9,7 MWIPS на интерпретаторе BASIC, до 2403 MWIPS в актуальном C/C++-компиляторе).