8.3 Параметризация эис

Рассмотрение ЭИС как предметной области приводит к выделению компонентов ЭИС, их свойств и взаимосвязей между ними. Полная реализация этого подхода предполагает:

1. определение количественных и качественных параметров объектов, входящих в ЭИС, и процессов их взаимодействия на различных стадиях жизненного цикла системы;

2. создание систем хранения и обработки метаинформации, которые получили название баз данных проектировщика ЭИС и словарей-справочников данных;

3. использование системы параметров ЭИС для моделирования процессов выбора проектных решений при создании ЭИС, процессов ее эксплуатации и развития.

Параметры ЭИС группируются в следующие классы:

1) параметры структуры базы данных;

2) параметры структуры программного обеспечения ЭИС;

3) параметры ограничений на доступ пользователей к компонентам базы данных и программного обеспечения;

4) параметры потока данных и запросов;

5) параметры вычислительной системы ЭИС.

Существующие словари-справочники в основном ориентированы на хранение параметров структуры базы данных, структуры программного обеспечения ЭИС и ограничений на доступ пользователей к компонентам базы данных и программного обеспечения. В базах данных проектировщика дополнительно хранятся некоторые семантические характеристики информационного отображения предметной области в БД. Содержательная обработка и анализ метаинформации требуют создания методов и программных средств, которые первоначально не обеспечиваются программами словаря-справочника.

Параметры программного обеспечения показывают вхождение программ в задачи и подсистемы. Данные о размерах файлов, хранимых в базе данных, и размерах файлов, содержащих программы, представляют отдельную группу параметров.

На рис. 8.6 показаны связи метаобъектов ЭИС, информация о которых обычно хранится в словаре данных.

Связи, которые могут быть дополнены объемно-временными параметрами, отмечены на рисунке номерами дуг:

1 — среднее количество обращений к файлу из программы;

2 — частота и среднее время выполнения программ пользователей;

3 — частота и среднее время выполнения команд поиска и корректировки файлов.

Параметры потоков данных и запросов характеризуют технологические аспекты функционирования базы данных ИС, использование данных различными процессами обработки данных, связь процессов обработки данных с требуемым оборудованием, причинно-следственные и временные связи.

Рис. 8.6 — Связи метаобъектов в словаре данных

Модель потоков данных содержит объемные характеристики данных, циркулирующих в ИС, и динамику изменения этих характеристик во времени.

Характерными параметрами потока данных являются: а) количество отношений (файлов); б) их тип; в) объем (количество записей и их длина). С помощью типов различается входная, выходная, промежуточная и нормативно-справочная информация. Для каждого файла отмечается количество корректирующих обращений, подразделяемых на включение, исключение и обновление записей.

Модель потока запросов содержит параметры потока пакетных задач и параметры потока интерактивных запросов.

При пакетном режиме обработки данные в файлах накапливаются до тех пор, пока не наступит заданный момент времени или объем данных не превысит некоторый предел. Затем имеющаяся информация обрабатывается несколькими последовательно запускаемыми программами.

Характерными параметрами потока пакетных задач следует считать: а) общее количество задач (за некоторый период времени); б) среднее количество задач в пакете; в) типы и приоритеты задач; г) объемы требуемых для них ресурсов.

При интерактивном режиме работы происходит обмен сообщениями между пользователем и ЭВМ. Роль активного элемента в диалоге выполняют попеременно и пользователь, и ЭВМ. ЭВМ активна от момента завершения ввода информации и команд пользователем до завершения обработки команды (запроса). Пользователь анализирует результат обработки запроса и вводит данные для следующего запроса. Следует отметить, что последовательность команд, выдаваемых пользователем в интерактивном режиме работы, не является фиксированной заранее, а существенно зависит от результатов ранее выполненных команд.

Характерными параметрами потока интерактивных запросов являются: а) количество пользователей; б) количество терминалов; в) среднее количество активных терминалов; г) интервалы между сеансами одного пользователя; д) время реакции пользователя; е) типы и приоритеты поступающих запросов; ж) объемы ресурсов, необходимых для реализации запросов.

Рассмотрение параметров вычислительной системы (ВС) позволяет анализировать производительность ЭВМ и ее отдельных устройств.

Чтобы количественно определить меру производительности, надо установить элементарную единицу работы для ВС. В режиме пакетной обработки данных единицей работы является задание, которое пользователь предоставляет операционной системе как единое. При интерактивной обработке единицей работы является взаимодействие, состоящее из двух частей — системной и терминальной.

Системная часть взаимодействия — это обработка команды, поданной пользователем с терминала. Терминальная часть соответствует действиям пользователя, начиная от получения результата выполнения предыдущей команды до подачи следующей команды. Время терминальной части взаимодействия называется временем анализа.

Рабочей нагрузкой ВС называется совокупность поступающих на обработку программ, данных и терминальных команд за некоторый период времени. Предполагается, что рабочая нагрузка нечувствительна к изменениям производительности вычислительной системы; однако ускорение выполнения заданий и терминальных команд иногда вызывает их более частое применение пользователями.

Исходные данные для расчета производительности ВС и ее отдельных устройств получаются экспериментально с помощью аппаратных или программных измерительных систем. Аппаратные системы представляют собой приборы, которые могут измерять периоды занятости процессора, каналов и других устройств ЭВМ. Программные измерители обеспечивают регистрацию событий, которые различимы при работе операционной системы ЭВМ. Они несколько искажают получаемую информацию, так как сами создают дополнительную нагрузку для ЭВМ. Однако программные измерительные системы получили преимущественное распространение благодаря низкой стоимости и простоте эксплуатации.

Расчет производительности работы вычислительной системы и ее отдельных устройств будем производить методами операционного анализа.

Зафиксируем некоторый период наблюдений за ВС и обозначим его через Т. Время, в течение которого система обрабатывала задания, обозначим через В(0) (В(0)  Т), а количество обработанных заданий — через С(0). Индекс 0 описывает параметры вычислительной системы как единого целого.

Определим ряд производных параметров:

1. коэффициент использования U(0) = B(0)/T;

2. среднее время выполнения одного задания S(0) = = В(0)/С(0);

3. интенсивность выходного потока заданий Х(0) = С(0)/Т.

Величина Х иначе называется пропускной способностью ВС и часто принимается в качестве критерия производительности ВС, который необходимо максимизировать.

Отметим очевидное соотношение Х(0) = U(0)/S(0) и учтем возможность представления S(0) в виде S(0) = Ft, где F — среднее количество команд в задании и t — время выполнения одной команды. Величина F зависит как от аппаратуры, так и от программного обеспечения, поэтому настройка ВС часто предполагает и изменение конфигурации ВС, и усовершенствование применяемых программ.

Реальная ВС состоит из нескольких устройств, и задание в процессе выполнения захватывает в определенной последовательности одно из них. Обозначим отдельные устройства через следующие величины:

C(i) — количество заданий, покинувших устройство i за период времени Т;

C(i, j) — количество заданий, покинувших устройство i и поступивших в устройство j за период времени Т;

B(i) — время занятости устройства i за период времени Т.

Обозначим стандартные номера устройств:

1 — центральный процессор;

2 — канал связи с магнитными дисками.

Окончание обработки задания системой будем рассматривать как переход к нулевому устройству.

Принятые обозначения удобны для замкнутой системы, в которой каждое выполненное задание немедленно заменяется новым заданием с идентичными статистическими характеристиками.

Для отдельных устройств определяются параметры:

• коэффициент использования U (i) = B (i)/T;

• среднее время занятости устройства заданием S (i) = = B(i)/C (i);

интенсивность выходного потока заданий с устройства

X (i) = С (i) / Т = U (i)/S (i).

Существуют и дополнительные параметры устройств, например вероятность перехода задания от одного устройства к другому, среднее время ответа устройства, средняя длина очереди к устройству и т.д.

Контрольные вопросы к 8 главе

1. Что представляют собой семантические модели данных?

2. Каким требованиям должны отвечать семантические модели?

3. Что является элементами высказываний в семантических моделях?

4. Что такое атомарный и составной объекты?

5. Как изображается структура предметной области в модели «сущность — связь»?

6. Какие недостатки имеет модель «сущность — связь»?

7. Что представляют собой семантические сети?

8. Какие категории вершин предусмотрены в семантической сети?

9. Чем отличаются два типа отношений «обобщение» и «агрегация» в семантических моделях?

10. Какие существуют две обязательные связи при установлении структуры понятий в семантических моделях?

11. Какие бывают семантические отношения предметной области?

12. Какие бывают лингвистические отношения предметной области?

13. На что подразделяются логические отношения предметной области?

14. Что такое теоретико-множественные отношения предметной области?

15. На что делятся квантификационные отношения предметной области?

16. Какие сведения содержит база знаний?

17. Из каких основных компонентов состоит продукционная модель базы знаний?

18. Что такое фреймы?

19. В чем состоят преимущества семантических сетей?

20. Какие средства усиления «базовой» конфигурации содержит модель знаний?