ТеорИя пректирования вычислительных систем

ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ

Теория вычислительных систем – инженерная дисциплина, объединяющая методы решения задач проектирования и эксплуатации ЭВМ, вычислительных комплексов, систем и сетей.

Предмет теории. Предметом исследования в теории вычислительных систем являются вычислительные системы в аспектах их производительности, надежности и стоимости. В системе выделяются следующие составляющие:

1) технические средства, определяемые конфигурацией системы – составом устройств и структурой связей между ними;

2) режим обработки, определяющий порядок функционирования системы;

3) рабочая нагрузка, характеризующая класс обрабатываемых задач и порядок их поступления в систему.

Когда ЭВМ, вычислительный комплекс, система или сеть исследуется в целом, как органическое единство составляющих во взаимодействии с окружающей средой, и при этом проявляются общесистемные свойства и характеристики, говорят, что исследование проводится на системном уровне. Представление исследуемых объектов (ЭВМ, комплексы, системы и сети) на системном уровне – наиболее характерная черта теории вычислительных систем.

Предметом исследования может быть функционирование процессора, внешнего запоминающего устройства и канала ввода – вывода, обмен данными между уровнями памяти, планирование, обработка, системный ввод – вывод и др. При этом свойства элементов и подсистем изучаются применительно к целям исследования всей системы, например к оценке производительности, и рассматриваются как части системы, функционирующие во взаимодействии с остальными частями.

Задачи анализа. Анализ вычислительных систем – определение свойств, присущих системе или классу систем. Типичная задача анализа – оценка производительности и надежности систем с заданной конфигурацией, режимом функционирования и рабочей нагрузкой. Другие примеры задач: определение (оценка) вероятности конфликта при доступе к общей шине, распределения длительности занятости процессора, загрузки канала ввода – вывода.

В общем случае задача анализа формулируется следующим образом. Исходя из цели исследования назначается набор характеристик исследуемого объекта (вычислительная система, ее элемент, подсистема, некоторый процесс и др.) и точность , с которой они должны быть определены. Требуется найти способ оценки характеристик Y объекта с заданной точностью и на основе этого способа определить характеристики.

При анализе систем в процессе эксплуатации оценка характеристик Y производится, как правило, измерением параметров функционирования с обработкой измерительных данных. В этом случае используется методика, устанавливающая состав измеряемых параметров, периодичность и длительность измерений, а также измерительные средства и средства обработки данных. В целях сокращения затрат на анализ стремятся измерять по возможности меньшее число наиболее просто измеримых параметров , а требуемый набор характеристик определять косвенным методом – вычислением с использованием зависимостей . Эти зависимости либо имеют статистическую природу, либо создаются на основе фундаментальных закономерностей теории вычислительных систем.

При анализе проектируемых систем для оценки характеристик Y необходимо располагать моделью F, устанавливающей зависимость характеристик от параметров системы X, определяющих ее конфигурацию, режим функционирования, рабочую нагрузку. В этом случае решение задачи сводится к проведению на модели экспериментов, позволяющих дать ответы на интересующие вопросы. Точность оценки характеристик проектируемой системы зависит от адекватности модели и погрешности измерения параметров X.

Задачи идентификации. При эксплуатации вычислительных систем возникает необходимость в повышении их эффективности путем подбора конфигурации и режима функционирования, соответствующих классу решаемых задач и требованиям к качеству обслуживания пользователей. В связи с ростом нагрузки на систему и переходом на новую технологию обработки данных может потребоваться изменение конфигурации системы, использование более совершенных операционных систем и реализуемых ими режимов обработки. В этих случаях следует оценить возможный эффект, для чего необходимы модели производительности и надежности системы. Построение модели системы на основе априорных сведений об ее организации и данных измерений называется идентификацией системы.

Порядок идентификации вычислительной системы иллюстрируется рис. 7.1. В соответствии с природой исследуемых явлений для их представления предлагается функциональная модель, описывающая явления с точностью до значений пара-: метров функций. Процесс создания такой модели называется функциональной идентификацией системы. В качестве функциональных моделей могут использоваться различные математические системы – дифференциальные и алгебраические уравнения, сети массового обслуживания и др., адекватно представляющие исследуемые аспекты.