книги из ГПНТБ / Дроздов Е.А. Основы построения и функционирования вычислительных систем

от Г-в

і

Определение ( tMl)M

Выборка (tBMi)MUH

Т

Рис. 5-4. Алгоритм решения задачи определения моментов возникно

260

— П — Q V ~ ^ ...

вения отказов й восстановления системы.

В соответствии с (5-62) построена структурная схема модели­ рующего алгоритма блока VI, приведенная на рис. 5-4.

Для определения коэффициента полезного времени системы не­ обходимо воспользоваться соотношением

казов элемента типа А за время Та.

Необходимо отметить, что с помощью составленного МА оценки времени полезной работы ВС с ЦФК можно найти такое значение периода функционального контроля системы, которое отвечает мак­ симальному значению коэффициента Кв. Для этого нужно построить зависимость

Кв=/(Гф.к)

при фиксированных значениях других параметров системы и ее эле­ ментов.

262

Г Л А В А Ш Е С Т А Я

ВОПРОСЫ СИНТЕЗА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

6-1. ЗАДАЧИ СИНТЕЗА

Общая задача синтеза ВС в строгой ее постановке — это задача математической оптимизации, в результате решения которой с учетом заданных ограничений опре­

(или минимум) показатели (одного или нескольких) эффективности системы, обслуживающей потоки требо­ ваний с известными параметрами. Иначе говоря, задача состоит в определении таких значений параметров мно­ жеств L c , L 3 , Ly, которые >бы обеспечивали удовлетворе­ ние заданных требований по качеству функционирования системы, оцениваемых через показатели качества (глав­ ным образом, через показатели эффективности, посколь­ ку они являются критериями выбора оптимального ре­ шения задачи синтеза ВС).

Однако в настоящее время методов решения общей задачи синтеза вычислительной системы нет, так как практически невозможно проводить оптимизацию по всем параметрам множеств L c , L 3 , Ly. В инженерной практике большое значение приобретают частные постановки об­ щей задачи синтеза ВС.

Приведем примеры постановки частных задач синте­ за вычислительной системы.

1. Заданы состав и структура системы, набор и алго­ ритмы решаемых задач, параметры потоков заявок на решение задач, условия эксплуатации ВС, требуемые значения показателей эффективности. Необходимо найти оптимальные структуру и значения параметров элемен­

турно-программной системы управления вычислительно­ го комплекса заданной структуры, обслуживающего по­ токи требований с известными параметрами в опре­ деленных условиях эксплуатации. Целевая функция управления также задана. В результате решения этой за­ дачи выбирается структура аппаратурно-программной системы управления, устанавливается оптимальное соот­ ношение между аппаратурными и программными сред­ ствами управления, выбирается приемлемая (особенно

263

для требований высшего приоритета) дисциплина обслу­ живания требований.

3. Определить оптимальные значения параметров выбранного режима профилактического обслуживания системы (длительность и периодичность обслуживания), обеспечивающие получение максимального значения ко­ эффициента полезного времени ВС (см. § 5-5). Параме­ тры системы и ее элементов, а также параметры множе­ ства L„ известны.

В ходе реализации частных задач синтеза ВС реша­ ются такие вопросы, как выработка требований к основ­ ным техническим параметрам ЦВМ (процессорам) си­ стемы или выбор наиболее подходящего типа ЦВМ из числа имеющихся образцов; выработка требований к си­ стемным запоминающим устройствам — к их структуре, емкости, времени обращения, скорости записи-считыва­ ния информации, а также требований к средствам защи­ ты памяти; определение состава, структуры и требова­ ний к аппаратуре сопряжения системы с источниками и потребителями информации; разработка требований к основным параметрам аппаратурно-программной си­ стемы функционального контроля вычислительного ком­ плекса и др.

При этом, как правило, возможно множество реше­ ний. Задача состоит в том, чтобы из этого множества решений выбрать одно решение — самое лучшее, опти­ мальное.

Процесс принятия оптимального решения включает обычно следующие элементы [Л. 11]:

1) выбор показателей качества ВС, е помощью ко­ торых оцениваются результаты альтернативных способов действий;

2)составление перечня возможных альтернативных способов действий (решений);

3)определение соотношений, связывающих альтерна­

тивные решения со значениями показателей качества ВС;

4) выявление одной, оптимальной альтернативы, при которой показатели качества принимают экстремальные значения.

При решении задач синтеза ВС (здесь и далее име­ ются в виду только частные задачи синтеза, поскольку, повторяем, общая задача синтеза — задача глобальной оптимизации, практически не может быть решена для

264

более или менее сложных ВС из-за вычислительных трудностей, возникающих при большом числе независи­ мых переменных целевой функции, и ограничений, на­ кладываемых на области изменения этих переменных) часто приходится прибегать к раздельной оптимизации подсистем вычислительной системы, т. е. к субоптими­ зации ВС.

6-2. ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВС И ИХ С О Д Е Р Ж А Н И Е

Проектирование ВС представляет собой весьма слож­ ный и трудоемкий процесс, выполнение которого в при­ емлемые сроки под силу только достаточно большим коллективам высококвалифицированных научных работ­ ников различных специальностей. Задание на проектиро­ вание выдает заказчик, в роли которого выступает учреждение или организация, ведающая вводом в строй и эксплуатацией вычислительных систем. Заказчиком может быть также организация, занимающаяся разра­ боткой более крупного комплекса, в который проекти­ руемая ВС входит как составная часть. В этом случае организация-разработчик на основании полученных от заказчика общих требований к комплексу составляет частное техническое задание (ЧТЗ) на разработку ВС.

Задание на проектирование ВС содержит общие тре­ бования к системе (включая технические, эксплуатацион­ ные и конструктивные требования), перечень и исходные алгоритмы решаемых задач (исходных алгоритмов в задании может и не быть, и тогда разработка алгорит­ мов решаемых задач является одним из этапов проек­ тирования ВС, выполняемых разработчиком), данные по интенсивности потоков заявок на решение задач, их приоритетности, требования по времени решения задач.

Разработчик вычислительной системы — это различ­ ные научно-исследовательские институты (НИИ), конст­ рукторские бюро (КБ) заводов или вузов, научно-иссле­ довательские лаборатории, вообще научно-исследова­ тельские организации, располагающие собственной до­ статочно мощной экспериментально-производственной базой или имеющие возможность при выполнении заказа привлекать соответствующие заводы к работам по соз­ данию и испытанию опытных образцов аппаратуры ВС. Разработчик на основании заданных общих требований к ВС составляет полные технические требования, осуще-

265

Ствляет проектирование системы, ее изготовление и ис­ пытание.

Очевидно, что в ходе проектирования некоторой но­ вой ВС должен использоваться накопленный опыт по их созданию. Это тем более необходимо, поскольку зача­ стую в аппаратурном отношении новые системы пред­ ставляют в значительной степени новые комбинации уже известных, освоенных промышленностью и проверенных в эксплуатации элементов и лишь небольшое число эле­ ментов ВС являются радикально новыми конструкция­ ми. Это замечание в известной мере справедливо и в от­ ношении вопросов организации управления ВС, выбора дисциплины обслуживания требований (пользователей), организации технического обслуживания системы. В свя­ зи с этим в ходе проектирования ВС приходится зани­ маться экстраполированием и интерполированием имею­ щихся данных (полученных при эксплуатации подобных систем) с учетом новых и часто неизвестных обстоя­ тельств. По этой же причине отдельные этапы проекти­ рования системы, о которых речь идет ниже, могут от­ сутствовать или объединяться с другими этапами, т. е. последовательность проектирования ВС в каждом кон­ кретном случае может изменяться, уточняться в большей или меньшей степени.

При проектировании системы приходится удовлетво­ рять ряд требований, часть из которых может быть вза­ имно противоречивой. Поэтому должно быть найдено такое сочетание параметров системы и ее элементов, которое с точки зрения удовлетворения выбранным кри­ териям качества ВС является оптимальным или прием­ лемым. Сам процесс проектирования в этом случае при­ обретает итеративный характер.

Основными этапами создания сложной системы вооб­ ще и вычислительной системы, в частности, обычно явля­

4) разработка технического проекта; 5) создание опыт­ ного образца ВС; 6) проведение испытаний опытного образца; 7) изготовление головного образца системы и ввод его в эксплуатацию; 8) опытная эксплуатация и доработка головного образца; 9) выпуск и ввод в экс­ плуатацию серийных образцов; 10) модернизация си­ стемы.

266

В зависимости от того, в какой степени при проекти­ ровании ВС используются готовые или известные техни­ ческие и методологические решения, некоторые из этих этапов могут опускаться. Например, могут отсутствовать

кальной и дорогостоящей, создается один ее образец, который после испытаний, опытной эксплуатации и до­ работки принимается на постоянную эксплуатацию. Если проектируемая система не является уникальной, но достаточно дорогостояща, а на ввод в эксплуатацию се­ рийных образцов даются сжатые сроки, функции го­ ловного образца системы может выполнять опытный образец.

Ниже при изложении содержания этапов проектиро­ вания ВС принимается во внимание, что решение задач синтеза и анализа системы (поскольку, синтезируя си­ стему, приходится анализировать, оценивать промежу­ точные и окончательные варианты ВС) аналитическими методами в большинстве случаев невозможно. Задача синтеза ВС сводится к решению задач построения мате­ матических моделей системы по выбранным структур­ ным схемам, анализа этих моделей, оптимизации пара­ метров ВС по выбранным критериям качества. В мате­ матической модели оптимизации параметров системы присутствуют блоки анализа, оценки качества функцио­ нирования системы.

Остановимся на содержании отдельных этапов про­ ектирования ВС.

При разработке технических требований к системе:

1) определяется назначение системы и выбираются критерии ее эффективности, т. е. предъявляются требо­ вания к показателям качества системы, в наибольшей мере характеризующим степень соответствия ее своему назначению (выбор критериев эффективности наклады­ вает заметный отпечаток на все дальнейшее проектиро­ вание ВС);

2) устанавливается перечень задач, которые долж­ на решать система. По каждой задаче определяются па­ раметры, необходимые разработчикам системы (об ин­ формации, которая должна сопровождать каждую за­ дачу, см. ниже);

267

3 ) разрабатываются алгоритмы решаемых задач, что необходимо для постановки достаточно полных и точных требований к ВС;

4)определяются связи системы с источниками и по­ требителями информации: число каналов связи, их тип, пропускная способность, помехозащищенность;

5)предъявляются требования к техническим, конст­ руктивным и эксплуатационным параметрам системы.

По каждой задаче, решаемой на ВС, должны быть определены следующие характеристики:

1.Уровень приоритета задачи.

2.Допустимое время ожидания до начала решения

задачи от момента появления запроса на решение.

3.Допустимое время решения.

4.Ожидаемая частость решения задачи (плотность потока заявок на решение данной задачи) и закон рас­

пределения времени поступления запросов на ее решение.

5.Вид информации (аналоговая, дискретная), пред­ ставляющей собой исходные данные для решения за­ дачи.

6.Требуемая точность решения.

7.Допустимость потери информации (исходных дан­ ных, промежуточных результатов решения задачи) при поступлении запроса на решение задачи более высокого приоритета.

8.Возмущающие факторы, влияющие на решение за­ дачи (влияние помех в линиях связи при передаче исход­ ной информации или запроса, ошибки оператора или пользователя и др.).

9.Стабилизирующие факторы (возможность исправ­ ления и контроля информации).

10.Характеристики выходной информации, представ­ ляющей собой результаты решения задачи: вид ее пред­

3)разработка аппаратурно-программной системы управления (в первом приближении);

4)выбор дисциплины обслуживания заявок на реше­ ние задач;

268

5)определение мер по повышению надежности и точ­ ности решения задач;

6)разработка предложений по математическому обеспечению ВС;

7)предварительная оценка эффективности функцио­ нирования ВС выбранной структуры.

Для решения этих задач формализуется процесс функционирования системы выбранной структуры, со­ ставляется ее математическая модель, составляется и реализуется на универсальной ЦВМ моделирующий алгоритм.

Исследование системы на ее математической модели дает возможность получить информацию, на основе ко­ торой принимается далее решение о выборе наиболее рационального варианта системы.

Задачи эскизного проектирования ВС:

1)уточнение структурной схемы системы;

2)разработка структурных схем элементов системы, если эти элементы представляют собой радикально но­ вую конструкцию, или выбор типов элементов из числа имеющихся, если последние удовлетворяют поставлен­ ным требованиям;

3)разработка принципиальных схем отдельных узлов

иблоков ВС, построение макетов этих узлов и блоков, проведение экспериментальных исследований;

4) уточнение и детализация вопросов, связанных с построением аппаратурно-программной системы управ­ ления ВС, с организацией обслуживания, запросов на решение задач;

5)разработка и обоснование предложений по орга­ низации технического обслуживания системы;

6)разработка математического обеспечения системы

иотдельных ее машин (процессоров);

7)дальнейшая проработка вопросов по обеспечению необходимой надежности работы ВС и точности реше­ ния задач;

8)оценка эффективности функционирования ВС;

9)общая оценка эффективности системы с учетом затрат на ее проектирование, производство и эксплуата­ цию.

Решение ряда вопросов эскизного проектирования ВС производится, как и в случае аванпроектирования, пу­ тем исследования математической модели системы. Мо-

269