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

Таким образом, в таких ВС реализуется режим па­ кетной обработки, представляющий собой способ орга­ низации решения задач в системе, при котором вся не­ обходимая информация сообщается перед началом ре­ шения, а в ходе решения задач вмешательство потреби­

вана форма обслуживания, при которой возможен по­ стоянный и одновременный доступ нескольких независи­ мых абонентов к одной ВС. Каждый абонент имеет в своем распоряжении собственные средства связи с си­ стемой, с помощью которых он может обращаться к ВС в любой момент времени. При одновременном обраще­ нии нескольких абонентов система реагирует на их запросы с задержкой времени, которая с точки зрения каждого абонента представляется такой же, как и при индивидуальном пользовании, что вытекает из факта несоответствия скоростей реакции человека и современ­ ных ВС.

Таким образом, в СРВ реализуется так называемый

своих задач непосредственный, постоянный и одновре­ менный доступ к центральным вычислительным сред­ ствам системы и ее запоминающим устройствам.

В отличие от систем с пакетной обработкой, системы с разделением времени требуют дополнительного обору­ дования для оперативной связи с абонентами и соблюде­ ния определенных временных соотношений между мо­ ментами запросов абонентов и реакции ВС на эти за­ просы.

Системы с разделением времени сочетают эффектив­ ное использование возможностей ЦВМ с предоставле­ нием человеку удобств индивидуального пользования, поэтому они представляют собой наиболее совершенную

20

Основные особенности систем, работающих в опера­ тивном временном режиме: 1) такие системы обычно предназначены для работы в реальном масштабе време­ ни, для них характерна высокая степень автоматизации

процесс вычислений; 2) емкость оперативной памяти достаточно большая, внешние накопители информации играют сравнительно небольшую роль.

В системах, работающих в неоперативном времен­ ном режиме, роль человека значительно выше. Его вме­ шательство может быть связано с прерыванием процес­ са обработки информации. Повышается роль различных устройств документирования и регистрации информации, устройств отображения, пультов запроса и т. д. Внеш­ ние ЗУ имеют большую емкость.

Имеются и другие признаки, по которым можно клас­ сифицировать ВС, например принцип действия ЭВМ си­ стемы (цифровые и аналого-цифровые ВС), наличие или отсутствие общей оперативной памяти (системы с общей памятью и системы без общей памяти) и т. д.

1-2. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ВС. ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМ

Принадлежность вычислительной системы к тому или иному типу в соответствии с указанными выше клас­ сификационными признаками во многом определяет ее свойства. Например, система «Минск-222», построенная на базе ЦВМ «Минск-22», в соответствии с этими при­ знаками является универсальной, многомашинной, циф­ ровой, однородной, с централизованно-децентрализован­ ным управлением (машина-директор отсутствует, но ее функции может выполнять любая машина системы, в то же время машины системы могут использоваться авто­ номно), с плавающим закреплением вычислительных функций (иначе такая система называется равновесной в том смысле, что все ее машины с точки зрения вы­ полняемых функций равноправны, имеют одинаковый вес), совмещенного типа, с переменной структурой (по­

скольку программным способом осуществляется изме-

21

нение числа машин системы, функционирующих в режи­ ме взаимодействия, а также разбиение системы на под­ системы, каждая из которых объединяет две машины или больше), без общей оперативной памяти. Что ка­ сается временного режима работы, то система «Минск-222» не обладает ярко выраженными свойства­

эффективная. Номинальная производительность систе­

Эффективная производительность системы Пэ (эффек­ тивное быстродействие ВС) оценивается суммой эффек­

Под эффективным быстродействием машины пони­ мается такое ее быстродействие, которое определяется числом приведенных операций, выполняемых машиной в единицу времени с учетом всех потерь времени: на ввод и вывод информации, на обнаружение и устранение от­ казов, на устранение последствий сбоев и отказов, на контроль достоверности результатов вычислений, на об­ мен информацией между оперативной (ОЗУ) и внешней памятью (ВЗУ) в процессе решения задач.

В зависимости от производительности системы будет то или иное время на реализацию заданного набора за­ дач Гд.н.3 (на выполнение вычислительных работ). Это время является одним из наиболее важных показателей качества функционирования системы. Более того, величи-

22

ством параметров, характеризующих систему, ее эле­ менты, условия эксплуатации, реализуемые алгоритмы.

2. Достоверность информации, получающейся на вы­ ходе системы в результате реализации заданного набора задач. Достоверность может оцениваться вероятностью того, что в выходной информации системы, представляю­ щей собой результаты решения задачи, не содержится ошибки. Показатель достоверности, как и величина Тз.п.3, относится к категории обобщенных показателей ка­ чества функционирования системы. Он также носит си­ стемный характер, так как ошибки в выходной информа­ ции складываются из обычных ошибок, возникающих в ЭВМ при выполнении вычислений, и ошибок, появляю­ щихся при передаче информации по каналам связи меж­ ду машинами ВС, при сопряжении между собой машин с различными техническими параметрами, такими, как разрядность и форма представления чисел. Кроме того, при последовательной информационной связи между ма­ шинами системы выходные ошибки предыдущей машины

нять свои свойства при заданных условиях работы в те­ чение определенного промежутка времени.

Количественной оценкой надежности более или менее простых вычислительных систем, содержащих элементы,

условиях эксплуатации; 2) Тс — наработка на отказ си­ стемы; 3) Гв.о — среднее время восстановления системы.

Необходимо подчеркнуть, что эти показатели имеют смысл именно для сравнительно простых систем, по от­ ношению к которым применимо понятие «отказ».

Для многих более сложных вычислительных систем понятие «отказ системы» не имеет смысла. В таких си­ стемах отказы отдельных элементов приводят лишь к не­ которому снижению их эффективности, а не к полной по­ тере работоспособности ВС в целом. Например, в мно­ гоканальной вычислительной системе (каждый канал в такой ВС представлен отдельной ЦВМ), рассматри­ ваемой как система массового обслуживания, отказы от­ дельных каналов лишь изменяют в худшую сторону по-

23

казатели, характеризующие качество функционирования ВС.

В качестве показателя надежности сложной вычисли­ тельной системы могут быть использованы [Л. 3]:

1) коэффициент снижения эффективности системы

показывающий, какую часть эффективность реальной си­ стемы W составляет от эффективности идеальной (в смыс­ ле надежности) системы Wq;

2)величина разности

показывающая, насколько снижается эффективность ВС вследствие отказов ее элементов по сравнению с эффек­ тивностью идеальной системы, элементы которой абсо­ лютно надежны.

Величины Kw и AW0 дают полное представление о влиянии параметров надежности элементов системы на эффективность ее функционирования. Так, если значение Kw достаточно велико или разность AW0 достаточно ма­ ла, отказы элементов системы слабо влияют на ее эф­ фективность и поэтому могут оказаться нецелесообраз­ ными меры повышения надежности элементов ВС, по­ скольку они не оправдают произведенных затрат. При малом значении Kw или достаточно большой разности AW0 такие меры необходимы, особенно в отношении эле­ ментов, отказы которых в наибольшей степени влияют на

системы сохранять свои свойства в течение определенно­ го промежутка времени в условиях действия помех с за­ данными характеристиками.

Количественная оценка помехозащищенности ВС мо­ жет осуществляться с помощью следующих показателей:

1) коэффициента помехозащищенности системы

показывающего, какую часть значение показателя эф­ фективности системы, функционирующей в условиях дей­ ствия помех с заданными характеристиками WN, состав-

24

ляет от значения показателя эффективности системы, функционирующей в условиях Wo, когда помехи отсут­ ствуют;

2) абсолютной величины разности

показывающей, насколько изменяется эффективность ВС под влиянием помех с заданными характеристиками.

5. Готовность системы — это свойство, характеризую­ щее качество и быстроту выполнения операций по подго­ товке системы к применению. В число подготовительных операций могут входить включение элементов системы, измерение некоторых параметров системы, решение те­

в готовность к выполнению своих функций за время, не превышающее допустимого т,

где t r — время выполнения всех подготовительных опера­ ций на заданном уровне;

экономичность ВС может оцениваться с помощью пока­

затрат на разработку, создание и эксплуатацию системы. Величина Сэ существенно зависит от производительно­ сти ВС, получаемой из соотношений (1-1) и (1-2).

Таким образом, для характеристики и оценки вычис­ лительных систем могут использоваться следующие по­ казатели: универсальность, однородность, уровень цен­ трализации управления системой, возможность работы в различных режимах, возможность работы в реальном масштабе времени, степень территориальной разобщен­ ности машин в системе, постоянство структуры системы, наличие общей оперативной памяти, адаптивность, эко­ номичность, производительность, достоверность результа­ тов решения задач, надежность, 'помехозащищенность, готовность.

25

Влияние /-го фактора на /-е качество системы может быть оценено с помощью коэффициента [Л. 7]

где РІ — показатель /-го качества системы, вычисленный без учета влияния /-го фактора; — показатель /-го качества, вычисленный с учетом влияния /-го фактора.

Наиболее полно качество функционирования вычис­ лительной системы, степень соответствия ее своему на­ значению оценивается с помощью показателей эффек­

бований (или множество параметров алгоритмов решае­ мых задач); L c — множество параметров системы; L a — множество параметров элементов системы; L y — множе­ ство параметров, характеризующих условия функциони­ рования ВС, влияние внешних факторов на процесс функционирования.

Основные требования, предъявляемые к показателям эффективности ВС: они должны выбираться исходя из интересов тех задач, которые решаются системой, т. е. они действительно должны количественно отражать сте­ пень соответствия системы своему назначению; они дол­

щими четкий физический смысл; они должны быть эф­ фективными в статистическом смысле, т. е. должны иметь сравнительно небольшую дисперсию; если ВС является подсистемой более сложной системы, то ее показатель эффективности должен рассматриваться как аргумент показателя эффективности этой сложной системы; пока­ затели эффективности (если их выбор производится еще на этапе проектирования системы определенного назна­ чения) должны обеспечивать относительную свободу вы­ бора технических решений в рамках предъявленных тре­ бований.

Обычно не удается установить какой-то один доста­ точно общий показатель эффективности ВС, который бы удовлетворял этим требованиям. В связи с этим возни­ кает проблема множественности показателей эффектив-

26

ний за тот же интервал; коэффициент задержки в обслу­ живании требований — это отношение среднего времени, затрачиваемого на обслуживание требования (на реше­ ние задачи, соответствующей этому требованию), к сред­ нему времени пребывания требования в системе.

Важное значение имеют и другие показатели, кото­ рые могут использоваться в качестве частных показате­ лей эффективности ВС. К ним относятся: абсолютная пропускная способность (среднее число требований, об­ служиваемых системой в единицу времени), время ожи­ дания начала обслуживания и закон распределения это­ го времени, длина очереди требований, задаваемая за­ коном распределения длины очереди, коэффициент за­ грузки системы (отношение времени занятости системы обслуживанием требований в некоторый период испыта­ ния Г и к разности Ги —Ти ,в , где Гн .в — непроизводитель­ ное время, расходуемое на профилактическое обслужива­ ние ВС, на проведение функционального контроля, на восстановление ВС после отказов) и др.

1-3. СТРУКТУРЫ МНОГОМАШИННЫХ ВС С ПАКЕТНОЙ ОБРАБОТКОЙ

Основными факторами, оказывающими влияние на структуру многомашинных ВС, являются следующие: способ объединения машин в системе или способ обмена информацией между машинами (через общую оператив­ ную память ВС, через коммутатор, через автономную оперативную память машин); принятый уровень центра­ лизации управления ВС; назначение и характер решае­ мых задач (поскольку в зависимости от этого системы будут универсальными или специализированными, отли­ чающимися по своей структуре в той или иной степени).

В настоящее время распространенным является ва­ риант структуры ВС с общей оперативной памятью ООП и общими внешними запоминающими устройствами (рис. 1-2). В таких системах программы решаемых за­ дач, исходная информация и промежуточные данные хра­ нятся в общей системной памяти ООП и ВЗУ, которая доступна всем ЦВМ ВС. Обмен информацией между ма­ шинами осуществляется через ООП. Вычислительные системы с общей памятью могут быть как централизо­ ванными, так и децентрализованными. Обычно они явля­ ются системами совмещенного типа.

28

На рис. 1-3 приведен пример структуры децентрали­ зованной ВС без общих запоминающих устройств. ЦВМ в системе связаны по принципу «каждая с каждой». Каждая машина ВС имеет свои автономные средства для хранения информации — ОЗУ и ВЗУ. Обмен инфор-

мациеи между машинами осуществляется через автоном­ ную оперативную память ЦВМ. Такие системы могут быть как совмещенного, так и разобщенного типа.

Более совершенная структура системы приведена на

сколько уровней управления, в данном случае два уров­ ня. На нижнем (первом) уровне функции управления сосредоточены в управляющих ЦВМ вычислительных си­ стем ВС-1, ВС-2, ВС-3, каждая из которых объединяет

29