Инструменты системного проектирования системы сапр
Как и на других иерархических уровнях проектирования электронного оборудования на системном уровне основным видом инструментов, применяемых в процессе проектирования, является инструмент, позволяющий выполнить анализ проектных решений на основе моделирования.
Математические модели и методы анализа вычислительных систем строятся на теории массового обслуживания. Анализ заключается в определении выходных параметров вычислительных систем при заданных потоках задач, поступивших в систему. При этом как входные та и выходные параметры системы имеют статическую природу.
Основные понятия и определения
Элементы системы массового обслуживания делятся на 2 основных класса:
Объекты обслуживания
В вычислительных системах - это решаемые задачи, которые называются заявками, транзакциями или динамическими объектами.
Средства обслуживания
Это конкретные аппаратные и программные средства называемые обслуживающими аппаратами (ресурсы, каналы и другие статические объекты).
Задача анализа формулируется как задача определения выходных параметров или параметров вычислительной системы при заданных внутренних параметрах или параметров обслуживающих аппаратов и внешних параметров или параметров входных потоков заявок. Примерами выходных параметров вычислительных систем служат производительность, быстродействие, среднее, максимальное времена и вероятности обслуживания заявок. Средняя и максимальная длинна очередей заявок на входах обслуживающих аппаратов и др. Часто ставится задача отобразить возможные текущие состояния системы при заданных внутренних параметрах и процессах на входах.
Состояние системы характеризуется вектором переменных состояний (фазовые переменные). Каждое состояние определяет соответствующий обслуживающий аппарат. Обслуживающий аппарат может быть в одном из двух состояний: свободен или занят. Кроме того, фазовая переменная определяет длину очереди на входе обслуживающего аппарата. Фазовая переменная, связанная с заявкой на обслуживание, может принимать значение обслуживание или ожидание. Изменение значения любой фазовой переменной в системе массового обслуживания называется событием. Предполагается, что событие происходит мгновенно. Математические модели обслуживающих аппаратов и входных потоков заявок должны отражать поступление заявок на обслуживание и их выход из обслуживающих аппаратов.
Источник
заявок
Основные типы систем массового обслуживания
Одноканальная система массового обслуживания .
Характеризуется одним входным потоком заявок типа А, одним обслуживающим аппаратом типа В и одним выходом из такой системы.
Многоканальная система массового обслуживания.
Имеет один входной поток заявок, несколько обслуживающих аппаратов с одним законом обслуживания и, следовательно, столько выходов, сколько обслуживающих аппаратов.
Многофазная система массового обслуживания.
Имеет один вход и несколько последовательно включенных обслуживающих аппаратов и один выход.
Замкнутая система массового обслуживания.
Все заявки замкнуты в рамках системы массового обслуживания.
Сети отдельных систем массового обслуживания.
Правила, по которым заявки поступают из очереди заявок на обслуживание, называются дисциплиной обслуживания. Величина, определяющая преимущественное право на обслуживание, называется приоритетом. Дисциплины обслуживания могут быть безприоритетными и приоритетными.
Безприоритетная дисциплина соответствует случаю одинаковых приоритетов у всех заявок. Наиболее часто используется безприоритетная дисциплина FIFO, менее часто - дисциплинаLIFO.
В приоритетных дисциплинах на вход обслуживающих аппаратов образуются отдельные очереди для заявок с различными приоритетами. Заявки из привилегированных очередей обслуживаются раньше, чем из очередей с более низким приоритетом. При этом различают приоритеты абсолютные, относительные и динамические. Заявки с более высоким абсолютным приоритетом, поступая на вход занятого обслуживающего аппарата, прерывает обслуживание заявки с низким приоритетом. В случае относительных приоритетов, прерывание и обслуживание заявок не происходит. Динамическим называется тот приоритет, который может изменяться в процессе обработки заявки.
Аналитические имитационные модели
Совокупность явных зависимостей выходных параметров системы массового обслуживания (СМО) от внутренних и внешних параметров называется аналитической моделью.
Имитационная модель представляет собой алгоритм отображающий функционирование исследуемой системы во времени. Имитационная модель позволяет воспроизвести обслуживание в системе множества заявок при заданных статических сведениях о входных потоках заявок и ресурсах СМО. Обслуживание заявок происходит последовательно при их прохождении через отдельные элементы СМО.
При построении моделей обслуживающие аппараты отображаются в виде устройств и памятей.
Устройства - это одноканальная или многоканальная СМО, характеризующаяся законом распределения длительности обслуживания заявок и дисциплиной обслуживания. В отличии от устройства, память может одновременно обслуживать несколько заявок.
Наряду с устройствами и памятями в моделях СМО в качестве элементов используются источники заявок и узлы. Источники заявок могут быть зависимыми и независимыми. Узлы - это элементы, с помощью которых в модели отображаются пути прохождения заявок. Узлы позволяют имитировать разветвления, выход заявок из системы, изменение параметров заявок.