МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный технический университет"

Кафедра "Вычислительная техника"

ПРОЕКТИРОВАНИЕ

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к курсовому проектированию

Самара 2001

Стадии проектирования вычислительных систем

Проектирование вычислительных систем (ВС) представляет собой процесс разработки конструкторской и программной документации, необходимой для производства и эксплуатации системы. Цель проектирования, назначение ВС, исходные данные и технические требования устанавливаются техническим заданием (ТЗ). Техническое задание должно содержать:

- перечень функций системы (основных прикладных задач), а в ряде случаев и описание рабочей нагрузки;

- состав и характеристики источников и приемников информации (устройств ввода-вывода), а также их территориальное размещение;

- требуемые значения характеристик ВС (производительность, стоимость, надежность, емкость памяти, габариты, энергопотребление);

- необходимые режимы обработки данных;

- условия эксплуатации и другие факторы.

В частности могут быть заданы архитектура системы (отдельная ЭВМ, комплекс, система с телекоммуникационным доступом или сеть), технические и программные средства и стадии проектирования.

Стадии проектирования определяются стандартами и включают в себя:

1) техническое предложение, которое является результатом проработки технического задания, патентных исследований и анализа возможных вариантов построения системы;

2) эскизный проект, определяющий структуру, режимы работы и основные параметры системы;

3) технический проект, представляющий собой совокупность документов, которые полностью описывают систему и содержат окончательное техническое решение;

4) рабочую конструкторскую документацию, на основании которой изготавливается и испытывается опытный образец системы.

В курсовом проекте должны быть выполнены первые три стадии. Техническое задание для проектирования выдается преподавателем. Варианты заданий приведены в приложении 1.

Определение рабочей нагрузки проектируемой системы

Задание на курсовой проект содержит неоднородное описание рабочей нагрузки, представленной пятью классами задач (см. Приложение 2). На начальных стадиях проектирования системы необходимо знать общий объем работ, который она должна выполнять. При этом неоднородное описание заменяется однородным, представленным характеристиками одного, усредненного класса задач. Эта операция выполняется следующим образом.

Пусть рабочая нагрузка образована M классами задач, поступающими в систему с интенсивностями ₁,₂, ...,_M. Задачи каждого класса требуют в среднем выполнения₁,₂, ...,_Mпроцессорных операций. Они работают с файламиF₁, F₂, ..., F_K, которые характеризуются длинойG₁, G₂, ..., G_Kи длиной блоков записейl₁, l₂, ..., l_K. Задача с номеромmобращается к файлу с номеромk d_mkраз. Если предполагается, что система будет иметь распределенную архитектуру (типа ВСТД или сети), то должна быть известна интенсивность обмена с удаленными источниками информации. Она может быть представлена числом обращений удаленных пользователей к задачам:q₁, q₂, ..., q_M. Кроме того, стандартами оговаривается длина пакета сообщенийZ.

Для получения однородного описания рабочей нагрузки определяют следующие характеристики средней задачи:

1) интенсивность поступления:

 = ,

2) доля задач класса m в общей смеси:

p_m=_m/,

3) трудоемкость процессорных операций:

 = ,

4) среднее число обращений к файлу F_k:

D_k=,

5. общее число обращений к файлам:

D =,

6) средняя длина блока записей файлов:

l _{ср бл}= ()/D,

7) при наличии удаленных источников информации (пользователей) – среднее число обращений этих источников к задаче:

Q =,

очевидно, что для сосредоточенных ВС (одной ЭВМ или комплекса) Q= 0;

8) среднее количество прерываний центрального процессора определяется с учетом того, что любая операция обращения к файлу F_kили к удаленному пользователю вызывает прерывание центрального процессора:

H_ЦПр =D + Q+ 1,

9) средняя трудоемкость (количество операций) непрерывного счета на процессоре:

₀=/H_ЦПр.

Вычисленные характеристики средней задачи используются для выбора базового варианта структуры ВС и его оптимизации на первых стадиях проектирования. При разработке технического проекта и рабочей документации возвращаются к исходному, неоднородному описанию рабочей нагрузки.