Основы теории вычислительных систем Конспект лекций

Лекция №1 2

ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ КУРСА 2

СОСТАВ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ СОД 3

Лекция №2 4

ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ СОД 4

Лекция №3 7

РЕЖИМЫ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ 7

СИСТЕМЫ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ 8

Конвейерная обработка 9

Конвейер операций 9

Конвейер команд 9

Лекция №4 10

Классификация систем параллельной обработки. 10

Система класса ОКОД 10

МКОД 10

ОКМД 10

МКМД 10

СИСТЕМЫ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ. 11

Потоки событий 11

Лекция №5 12

Порядок функционирования систем реального времени используемые для управления техническими объектами. 12

Дисциплина обслуживания заявок со смешанными приоритетами. 13

Лекция №6 14

Обслуживание заявок в групповом режиме. 14

Смешанный режим обслуживания. 15

Диспетчирование на основе динамических приоритетов. 15

Классы систем реального времени 15

Лекция №6 17

Оценка начального быстродействия процессора 17

Задача назначения приоритетов по заявкам 17

Критерии выбора дисциплины обслуживания 18

Задача выбора 19

Порядок синтеза систем реального времени 19

Лекция №7 20

МНОГОПРОЦЕССОРНЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ 20

Лекция №8 22

Характеристики МПВК с общей памятью 22

Характеристики МПВК с индивидуальной памятью. 23

Лекция №9 25

Сравнение МПВК с общей памятью и индивидуальной памятью. 25

МВК с двухуровневой памятью. 25

Лекция №10 26

Многомашинные ВК. 26

Сателлитные ММВК. 28

Лекция №11 28

Особенности организации вычислительных процессов в многомашинных и многопроцессорных ВК. 28

ЗАДАЧА ИДЕНТИФИКАЦИИ И МОДЕЛИРОВАНИЯ ВС. 29

Задача идентификации. 29

Лекция №12 30

Принципы построения и свойства моделей. 30

Марковские модели в теории вычислительных систем. 31

Лекция №13 33

Статистические методы для построения моделей ВС. 33

Методы регрессионного анализа. 33

Имитационные методы моделирования. 33

Аналитические и экспериментальные методы. 34

Экспериментальные методы. 34

Лекция №14 34

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ И ОЦЕНКИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ВС. 34

Универсальные и специальные мониторы. 35

Программные мониторы. 35

Аппаратные мониторы. 36

Лекция №15 37

НЕКОТОРЫЕ ВАРИАНТЫ ПОСТРОЕНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ. 37

Матричные системы. 37

Ассоциативные системы. 38

Однородные системы и среды. 39

Функционально распределённые системы. 39

Системы с перестраиваемой структурой. 39

Лекция №16 40

КОНТРОЛЬ ПРАВИЛЬНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ В ВМ И СИСТЕМАХ. 40

Контроль правильности передачи данных. 41

Итеративные коды 42

Сверточное кодирование 42

Равновесные коды 42

Лекция №17 44

Система диагностирования ВС. 44

Особенности программных изделий как объектов тестирования 45

Общие принципы подхода к тестированию ПИ 46

Лекция №1 предмет и задачи курса

Теория вычислительных систем (ВС) рассматривает методы построения и эксплуатации ВС. Под термином «ВС» понимается как ВС, так и информационная система, так и управляющая система.

Под средствами вычислительной техники могут пониматься вычислительные машины, вычислительные комплексы, многопроцессорные вычислительные комплексы, построенные на базе нескольких процессоров, либо объединение ВС в сети.

Основной компонент построения ВС и основным элементом анализа теории ВС является система обработки данных (СОД)

СОД – совокупность аппаратных и программных средств, предназначенных для информационного обслуживания пользователей. В качестве пользователя может выступать как одушевленный предмет, так и неодушевленный (техническая система).

Для того, чтобы создать некоторую ВС, ядром которой будет СОД, необходимо провести адаптацию СОД для выполнения определенного круга задач.

Проблема адаптации является одной из ключевых в построении ВС.

2 направления адаптации:

1. адаптация систем, построенных на универсальных вычислительных средствах с применением прикладного ПО;

2. адаптация систем, построенных на универсальных вычислительных средствах с применением специализированного ПО.

Характерной чертой теории ВС является представление системы, как совокупности ее составляющих частей с тесной взаимосвязью между собой и внешней средой. Поведение этой системы обуславливается взаимодействием всех свойств системы (производительность, надежность, стоимость).

Вторая существенная особенность – рассматривается технические и программные средства, как единое целое. При таком подходе глубина рассмотрения составных элементов системы должна быть ограниченной. Это позволяет сделать системно-технический подход используемым для построения теории ВС.

Теория ВС состоит из:

1. архитектура систем;

2. метрическая теория систем.

Первый раздел изучает архитектуру, как общую, логическую организацию системы. Логическая организация определяет методы и режимы обработки данных, а также протоколы взаимодействия аппаратных и программных средств. Исследования в этой области направлены на выявление способов построения систем с заданными свойствами.

Метрическая теории направлена на количественную оценку показателей, характеризующих организацию и функционирование системы. Здесь исследуется влияние организации системы на ее характеристики. В рамках этой же теории может решаться вопрос о выборе оптимальных характерных устройств, входящих в состав системы.