Введение. Метрическая теория ЭВМ и вычислительных систем

Метрическая теория ЭВМ и вычислительных систем

Методические указания к циклу лабораторных работ

по дисциплине

"Теоретические основы организации многопроцессорных комплексов и систем"

для студентов специальности 220100

Часть I. Лабораторные работы №1, 2, 3.

Курск 2003

Составитель А.П. Типикин

УДК 519.687

Рецензент доктор технических наук, профессор В.Э. Дрейзин

Метрическая теория ЭВМ и вычислительных систем: Методические указания к циклу лабораторных работ по дисциплине "Теоретические основы организации многопроцессорных комплексов и систем" для студентов специальности 220100. Часть I. Лаб. раб. №1,2,3/ Курск. государственный технический университет; Сост А.П. Типикин. Курск, 2003 – 37 с.

Излагаются методические основы четырех последовательно выполняемых на ЭВМ лабораторных работ, позволяющих получить практические навыки применения метрической теории вычислительных систем (ВС), математических методов программно-аналитического и имитационного моделирования для определения численных значений системной производительности ВС. Часть I посвящена определению вычислительной сложности алгоритмов входных заданий ВС, дисциплин их обслуживания, требуемого быстродействия процессора, оптимального числа процессоров и терминалов.

Предназначены для студентов специальности 220100.

Ил.5. Библиогр.: 7 назв.

Текст печатается в авторской редакции.

ЛР №020280 от 09.12.96 ПЛД №50-25 от 01.04.97.

Подписано в печать "Формат 60х84 1/16. Печать офсетная

Усл.печ.л. Уч.-изд.л. Тираж 50 экз. Заказ

Курский государственный технический университет.

Издательско-полиграфический центр Курского государственного технического университета.

305040 Курск, ул. 50 лет Октября, 94.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Данный цикл лабораторных работ предназначен для закрепления практических навыков применения ЭВМ в системотехническом проектировании ЭВМ и многопроцессорных вычислительных систем (ВС).

Системотехническое проектирование должно завершаться оценкой численных значений основных характеристик производительности ВС: пропускной способности, загрузки системы, среднего времени ответа, длин очередей заданий, вероятности потери заданий и профиля загрузки устройств ЭВМ. Значения названных характеристик используются для обоснования соответствия спроектированной системы требованиям технического задания и ее назначению, а также для выбора наиболее подходящего архитектурного класса и базовой структуры ВС в процессе ее системотехнического проектирования [1].

Методы оценки численных значений характеристик ВС являются предметом исследования метрической теории ВС. Они применяются в формализуемых подэтапах анализа и синтеза ВС в виде аналитических формул, математических моделей и имитационных моделей [1,2]. Искомые показатели производительности ВС представляют собой неслучайные характеристики дискретных случайных процессов функционирования ВС: математические ожидания и дисперсии случайных величин. Методы их оценки создаются на основе теории вероятностей, дискретных марковских случайных процессов и систем массового обслуживания (СМО). В конечном итоге численные значения характеристик отображают эффективность, качество и сравнительный уровень используемых при проектировании методов логической и структурной организации ЭВМ и вычислительных систем.

Аналитические методы и математическое моделирование обычно используются на начальных стадиях системотехнического проектирования при разработке технических предложений, уточнения технического задания и в начале эскизного проектирования. Здесь еще отсутствуют достаточно точные и достоверные исходные данные о параметрах системы и ее рабочей нагрузки, а метрические исследования ВС необходимы для получения ориентировочных сравнительных оценок, и поэтому большая погрешность аналитических методов, составляющая 25 … 40% [1], является допустимой.

Более точные оценки характеристик ВС получают на заключительных стадиях системотехнического проектирования в конце эскизного и начале технического проектирования методом имитационного моделирования [2].

Рассматриваемый цикл лабораторных работ охватывает аналитические методы и программно-аналитические модели для определения основных параметров рабочей нагрузки ВС, быстродействия процессора, дисциплины обслуживания входных заданий, важнейших параметров базовой структуры ВС: оптимального числа процессоров и терминалов; а также методику имитационного моделирования производительности ВС с точностью до воспроизведения трасс и профилей вычислительных процессов. Навыки использования аналитических методов приобретаются в результате многовариантных исследований на ЭВМ на программно-аналитических моделях "Алгоритм", "Выбор", "Канал", основанных на марковских графах и математических моделях одноочередных многоканальных СМО. Навыки имитационного моделирования ВС приобретаются путем статистического моделирования сетями СМО одного из типов современных ВС с помощью проблемно-ориентированного пакета моделирующих программ (ПМП) "Старт".

Тексты описаний каждой из лабораторных работ содержат методические указания по изучению теоретических основ используемых методов и краткую сводку основных аналитических формул и выражений в связи с их сложностью и отсутствием необходимой учебной литературы.

Лабораторная работа №1

Определение вычислительной сложности

алгоритма прикладной программы

1. Цель работы

Приобретение практических навыков определения с помощью ЭВМ основных параметров рабочей нагрузки ВС, создаваемой прикладной программой, и освоение методики подготовки исходных данных для программно-аналитической модели вычислительной сложности алгоритма.

2. Методические указания к построению марковской