Устройство для моделирования вычислительных систем Советский патент 1986 года по МПК G06N7/08 

го

ю со

00

со Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для статистического моделирования широкого класса вычислительных систем, сопряженных с каналами связи, в частности, для моделирования главных и коммутационных ЭВМ в распределенных информационно-вычис лительных системах различного назначения , Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройст ва за счет моделирования работы вычислительных систем, сопряженных с каналами связи. На фиг,1 приведена схема устройс ва, на фиг.2 - вариант структурной схемы блока обслуживания заявок; на фиГсЗ - блок моделирования очереди; на фиг.4 - узел поиска свободных ка налов J на фиг.5 - управляемый регистр сдвига; на фиг,6 - блок синхр низации; на фиг.7 - пересчетная схе ма j на фиг.8 - блок приоритетов; на фиг.9 - коммутатор импульсов; на фиг.10 - блок счетчиков импульсов. Устройство содержит генераторы случайных потоков удаленных 1 и мес |(ых 2 заявок, первьш 3 и второй 4 блоки приоритетов, первый 5 и второ 6 коммутаторы импульсов, первый 7, четвертый 8, второй 9, третий 10, пятьй 11 элементы И, первый 12 и второй 13 генераторы случайного чис первый 14 и второй 15 блоки обслужи вания заявок, блок 16 синхронизации генератор 17 тактовых импульсов, блок 18 счетчиков импульсов. Блоки 14 и 15 обслуживания заяво выполнены в виде (фиг,2) совокупнос ти узлов 19 моделирования очереди, поиска свободных каналов 20, управляемого регистра 21 сдвига. Узел 19 моделирования очереди содержит (фиг.З) группу вычитающих счетчиков 22, группу блоков 23 элементов И, блок 24 элементов И и эле мент ИЛИ 25. Узел 20 поиска свободных каналов выполнен в В1ще (фиг.4) группы триггеров 26, первой 27, и второй 272 групп элементов И, элемента И-НЕ 28 и элемента ИЛИ 29. Управляемый регистр 21 сдвига выполнен в виде (фиг.5) триггеров 30, элементов И 31. Блок 16 синхронизации содержит ,(фиг,6) генератор 32 импульсов, пе92ресчетную схему 33,-триггер 34, триг гер 35, элемент ИЛИ 36, и элемент 37 задержки, переключатель 38. Пересчетная схема 33 содержит (фиг.7) счетчики 39 и 40, элемент И 41,- установочные входы 42. Блок приоритетов содержит (фиг.8) элемент И-НЕ 43, первый 44 и второй 45 элементы И, элемент 46 задержки и элемент ИЛИ 47. Коммутатор импульсов (фиг.9) содержит рег 1стры 48 и 49, блок 50 сравнения, генератор 51 равномерно распределенных случайных чисел, элементы И 52 и 53, элемент 54 задержБлок счетчиков импульсов (фиг.10) содержит управляемые генераторы 55 и 56 импульсов, суммирующие счетчики 57-65, реверсивные счетчики 66 и 67, узлы 68 и 69 индикации. На чертежах обозначены управляющие входы 70 и 71 устройства, входы и выходы блоков 72-100. Устройство может использоваться для моделирования вычислительных систем коллективного пользования, сопряженных с каналами связи, обслуживающих как местные, так и удаленные заявки. В таких системах задания на обработку поступают от местных пользователей, а также от удаленных по каналам связи. Задания от удаленных пользователей в распределенных информационно-вычислительных системах поступают в узел, где установлена ЭВМ. В зависимости от адресных признаков эти задания поступают на обработку в ЭВМ или же следуют транзитом в один из соседних узлов. Часть заданий, обработанных на ЭВМ, может вьщаваться местным пользователем и (на этом их история заканчивается. Другая часть после обработки передается с помощью канала связи удаленным пользователям. Вероятность, с которой производится выбор путем дальнейшего обслуживания заданий, поступающих в узел (каналы связи - блок коммутации - ЭВМ или каналы связи - блок коммутацияканал связи) и заданий, обслуженных на ЭВМ (ЭВМ-пользователь или ЭВМузел коммутации-канал связи), задаются с помощью входных шин 70 и 71 устройства (фиг.1). Назначение и нринцип действия от дельных блоков устройства определяе ся следующим, Моделирование процесса обслуживания заявок осуществляется с помощью блока обслуживания заявок. Устройство содержит два таких блока 14 и 15 (фиг.1). Узел моделирования очереди (фиг. состоит из вычитающих счетчиков, количество которых определяет макси мальное число заданий, которые могу одновременно находиться в системе. Узел 19 моделирует процесс обработки заданий. Очередные задания в виде случайных дв-оичных чисел, значение которых соответствует времени обработки задания, поступают по входам 75 на все блоки элементов И 23. Один из блоков элементов И 23 открывается сигналом, поступающим от узла 20 по одному из входов 81, и число записывается в соответствующий счетчик. Вычитающие входы счетчиков через бло элементов И 24, управляемый сигналами, поступающими по входам 79 из регистра 21 (фиг.2), соединены с входом 77. На этот вход из блока 16 через элемент И 10 поступают пачки импульсов, имитируюпщх кванты обслуживания.: Счетчики 22 содержат текущее значение оставшегося времени обработки задания. Когда обработка одного из заданий завершается, то соответствую щий счетчик 22 переходит в нулевое , состояние, при этом на его выходе по является импульс. Этот импульс выполняет следующее: по одному из выходов 82 поступает в узел 20 (фиг.2) и устанавливает соответствую щий триггер 26 (фиг.4) в состояние, при котором открыт элемент И 27д , через элемент ИЛИ 25 поступает на выход 76 и далее на вычитающий вход реверсивного счетчика 66J с выхода 76 импульс поступает в блок 16, прекращая поступление импульсов обслу живания в блок 14. Узел 20 поиска свободных каналов (фиг.4) вьтолняет следующие функции. При наличии хотя бы одного свободного канала блок 20 выдает сигнал откр1}Шающий элемент И 7. Состояние каналов (Свободен, Занят) моделируется триггерами 26 (фиг.4), которые последовательно устанавливаются в состояние Занят сигналами с вы39И 7 и в состояние Свохода элемента боден сигналами с выходов вычитающих счетчиков. По сигналу с выхода элемента И 7 осуществляется поиск свободного канала путем последовательного опроса элементов И 27. При наличии свободного канала генератор 12 вырабатывает случайное число, которое записывается в один из вычитающих счетчиков узла 19. Выбор счетчика осуществляется сигналом поступающим по одному из выходов группы выходов 81. Узел 20 вьщает сигналы .управления на управляемый регистр сдвига при занятости хотя бы одного канала на выход 72, открывающий элементы И 9 и 10. Регистр 21 сдвига (фиг.5) обеспечивает последовательное циклическое подключение заданий на обработку. Подключаются только задания занятых каналов. Если канал свободен или заблокирован, то соответствующие триггеры 26 (фиг.4) будут в состоянии 1, поэтому при сдвиге единицы в управляемом регистре сдвига с помощью элементов И 31 пропускаются все разряды, связанные со свободными каналами,, и единица попадает только в тот разряд, который связан с занятым каналом. Сигналы с единичных выходов триггеров 30 управляемого регистра поступают по выходам 79 в узел 19 и подключают на обработку задания соответствующих каналов с помопц ю блока элементов И 24. Блок синхронизации (фиг.6) вьщает на узел 19 моделирования очереди пачки импульсов: количество импульсов в пачке соответствует величине квантов обслуживания, последовательно выделяемых для обработки заданий в режиме разделения времени. Интервалы меаду пачками моделируют временные потери-на переключение программ. При работе в пакетном режиме блок вьщает непрерьшную последовательность импульсов на выход 99 и далее на один из входов элемента И 10. Выбор режимов (разделение времени, пакетный), осуществляется переключателем 38. Длительность кванта ( и временные потери на переключение программ & задаются с помощью пересчетной схемы 33. Коэффициент пересчета К счетчика 39 задает величину с , а коэффициент пересчета К счетчика 40 определяет величину S К - К. Триггер 35 вырабатывает сигнал, разрешающий выдачу импульсов обслуживания через элемент И 10 в блок 14. Триггер 35 устанавливается в состояние О, запрещая выдачу импульсов в течение интервалов о при работе в режиме разделения времени и на время переходных процессов при смене заданий. Это время определяется задержкой импульса, поступающего на вход 100 в элементе 37 задержки.

Обслуживание заявок буферным накопителем и каналами связи моделируется с помощью блока 15 обслуживания заявок, которьш по структурной схеме и принципу действия идентичен блоку 14. Управление БОЗ 15 осуществляется с помощью элемента И 11, который открывается на время обслуживния каналом очереди заявки. Частота генератора 17 выбирается пропорциональной быстродействию моделируемого канала связи. Количество вычитающих счетчиков в БОЗ 15 определяется количеством зон буферного накопителя моделируемой системы.

Блоки 3 и 4 приоритетов служат . для обеспечения более высокого приоритета в обслуяшвании заявки, поступающей по входу 84 (фиг.8), при одновременном поступлении заявок па входы 83 и 84. При одновременном поступлении заявок на входы 83 и 84 первой на выход поступает заявка с входа 84. Импульс запроса с входа 84 через элемент ИЛИ 47 без за.держки поступает на выход 85, Импульс запроса с входа 83 поступает на выход 85 с задержкой через элемент И 45, элемент 46 задержки, элемент ШШ 47.

Коммутаторы импульсов 5 и 6 (фиг.1) обеспечивают разделение, входного потока заявок, поступающих по входу 86, с заданной вероятностью на два потока, которые выдаются на выходы 87 и 88.

Импульс, имитирующий поступление очередной заявки с входа 86, поступает на элемент 54 задержки, на регистр 49 и генератор 51 чисел. Регистр 49 очищается, а генератор вьфабатывает случайное число X с равномерным распределением в интервале , которое записывается в очищенньш регистр 49. На блок

50 сравнения поступают два двоичных числа: с выходной шины 70(71) на регистр 48 и далее на блок 50 сравнения число Р, а с регистра 49 число X. Блок сравнения вьфабатывает один из сигналов S (it,4p) или S2 (), при этом открывается один из элементов И 52, И 53 поэтому импульс, задержанный элементом 54 задержки, проходит на один из выходов

87 или 88.

Блок 18 счетчиков Импульсов обеспечивает накопление и частичную обработку статистических данных, харак5 теризующих процесс функционирования моделируемой вычислительной системы, сопряженной с каналами связи.

В процессе моделирования накапливаются следующие данные в счетчиках:

0 57 - суммарное количество удаленных заявок, поступающих по каналам связи в узел; 58 - суммарное количество местных заявок; 59 - количество удаленных и местных заявок, обрабо5 танных вычислительной системой;

60 - количество удаленных и местных заявок, поступающих на обработку в вычислительную системуJ 61 - количество удаленных и местных заявок,

0 поступающих в каналообразующую аппаратуру для передачи, 62 - количество удаленных и местных заявок, обслуженных каналообразующей аппаратурой} 63 - суммарное время, затраченное

5 всеми заявками на их обработку в вычислительной системе; 64 - суммарное время, затраченное всеми заявками при их обслуживании каналом связи5 65 - количество удаленных и местных

0 заявок, обслуживание которых завершено в данном узле.

Г

Реверсивные счетчики 66 и. 67 в процессе моделирования содержат.текущее число заявок, обслуживаемых вычислительной системой и каналом связи соответственно. Узлы 68 и 69 Индикации служат для визуального kaблюдeния за динамикой изменения Ьчёреди и определения ее вероятностных характеристик.

Управляемые генераторы 55 и 56 вырабатьшают импульсы с частотой,еле дования, определяющей точность измерения интервалов времени прибьшания 5 заявок в системе. Импульсы с генераторов 55 и 56 поступают в счетчики 63 и 64, в которых накапливаются значения суммарного времени пребьтания заявок в вычислительной системе и в системе передачи данных. Устройство работает следующим о разом. Генератор 1 вырабатывает импуль имитирующие появление удаленных за вок, поступающих по каналам связи в случайные моменты времени в узел сети ЭВМ, где установлена моделиру мая вычислительная система. Общее число удаленных заявок подсчитывается счетчиком 57. Поток удаленных заявок в коммутаторе 5 разделяется на два потока: часть заявок с вероятностью Р, задаваемой с помощью входной шины 70, поступает на обработку в вычислительную систему другая часть с вероятностью 1-Р сле дует транзитом через блок 4 приоритетов на блоки устройства, моделирующие процесс обслуживания заявок каналом связи. Генератор 2 вырабатывает импульс имитирующие появление местных заявок, т.е. заданий пользователей, непосредственно взаимодействующих с вычислительной системой с помощью терминальных устройств. Общее число местньк заявок подсчитывается счетч ком 58. Импульсы, имитирующие удаленные ,и местные заявки, через блок 3 прио ритетов поступают на вход элемента И 7 и на вход счетчика 60, который подсчитывает число заявок, поступив ших на вход моделируемой вычислител ной системы. При наличии свободных каналов ввода элемент И 7 будет открыт и импульс поступает на суммиру щий вход реверсивного счетчика 66 и на вход генератора 12. Генератор 12 вьфабатывает случайное число, им тирующее поступление в систему зада ния, время обработки которого пропорционально этому случайному числу Число таких заданий подсчитьшается счетчиком 59. После обработки каждого задания в блоке 14 обслуживания заявок на его выходе появляются импульсы, которые поступают на вычитающий вход реверсивного счетчика 66. Таким образом, реверсивный счетчик 66 в любой момент времени содержит число равное числу заданий, обрабатываемых в данный момент вычислительной систе мой . 339 8 Поток импульсов с выхода блока 14 обслуживания заявок поступает также на коммутатор 6 импульсов, где с вероятностью |, заданной с помощью входной шины 71, поток разделяется: заявки, обслуживание которых завершается в вычислительной системе, подсчитываются счетчиком 65, а заявки, которые после обработки в вычислителтюй системе передаются удаленным пользователем по каналам связи, поступают на блок 4 приоритетов, С выхода блока 4 приоритеТов заявки поступают на вход суммирующего счетчика 61, подсчитывающего общее число заявок, поступивших для передачи по каналу связи. При наличии свободной зоны буферного накопителя злемент И 8 открыт и заявка поступает на генератор 13, в блок 15 обслуживания заявок, в счетчик 62, который подсчитывает общее число заявок, поступивших на обслуживание в каналообразующую аппаратуру, а также на суммирующий вход реверсивного счетчика 67. Процесс обслуживания заявок каналообразующей аппаратурой моделируется блоком 15 обслуживания заявок. В этот блок по входу 77 через элемент И 11 поступают импульсы от генератора 17. Частота генератора 17 выбирается в зависимости от быстродействия моделирующего канала связи. Элемент И 11 открыт, если в буферном накопителе будет хотя бы одна заявка. Зоны моделируемого буферного накопителя имитируются вычитающими счетчиками 22 (фиг.З). Процесс передачи очередной заявки каналом связи мо- делируется путем подачи импульсов от генератора 17 через элемент И 11 на вычитающие входы одного из счетчиков 22. Завершение передачи наступает при установке вычитающего счетчика на нуль, при этом на выходе 76 блока 15 появляется импульс, который запрещает генерацию импульсов генератором 17 на время переходных процессов при смене обслуживаемой заявки блоке 15. Этот же импульс по вхоу 78 обеспечивает сдвиг единицы в правляемом регистре 30 сдвига (фиг.5), при этом к генератору 17 одключается очередной вьгчитающий четчик 22 и начинается процесс обсуживания новой заявки. Все импульсы 912 появляющиеся на выходе 76 блока 15, подаются на вычитающий вход реверсивного счетчика 67, который содержит текущее значение заявок, обслуживаемых каналообразующей аппаратурой. Формула изобретения Устройство для моделирования вычислительных систем, содержащее генератор случайного потока местных заявок, первьш, второй и третий элементы И, первый генератор случайного числа блок счетчиков импульсов и первый блок обслуйсивания заявок, состояний из узла поиска свободных каналов, управляемого регистра сдвига и узла моделирования очереди состоящего из группы, вычитающих счетчиков импульсов блока элементов И, группы блоков эле-20

ментов И и элемента Ш1Е, входы которого подключены соответственно к выходам обнуления вычитающих счетчиков группы, вычитающие входы которых соединены соответственно с выходами блока элементов И, выходы каждого блока элементов И группы подключены к разрядным входам соответствующего вычитающего счетчика импульсов группы, узел поиска свободных каналов содержит элемент И-НЕ, элемент ИЛИ, группу триггеров и две группы элементов И, прямые выходы триггеров группы подключены соответственно к первым входам элементов И первой группы и входам элементов И-НЕ и ИЛИ, инверсные выходы триггеров группы подключены соответственно к первым входам элементов И второй группы, вторые входы К-х элементов И первой и второй групп подключены к выходу (К-1)го элемента I-l первой группы (, М), выходы элементов И второй группы узла поиска свободных каналов соединены соответственно с первыми входами триггеров группы узла поиска свободных каналов и с управляющими входами блоков элементов И группы узла моделирования очереди, выходы обнуления вычитающих счетчиков импульсов которого подключены соответственно к вторьп входам триггеров группы узла поиска свободных каналов, выход элемента И-НЕ которого подключен к первому входу первого элеме.нта И устройства, а выход элемента ИЛИ узла поиска свободных каналов соединен с первыми входами второго и третьего

поиска свободных каналов, выходы первого генератора случайного числа

соединены соответственно с информационными входами блоков элементов И

группы узла моделирования очереди, выход элемента ИЛИ которого подключен к второму информационному входу блока счетчиков импульсов и входу запуска блока синхронизации, первый

выход которого соединен с вторым входом второго элемента И устройства, а второй и третий выходы подключены соответственно к второму и третьему входам третьего элемента И устройства, выход генератора случайного потока местных заявок подключен к. третьему информационному входу блока счетчиков импульсов, отличающееся тем, что, с целью расши(рения функциональных возможностей

|за счет моделирования работы вычисли гельных систем, сопряженных с каналами связи, оно дополнительно содержит генератор случайного потока удаленных заявок, два коммутатора импульсов второй генератор случайного числа, четвертый и пятьш элементы И, второй блок обслуживания заявок, генератор тактовых импульсов и два блока приоритета, каждьй из которых содержит элемент И-НЕ, элемент ИЛИ, элемент задержки и два элемента И, выходы первого и второго элементов И соединены соответственно с первым входом элемента ИШi и входом элемента задержки, выход которого подключен к второму входу элемента ИЛИ, а выход элемента -И-НЕ блока приоритетов соединен 9 элементов И устройства, выходы триггеров группы узла поиска свободных каналов соединены соответственно с разрядными входами управляемого регистра сдвига, вход сдвига которого .подключен к выходу второго элемента И устройства, а разрядные выходы управляемого регистра сдвига соединены соответственно с управляющими входами блока элементов И узла моделирования очереди, информационньй вход блока элементов И узла моделирования очереди соединен с выходом третьего элемента И устройства, выход первого элемента И подключен к первому информационному входу блока счетчиков импульсов, входу запуска первого генератора случайного числа и вторым входам первых элементов И первой и второй групп узла с первым входом первого элемента И блока приоритетов, причем выход генератора случайного потока местных заявок соединен с первым входом элемента И-НЕ, вторым входом первого и nepBbiM входом второго элементов И первого блока приоритетов, выход элемента ИЖ которого подключен к четвертому информационному входу бло ка счетчиков и второму входу первого элемента И устройства, выход генератора случайного потока удаленных зая БОК соединен с пятым информационным входом блока счетчиков импульсов и информационным входом первого коммутатора импульсов, первый выход которого подключен к вторым входам элемента И-НЕ и второго элемента И и третьему входу элемента ИЛИ первого блока приоритета, а второй выход пер вого коммутатора импульсов соединен с вторыми входами элемента И-НЕ и второго элемента И и третьим входом элемента ИЛИ второго блока приоритетов, выход элемента ИЛИ которого сое динен с шестым информационным входом рлока счетчиков импульсов и первым эходом четвертого элемента И устройртва, выход которого подключен к седьмому информационному входу блока счетчиков импульсов, входу запуска второго генератора случайного числа и вторым входом первых элементов И первой и второй групп узла поиска свободных каналов второго блока обслуживания, выходы элементов И-НЕ и ИЛИ узла поиска свободных каналов 9- 12 второго блока обслуживания заявок соединены соответственно с вторым входом четвертого элемента И устройства и первым входом пятого элемента И устройства, выход которого подключен к информационному входу блока элементов И узла моделирования очереди второго блока обслуживания заявок, информационные входы блоков элементов И группы узла моделирования очереди которого подключены соответственно к выходам второго генератора случайного числа, а выход элемента ИЛИ узла моделирования очереди второго блокаЪбслуживания заявок соединен с восьмым информационным входом блока счетчиков импульсов, входу сдвига управляемого регистра сдвига второго блока обслуживания заявок и входу запуска генератора тактовых импульсов, выход которого подключен к второму входу пятого элемента И устройства, выход элемента ИЛИ узла моделирования очереди первого блока обслуживания заявок подключен к информационному входу второго коммутатора импульсов, первый выход которого соединен с девятым информационным входом блока счетчиков импульсов, а второй выход второго коммутатора импульсов соединен с первыми входами элемента И-НЕ и второго элемента И и вторым входом первого элемента И второго блока приоритета, управляющие входы первого HBTQporo коммутаторов импульсов являются соответственно первыми вторым управляющими входами устройства,

IJБдз

78

I

77

Изобретение относится к вычислительной технике и моЖет быть использовано для статистического моделирования работы вычислительных систем. Цель изобретения - распшрение функциональных возможностей за счет моделирования работы вычислительных систем, сопряженных с каналами связи. Устройство содержит генераторы случайного потока удаленных и местных заявок, блоки приоритетов, коммутаторы импульсов, блоки обслуживания заявок, генераторы случайного числа, генератор тактовых импульсов-, блок счетчиков импульсов, блок синхронизации, элементы И. 10 ил.

76

75 Фиг.З

7374

81

82

Фиг. 5

Фиг.7

Фиг,в

ТОСП)