Устройство для моделирования работы вычислительной системы Советский патент 1992 года по МПК G06F15/20 

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может быть использовано для определения совместимых режимов работы информационно-вычислительных комплексов вычислительных систем, автоматизированных систем управления и обучения вуза.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет осуществления выбора совместимого режима работ вычислительной системы, в наибольшей степени удовлетворяющего характеру задач входящего потока.

На чертеже приведена функциональная схема устройства.

Устройство содержит источник 1 напряжения, группу 2 ключей, четырнадцать элементов ИЛИ 3 первой группы, шесть элементов И 4 первой группы, индикаторы 5-10, элементы ИЛИ 11 второй группы, элементы ИЛИ-НЕ 12, элементы И 13 второй группы.

Практика эксплуатации ИВК вычислительных систем позволяет ввести в рассмотрение следующие свойства - признаки задач: квантованность, масштаб времени, детерминированность, важность,восстанав- ливаемость информационных массивов и стационарность к информационным массивам. При этом каждому из признаков в зависимости от характера задач можно поставить в соответствие одну из трех характеристик. Например, по квантованное™ (): задачи с естественным квантованием; задачи смешанного квантования; неквантованные задачи.

Задачи естественного квантования связаны с такими физическими процессами, ко- торые предусматривают поэтапное выполнение одинаковых по содержанию действий, причем соседние этапы могут разделяться временными промежутками. Таким задачам представляется объективная возможность организации решения неfe

М

скольких задач на однопроцессорной ЭВМ и к ним относятся задачи диалога: ввод информации с дисплея, редактирование текста программ и т.д.

Неквантованные-задачи характеризу- ются тем, что они могут быть решены в виде единого акта, не требуя по собственной инициативе прерывания вычислительного процесса. К таким задачам относятся такие, как трансляция. Задачи, в которых вычисли- тельный процесс может прерываться на некоторые промежутки времени по инициативе алгоритма самой задачи или оператора, ведущего задачу, являются задачами со смешанным квантованием, К этому виду, например, относится задача долгосрочного планирования,задачи с использованием системы управления базой данных (СУБД), когда информация размещена на нескольких магнитных дисках.

По виду масштаба времени (): задачи реального масштаба времени; задачи существенно ограниченного ожидания; задачи слабо ограниченного ожидания.

Задачи реального масштаба времени предполагают, что управляющие воздействия вычисляются и выдаются не позже, чем того требует физическая сущность сохранения системой своей траектории, позволяющей достигнуть требуемой цели.

Задачи с-существенно ограниченным ожиданием допускают временные сдвиги моментов получения результатов. Примером данного типа задач могут служить задачи, обеспечивающие общение операторов и должностных лиц АСУ. Задачи слабо ограниченного ожидания некритичны к существенным перемещениям во времени моментов постановки их на решение и должны решаться в приемлемые сроки.

По степени детерминированности (): детерминированные задачи; ограниченно детерминированные задачи; случайные задачи.

Для детерминированных задач имеется принципиальная возможность точно планировать во времени моменты их постановки на решение. Ограничения детерминированности означает, что можно планировать поступление задач с некоторой вероятностью, например, задачи, решаемые в период связи с внешними объектами.

К задачам случайного характера относятся задачи, связанные с внезапным изменением режима функционирования АСУ, обусловленные аварийными и конфликтными ситуациями на объектах.

По степени важности (): постоянная высокая важность; переменная важность; обычная неизменная важность.

Задачи постоянной высокой важности связаны с предоставлением некоторой информации высокоприоритетным абонентам, переменной важности - с управлением по жесткой программе некоторыми процессами, Обычная неизменная важность характеризует задачи расчетного характера, не критичные к времени их реализации.

По степени восстаналиваемости информационных массивов (): невозможное восстановление; трудное восстановление; легкое восстановление.

Для случая безусловного сохранения информационных массивов требуется специальная организация вычислительного процесса, дополнительные затраты производительности и памяти. Трудное восстановление присуще, например, задачам, содержащим информационные массивы большой емкости и т.д.

По степени стационарности входящего потока задач (): задачи с переменной интенсивностью; задачи с постоянной интенсивностью; эпизодические задачи.

Для потоков с переменной во времени интенсивностью число событий, которые могут произойти на одинаковых по длине непересекающихся отрезках, различно. В решении задач с постоянной интенсивностью не требуется планирование или прогнозирование на некоторый отрезок времени вперед. Эпизодические задачи решаются вне жесткой функциональной связи с обычным оперативным режимом функционирования ИВКАСУ.

Ключи 21-2is соответствуют тем свойствам - признакам, которые они имитируют: по квантованное™ (ключи 2г-2з); по виду масштаба времени (ключи 24-2е); по степени детерминированности (ключи 2у-2д); по степени важности (ключи 2ю-212); по степени восстанавливаемости (ключи 2i3-2is); по стационарности (ключи 2.16-2.18).

Анализ особенностей применения ЭВМ и вычислительных систем (ВС) позволяет ввести в рассмотрение следующие режимы работы: Vi - режим естественного разделения времени (ресурсов); V2 - режим искусственного разделения времени (ресурсов); Уз - режим естественной пакетной обработки; V4 - режим искусственной пакетной обработки; Vs - режим распараллеливания одной задачи по п ЭВМ; Ve- режим параллельного решения одной задачи на п ЭВМ.

Принципиальной отличительной особенностью режима естественного разделения времени Vi является объективная возможность сведения некоторого процесса к последовательно-параллельной обработке информации и принятию решения по жестко заданной схеме. В основе организации такого режима лежит идея квантования непрерывных процессов, реализация которой обосновывается известной теоремой Котельникова. Режим V2 искусственного разделения времени (ресурсов) можно определить как наиболее общий режим, позволяющий на любом отрезке времени обеспечить параллельно-последовательное решение произвольной совокупности задач в соответствии с заданной стратегией организации функционирования.

Распределение ресурсов между поставленными на решение задачами зависит от принятой к реализации общей идеи организации многопрограммной работы, от приоритетности задач, от характеристик абонентов, от возникающих в системе аварийных ситуаций и т.п. Поступление в систему каждой новой задачи, которая долж.на решаться с поступившими ранее, требует перераспределения ресурсов.

Режимы Уз и V4 пакетной обработки имеют одно общее свойство: решение любой задачи и пакета может быть реализовано в виде единовременного акта. Однако в реализации режимов есть существенные различия. Режим естественной пакетной обработки Уз обеспечивает реализацию пакетов, связанных задач, причем формирование пакета обуславливается ситуациями, складывающимися непосредственно в процессе функционирования.

Под режимом искусственной пакетной обработки V4 понимается процесс реализации искусственно формируемых наборов задач, не связанных по управлению и информации. Особенностью режима является то, что в процессе реализации пакета задачи к нему не добавляются и из него не исключаются. Для часто реализуемых пакетов целесообразно применить процедуру оптимального планирования.

Под режимом искусственной пакетной обработки V4 понимается процесс реализации искусственно формируемых наборов задач, не связанных по управлению и информации. Особенностью режима является то, что в процессе реализации пакета задачи к нему не добавляются и из него не исключаются. Очевидно, что для часто реализуемых пакетов целесообразно применить процедуру оптимального планирования.

Режимы Vs и Veявляются узкоспециализированными. Режим Vs реализуется с целью сокращения времени решения задачи. Он требует проведения специальных преобразований исходного алгоритма, приведения его к виду ярусно-параллельного графа с последующей поярусной реализацией на ПЭВМ системы. Режим Ve преследует цель повышения достоверности

результатов и дополнительных пояснений не требует.

Проанализировав все задачи по указанным признакам и распределив их по подмножествам с непротиворечивыми

свойствами, для каждого подмножества можно определить требуемые, допустимые и совместимые режимы работы ИВК АСУ, позволяющие обеспечить эффективную реализацию потока задач.

Результаты анализа приведены в табл.

I,где использование какого-либо свойства задачи для режимов работы обозначено единицей, а неиспользование - нулем. Частичное использование свойства задачи обозначается AIJ.

В основе выбора совместимых режимов работы ИВК лежит формальный метод, заключающийся в выполнении специальных операций над матрицей - отображением режимов работы в себя GV.V. Рабочий вариант отображения представлен в табл. 2. Элементы матрицы Gv.v формируются по следующему правилу:

( 1, если Vi полностью совместим с режимом Vj j

gi.j - A ij. если Vi частично совместим с Vj. (. 0. если режимы несовместимы.

Частичная совместимость, например, может характеризоваться дополнительной

затратой производительности на совместную реализацию задач, требующих Vi и Vj.

Исходными данными для выполнения

операций над матрицей Gv.v являются синтезируемые в результате выполнения специальных операций над матрицами - отображения качественных характеристик задач в режимы работы режима Vi-Ve, полученные на выходах первой группы элементов И 4.

При этом очевидно, что на выходе элементов И первой группы 4 могут одновременно вырабатываться несколько единичных сигналов. Однако реальной ИВК может реализовать только один режим работы. В этом случае подключаемые к указанным выходам элементы ИЛИ второй группы

II,элементы ИЛИ-НЕ 12, а также элементы И второй группы 13 позволяют получить только один режим работы, наилучшим образом позволяющий реализовать задачи с заданными качественными свойствами.

Пример. Пусть задачи, решаемые в ИВК, имеют следующие качественные характеристики: квантованные, реального масштаба времени, детерминированные,

переменной важности, характеризуются трудным восстановлением информационных массивов, имеют постоянную во времени интенсивность.

Данным характеристикам задач соответствует включение ключей 2i; 24, 2у, 2ц, 2i4, 2i7. В этом случае единичный сигнал появится на выходах первого, второго и шестого элементов И 4 первой группы. На выходах остальных элементов Л 4 первой группы будут нулевые сигналы.

По данной комбинации сигналов единичные сигналы появляются только на обоих входах первого элемента И 13 второй группы, что приведет к его открытию и сигнализации о том, что режим позволит наилучшим образом реализовать задачи с заданными характеристиками., На входах остальных элементов И 13 второй группы будут нулевые сигналы и отсутствие сигнализации, что-определяется отсутствием единичного сигнала по одному из выходов элементов ИЛИ 11 и элементов ИЛИ-НЕ 12, подключенных к входам второй группы элементов 13.

Устройство работает следующим образом.

При необходимости выбора совместимого режима работы вычислительной системы по каждому из шести признаков классификации задач входящего потока включается соответствующий ключ 2. При этом включается один из индикаторов 5-10, отвечающий режиму работы, наилучшим образом реализующий задачи d заданными качественными свойствами. Например, при поступлении на вход ИВК вычислительной системы задач со следующими качественными характеристиками: квантованные, реальногомасштабавремени, детерминированные, переменной важности, трудное восстановление информационных массивов и постоянная во времени интенсивность, замыкаются соответствующие ключи 2i, 24, 2т, 2ц , 2i4 , 2i .

В этом случае на все шесть входов первого, второго и шестого элементов И 4 первой группы поступят разрешающие потенциалы, что приведет к срабатыванию указанных элементов И 4 первой группы. По данной комбинации сигналов с выхода первого, второго и шестого элементов И 4 первой группы единичные сигналы появятся только на обоих выходах первого элемента И 13 второй группы через открытые по первому и второму входам первого элемента ИЛИ 11 второй группы и первому входу первого элемента ИЛИ-НЕ 12. При открытии первого элемента И 13 второй группы загорается индикатор: Естественное разделение времени. Данный режим работы позволит наилучшим образом реализовать задачи с заданными характеристиками. На выходах остальных элементов И 13 второй группы

будут нулевые сигналы, что определяется отсутствием единичного сигнала по одному из выходов элементов ИЛИ 11 второй группы и элементов ИЛИ-НЕ 12, подключенных к входам элемента И 13 второй группы.

0 Формула изобретения

Устройство для моделирования работы вычислительной системы, содержащее источник напряжения, восемнадцать ключей, шесть элементов И первой группы, четыр5 надцать элементов ИЛИ первой группы, входы всех ключей соединены с выходом источника напряжения, выход первого ключа соединен с первыми входами первого и второго элементов ИЛИ первой группы,

0 первым входом первого элемента И первой группы, выход второго ключа - с вторым входом второго элемента ИЛИ первой группы и вторым входом первого элемента ИЛИ первой группы, выход которого соединен с

5 первым входом второго элемента И первой группы, выход третьего ключа соединен с первым входом второго элемента ИЛИ первой группы и первыми входами третьего, четвертого и пятого элементов И первой

0 группы, выход четвертого ключа соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ первой группы и первым входом пятого элемента ИЛИ первой группы, выход пятого ключа соединен с вторыми входами третьего и пя5 того элементов ИЛИ первой группы, выход шестого ключа соединен с третьим входом третьего элемента ИЛИ первой группы, первым входом четвертого элемента ИЛИ первой группы и вторым входом четвертого

0 элемента И первой группы, выход четвертого элемента ИЛИ соединен с вторыми входами первого и третьего элементов И первой группы, третий вход третьего элемента И первой группы соединен с выходом

5 шестого элемента ИЛИ первой группы,. выход второго элемента ИЛИ первой группы соединен с первым входом шестого элемента И первой группы, выход третьего элемента ИЛИ первой группы соединен с третьим

0 входом первого элемента И первой группы, вторым входом второго элемента И первой группы, вторым входом шестого элемента И пербой группы, выход седьмого ключа соединен с третьим входом четвертого элемен5 та И первой группы и вторым входом пятого элемента И первой группы, первыми входами шестого и седьмого элементов ИЛИ первой группы, выход последнего подключен к третьим входам второго и шестого элементов И первой группы, выход восьмого ключа

соединен с вторыми входами шестого и седьмого элементов ИЛИ первой группы, выход девятого ключа соединен с третьим входом седьмого элемента ИЛИ первой группы, выход восьмого элемента ИЛИ первой группы соединен с четвертыми входами первого и шестого элементов И первой группы, выход пятого элемента И первой группы соединен с третьим входом пятого элемента ИЛИ первой группы, выход девятого элемента ИЛИ первой группы соединен с четвертым входом второго элемента И первой группы, выход десятого ключа соединен с первым входом девятого элемента ИЛИ первой группы, второй вход которого и первый вход восьмого элемента ИЛИ первой группы соединены с выходом одиннадцатого ключа, выход двенадцатого ключа соединен с вторым входом восьмого элемента ИЛИ первой группы, третьим входом девятого элемента ИЛИ первой группы, четвертыми входами третьего, четвертого и пятого элементов И первой группы, выход тринадцатого ключа соединен с первыми входами десятого и одиннадцатого элементов ИЛИ первой группы, выходы которых объединены и соединены с пятыми входами первого, второго, пятого и шестого элементов И первой группы, выход четырнадцатого ключа соединен с вторыми входами десятого и одиннадцатого элементов ИЛИ первой группы, третьи входы которых соединены с выходом пятнадцатого ключа и пятыми входами третьего и четвертого элементов И первой группы, выход шестнадцатого ключа соединен с первыми входами двенадцатого и тринадцатого элементов ИЛИ первой группы, вторые входы которых, первый вход четырнадцатого элемента ИЛИ первой группы, шестой вход первого элемента И первой группы соединены с выходом семнадцатого ключа, выход двенадцатого элемента ИЛИ первой группы соединен с шестым входом второго элемента И первой группы, выход тринадцатого элемента ИЛИ первой группы соединен с шестым входом третьего элемента И первой группы, а шестые входы четвертого, пятого и шестого элементов И первой группы соединены с выходом четырнадцатого элемента ИЛИ первой группы, второй вход которого и третий вход двенадцатого элемента ИЛИ первой группы соединены с выходом восемнадцатого ключа, о т- личающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет осуществления выбора режима работы вычислительной системы, в наибольшей степени соответствующего характеру задач входящего потока, в него введены семь элементов ИЛИ-НЕ, шесть элементов ИЛИ второй группы и шесть элементов И второй группы, причем выход первого элемента И первой группы соединен с первыми входами первого и пятого элементов ИЛИ второй

группы, четвертого и пятого элементов ИЛИ-НЕ, выход второго элемента И первой группы соединен с вторым входом первого и первым входом четвертого элементов ИЛИ второй группы, .первым входом шесто0 го и седьмого и вторым входом четвертого элементов ИЛИ-НЕ, выход третьего элемента И первой группы соединен с первыми входами второго, третьего и вторым входом четвертого элементов ИЛИ второй группы,

5 первыми входами первого, шестого и седьмого элементов ИЛИ-НЁ, выход четвертого элемента И первой группы соединен с третьим входом четвертого, вторыми входами второго и пятого, первым входом шесто0 го элементов ИЛИ второй группы, вторым входом первого, третьими входами четвертого и седьмого элементов ИЛИ-НЕ, выход пятого элемента И первой группы соединен с вторым входом третьего, четвертым вхо5 дом четвертого, третьим входом пятого элементов ИЛИ второй группы, третьим входом первого, первым входом третьего, четвертым входом седьмого элементов ИЛИ НЕ, выход шестого элемента И первой группы

0 соединен с третьим входом первого, третьим входом третьего и вторым входом шее го- го элементов ИЛИ второй группы, вторым входом пятого, третьим входом шестого элементов ИЛИ-НЕ, выход первого элемента

5 ИЛИ второй группы соединен с третьим входом второго элемента ИЛИ второй группы и первым входом первого элемента И второй группы, выход которого соединен с входом второго элемента ИЛИ-НЕ, выход которого

0 соединен с первым входом второго элемента И второй группы, выход первого элемента ИПИ-НЕ соединен с вторым входом первого элемента И второй группы, выход второго элемента ИЛИ второй группы соединен с

5 вторым входом второго элемента И второй группы, выход третьего элемента ИЛИ -НЕ соединен с третьим входом второго элемента И второй группы, выходы третьего элемента ИЛИ второй группы и четвертого

0 элемента ИЛИ-НЕ соединены соответственно с первым и вторым входами третьего элемента И второй группы, выходы четвертого элемента ИЛИ второй группы и пятого элемента ИЛИ-НЕ соединены соответствен5 но с первым и вторым входами четвертого элемента И второй группы, выходы пятого элемента ИЛИ второй группы-и шестого элемента ИЛИ-НЕ соединены соответственно с первым и вторым входами пятого элемента И второй группы, выходы шестого элемента

второй группы и седьмого элемента ИЛИ- НЕ соединены соответственно с первым и вторым входами шестого элемента И второй

группы, выхсГды с первого по шестой элементы ИЛИ второй группы являются выходами устройства.

Таблица1

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может быть использовано для определения совместимых режимов работ информационно-вычислительных комплексов вычислительных систем. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет осуществления выбора совместимого режима работы вычислительной системы, в наибольшей степени удовлетворяющего характеру задач входящего потока. Устройство содержит источник напряжения, группу ключей, элементы ИЛИ первой группы, элементы И первой группы, индикаторы, элементы ИЛИ второй группы, элементы ИЛИ-НЕ, элементы И второй группы. 2 табл., 1 ил.

Таблица2