Устройство для моделирования работы вычислительной системы Советский патент 1993 года по МПК G06F15/20 

сл

С

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может быть использовано для определения оптимальных режимов работы информационно-вычислительных комплексов АСУ и АСО, Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет оптимального выбора режима работы в условиях противоречивости входящего потока задач. Поставленная цель достигается тем, что устройство содержит источник напряжения, группу ключей, элементы ИЛИ, элементы И, транспаранты, блоки масштабирующих усилителей, сумматоры, группу элементов И и индикаторы. Индикаторы фиксируют оптимальный режим работы вычислительной системы, исходя из суммарной цены противоречивости качественных свойств задач входящего потока. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может быть использовано для моделирования выбора оптимальных режимов работы информационно-вычислительных комплексов (ИВК) вычислительных систем, автоматизированных систем управления и обучения.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет оптимального выбора режима работы в зависимости от минимальной цены качественных характеристик противоречивости входящего потока задач.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство для моделирования работы вычислительной системы содержит источник напряжения 1, группу с первого по восемнадцатый ключей 2. выход первого ключа подключен к первому входу первого

элемента ИЛИ 3 и первому входу первого элемента И 4, выход которого подключен к транспоранту 5 естественное разделение времени, выход второго ключа подключен к первому входу второго элемента ИЛИ и .второму входу первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу второго элемента И, выход которого подключен к входу транспаранта 6 Искусственное разделение времени, выход третьего ключа подключен к первому входу третьего элемента И, выход которого подключен к входу транспаранта 7 естественная пакетная обработка, третьему входу второго элемента ИЛИ, первому входу четвертого элемента И, выход которого подключен к входу транспаранта 8 искусственная пакетная обработка, первому входу пятого элемента И, выход которого подключен к входу транспаранта 9 распараллеливание задачи, выход четвертого ключа подключен к

со W

W 00 00

со

первому входу третьего элемента ИЛИ и первому входу пятого элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму входу пятого элемента И, выход пятого ключа подключен к второму входу третьего элемента ИЛИ и второму входу пятого элемента ИЛИ, выход шестого ключа подключен к второму входу четвертого элемента И, третьему входу третьего элемента ИЛ И и второму входу чет- вертого элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму входу третьего элемента И, третий вход которого и второй вход первого элемента И подключен к выходу шестого элемента ИЛИ, выход второго элемента ИЛИ подключен к первому входу шестого элемента И, выход которого подключен к входу транспаранта 10 параллельное решение задачи, а выход третьего элемента ИЛИ подключен к третьему входу первого элемента И и первым входам первого и второго блоков масштабирующих усилителей 11, второму входу-шестого блока масштабирующих усилителей, второму входу второго элемента И, выход третьего ключа подключен ко второму входу пятого блока масштабирующих усилителей, выход второго ключа подключен к пятому входу шестогр блока масштабирующих усилителей, выход седьмого ключа1 подключен к третьему входу четвертого элемента И, третьему входу пятого элемента И, первому входу шестого элемента ИЛИ, третьему входу пятого блока масштабирующих усилителей и первому входу седьмого элемента ИЛИ, выход которого подключен к третьему входам второго и шестого элементов И и первому входу шестого блока масштабирующих усилителей, выход восьмого ключа подключен к вторым входам шестого и седьмого элементов ИЛИ, выход девятого ключа подключен к третьему входу седьмого элемента ИЛИ, выход восьмого элемента ИЛИ подключен к четвертым входам первого и шестого элементов И, второму вход9 первого блока масштабирующих усилителей, третьему входу шестого блока масштабирующих усилителей, а выход девятого элемента ИЛИ подключен к четвертому входу второго элемента ИЛИ, выход десятого ключа подключен к первому входу девятого элемента ИЛИ, второй вход которого и первый вход восьмого элемента ИЛИ подключены к выходу одиннадцатого ключа, а выход двенадцатого ключа подключен к второму входу восьмого элемента ИЛИ. третьему входу девятого элемента ИЛИ, четвертым входам третьего, четвертого и пятого элементов И, третьему входу пятого блока масштабирующих усилителей, выход тринадцатого ключа подключен к первым входам десятого и

одиннадцатого элементов ИЛИ входы которых объединены и подключены к пятым входам первого и второго и пятого элементов И, третьему входу первого блока масштабирующих усилителей, второму входу второго блока масштабирующих усилителей, четвертому входу пятого блока масштабирующих усилителей, четвертому входу шестого блока масштабирующих усилителей, вы0 ход четырнадцатого ключа подключен к вторым входам десятого и одиннадцатого элементов ИЛИ, третьи входы которых подключены к выходу пятнадцатого ключа и пятым входам третьего и четвертого элемен5 тов И, первому входу третьего блока масштабирующих усилителей, второму входу четвертого блока масштабирующих усилителей, выход шестнадцатого ключа подключен к первым входам двенадцатого и тринадца0 того элементов ИЛИ, вторые входы которых, первый вход четырнадцатого элементов ИЛИ, шестой вход первого элемента И, четвертый вход первого блока масштабирующих усилителей подключены к выходу

5 семнадцатого ключа, выход двенадцатого элемента ИЛИ .подключен к шестому входу второго элемента И и третьему входу второго блока масштабирующших усилителей, выход тринадцатого элемента ИЛИ подклю0 чен к шестому входу третьего элемента И и второму входу второго блока масштабирующих усилителей, а шестые входы четвертого, пятого и шестого элементов И, четвертый вход пятого блока масштабирующих усили5 телей и шестой вход шестого блока масштабирующих усилителей подключены к выходу четырнадцатого элемента ИЛИ второй вход которого и третий вход двенадцатого элемента ИЛИ подключены к выходу

0 восемнадцатого ключа, выходы с первого по шестой блоков масштабирующих усилителей подключены соответственно к информационным входам с первого по шестой сумматоров 12, выходы .которых подключе5 ны соответственно к первым входам с седьмого по одиннадцатый элементов И 13, вторые входы которых подключены соответственно к выходам с первого по шестой элементов И, выходы с седьмого по двенад0 цатый элементов И подключены соответственно к выходам с первого по шестой с индикаторов 14.

Практика -эксплуатации ИВК вычислительных систем позволяет ввести в рассмот5 рение следующие свойства - признаки задач: квантованность, масштаб времени, детерминированность, важность, восстанавливаемость 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 квантованности ():

1 - задачи с естественным квантованием;

2- задачи смешанного квантования; . 3 - 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 нескольких задач на однопроцессорной ЭВМ и к ним относятся задачи диалога: ввод информации с дисплея, редактирование текста программ и т.д.

Н.еквантованные задачи характеризуются тем, что они могут быть решены в виде единого акта, не требуя по собственной инициативе прерывания вычислительного процесса. К таким задачам относятся также, как трансляция. Задачи, в которых вычислительный 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, задач с использованием системы управления базой данных (СУБД), когда информация размещена на нескольких магнитных дисках.

По виду масштаба времени (М 2);

2 - задачи реального масштаба времени;.. ...

2-.задачи существенно ограниченного ожидания;...

3- 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 : допуска ют 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 (М 3):

1- детерминированные задачи;

2- ограниченно детерминированные задачи;

3- случайные задачи,

5Для детермированных задач имеется

принципиальная возможность точно ппани- ровать во времени моменты их постановки на решение. Ограничения детерминированности означает, что можно планировать по- 10 ступление задач с некоторой вероятностью, например, задачи, решаемые период связи с внешними объектами.

К задачам случайного характера отно- сятся.задачи, связанные с внезапным изме- 5. нением режима функционирования АСУ, обусловленные аварийными и конфликтными ситуациями на объектах.

По степени важности (М 4): 1 - постоянная высокая важность; 0 . 2 - переменная, важность;

3 - о§ычная неизменная важность, Задачи постоянной высокой важности связаны с предоставлением некоторой информации высокоприоритетным абонен- 5 том, переменной важности - с управлением по жесткой программе кекоторыми процессами. Обычная неизменная важность характеризует задачи расчетного характера, не критичные к времени их реализации, 0 По степени восстанавливаемости информационных массивов ().

1- невозможное восстановление;

2- трудное восстановление; ,3 - легкое восстановление.

5 Для случая безусловного сохранения информационных массивов требуется специальная организация вычислительного процесса, дополнительные затраты производительности и памяти. Трудное восста0 новление присуще; например, задачам, содержащим информационные массивы большой емкости и т.д.

По степени стационарности входящего потока/задач (М 6):

5 1 - задачи с переменой интенсивностью;

2- задачи с постоянной интенсивностью; ..

3- эпизодические задачи.

0 Для потоков с переменной во времени интенсивностью число событий, которые могут произойти на одинаковых по длине непересекающихся отрезках, различно. В решении задач с постоянной интенсивно5 стью не требуется планирование или прогнозирование на некоторый отрезок времени вперёд. Эпизодические задачи решаются вне жесткой информационной связи с обычным оперативным режимом функционирования ИВК АСУ.

Ключи 2 с первого по восемнадцатый соответствуют тем свойствам-признакам, которые они имитируют: по квантованно- сти (ключи 2с первого по третий); по масштабу времени (ключи 2 с четвертого по шестой); по степени детерминированности (ключи 2 с седьмого по девятый); по степени важности (ключи 2 с десятого по двенадцатый); по степени восстанавливаемости (ключи 2 с тринадцатого по пятнадцатый); по стационарности (ключи 2 с шестнадцатого по восемнадцатый).

Анализ особенности применения ЭВМ и вычислительных систем (ВG) 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 задачи по п -ЭВМ; /

Ve - режим параллельного решения одной зёдачи на п - ЭВМ. ,

Принципиальной отличительной особенностью режима естественного разделения времени Vi является объективная возможность сведения некоторого процесса к последовательно-параллельной обработки информации и принятию решений по жестко заданной схеме. В основе органИзё- ции такого режима лежит идея квантования непрерывных процессов, реализация кото рой обосновывается известной теоремой Котельникова. Режим /2 искусственного разделения времени (ресурсов) можно Определить как наиболее общий режим, позволяющий на любом отрезке времени обеспечить параллельно-последовательное решение произвольнойтовокупности 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 должна решаться с поступившими ранее, требует перераспределения ресурсов.

Режимы УЗ и 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 Vs обеспечивает реализацию пакетов связанных задач, причем формирование

пакета обуславливается ситуациями, складывающимися непосредственно в процессе функционирования.

Под режимом искусственной пакетной обработки VA 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 Vg и Ve являются 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 ПЭВ М системы. Режим V6 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 режима работы ИВК АСУ, позволяющие обеспечить эффективную реализацию потока задач.

Результаты анализа приведены в таблице, где в таблице использование какого-либо свойства задачи для режимов работы обозначено единицей, а неиспользование - нулем. Частичное-использование свойства задачи обозначается Ац: где i - номер режима работы, j - номер свойства - признака

задачи.

Устройство работает следующим образом.

При необходимости выбора режима работы вычислительной системы по каждому

из шести признаков классификации задач включается соответствующий ключ 2. При этом включается один или несколько транспарантов 5-10, если возможно для решения данной задачи использование

несколько режимов работы. Например, при поступлении на вход ИВК вычислительной системы со следующими качественными характеристиками: естественного квантования, реального масштаба времени.

детерминированной, постоянной высокой важности, трудного восстановления и с переменной интенсивностью замыкаются первый, четвертый, седьмой, десятый, четырнадцатый и шестнадцатый ключи 2. В этом случае на все шесть входов только второго элемента И 4 поступят разрешающие потенциалы, что приведет к срабатыванию второго элемента И 4, с выхода которого сигнал поступает на вход транспаранта 6, Итак, при наступлении, на вход ИВ К вычислительной системы вышеперечисленных задач с различными качественными характеристиками для их решения необходимо выбрать режим искусственное разделение времени, Кроме транспаранта 6 при последовательном срабатывании второго блока масштабирующих усилителей 11, второго сумматора 12, второго элемента И 13 второй индикатор 14 подтверждает правильность выбора режима искусственное разделение времени работы вычислительной системы с определенной ценой протй- воречивости.

При поступлении на вход ИВК вычислительной системы с характеристиками; смешанного квантования, реального масштаба времени, ограниченно детерминирование, переменной важности, невозможного восстановления, постоянной интенсивности замыкаются, второй, четвертый, восьмой, одиннадцатый, тринадцатый и семнадцатый ключи 2. В этом случае разрешающие потенциалы поступят на все шесть вхоДов второго и шестого элементов И 4, что приведет к их срабатыванию и с выходов которых сигнал поступит на транспаранты 6, 10 и вторые входы второго и шестого элементов И 13. Разрешающие потенциалы одновременно поступят на входы второго и шестого блоков машстабирующих усилителей 11, с выхода которых поступают сигналы, соот- ветствующие ценам противоречивости качественных, свойств - признаков задач, на информационный вход второго и шестого сумматоров 12, с выхода которого сигнал проходит открытые по второму входу второй и шестой элементы И 13 и поступает на второй и шестой индикаторы 14. По наименьшему зафиксированному значений цены противоречивости на втором индикаторе 14 делается вывод о нахождении оптимального режима работы вычислитель-- ной системы с минимальной ценой противоречивости, то есть режима искусственное разделение времени ; Схема работает аналогично, если необходимо выбрать оптимальные режимы работы при поступлении на вход ИВК вычислительной системы любой другой совокупности качественных характеристик задач входящего потока.

Устройство для моделирования работы вычислительной системы позволяет выби- 5 рать оптимальный режим работы вычислительной системы, исходя из минимальной цены противоречивости качественных характеристик входящего потока задач.в

0 Формула изобретения

Устройство для моделирования работы вычислительной системы, содержащее источник напряжения, с первого по шестой элементы И, с первого по восемнадцатый

5 ключи, с первого по четырнадцатый элементы ИЛИ и с первого по шестой транспаранты, причем выход первого ключа соединен с первыми входами первого элемента ИЛИ и первого элемента И, выход которого со0 единен с входом транспаранта Естественное разделение времени, выход второго ключа соединен с первым входом второго элемента ИЛИ и вторым входом первого элемента ИЛИ, выход которого со5 единен с первым входом второго элемента И, выход которого соединен с входом транспаранта Искусственное разделение времени, выход третьего ключа соединен с первым входом третьего элемента И., с

0 третьим входом второго элемента ИЛИ, с первыми входами четвертого элемента И и пятого элемента И, выход которого соединен с входом транспаранта Распараллеливание задачи, выход третьего элемента И

5 соединен с входом транспаранта Естественная пакетная обработка, выход четвертого элемента И соединен с входом транспаранта Искусственная пакетная обработка, выход четвертого ключа соединен

0 с первыми входами третьего элемента ИЛИ и пятого элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму входу пятого элемента И, выйод пятого ключа соединен с вторыми входами третьего и пятого элементов ИЛИ,

5 выход шестого ключа соединен с вторым

входом четвертого элемента И, с третьим

входом третьего элемента ИЛИ и с вторым

. входом четвертого элемента ИЛИ. выход

которого подключен к второму входу треть0 его элемента И, третий вход которого и второй вход первого элемента И подключены к выходу шестого элемента ИЛИ, выход второго элемента ИЛИ соединен с первым входом шестого элемента И, выход которого

5 соединен с входом транспаранта Параллельное решение задачи, выход третьего элемента ИЛИ подключен к третьему входу первого элемента И, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет оптимального выбора режима работы в условиях противоречивости входящего потока задач, в устройство введены с первого по шестой блоки масштабирующих усилителей, с первого по шестой сумматоры, с седьмого по двенадца- тый элементы И и с первого по шестой индикаторы, причем выход третьего элемента ИЛИ подключен к первым входам первого и второго блоков масштабирующих усилителей и к второму входу шестого блока масштабирующих усилителей, выход восьмого элемента ИЛИ подключен к, второму входу первого блока масштабирующих усилителей и к третьему входу шестого блока масштабирующих усилителей, выход деся- того элемента ИЛИ подключен к третьему входу первого блока масштабирующих усилителей, к второму входу второго блока масштабирующих усилителей, к четвертым входам пятого и шестого блоков масштаби- рующих усилителей, выход семнадцатого ключа подключен к четвертому входу первого блока масштабирующих усилителей, выход Двенадцатого элемента ИЛИ - к третьему входу второго блока масштабиру- ющих усилителей, выход пятнадцатого ключа - к первому входу третьего блока масштабирующих усилителей и второму входу четвертого блока масштабирующих

усилителей, выход тринадцатого элемента ИЛИ - к второму входу третьего блока масштабирующих усилителей, выход двенадцатого ключа - к первому входу четвертого блока масштабирующих усилителей, выход четырнадцатого:Элемента ИЛИ - клервому входу пятого блока масштаби рующих усилителей и к шестому входу шестого блока масштабирующих усилителей, выход третьего ключа- к второму входу пятого блока масштабирующих усилителей, выход седьмого ключа - к третьему входу пятого блока масштабирующих усилителей, выход седьмого элемента ИЛИ - к первому входу шестого блока масштабирующих усилителей, выход второго элемента ИЛИ - к пятому входу шестого блока масштабирующих усилителей, выходы блоков масштабирующих усилителей с первого по шестой подключены соответственно к информационным входам сумматоров с первого по шестой, информационные выходы которых подключены соответственно к первым входам элементов И с седьмого по двенадцатый, вторые входы которых подключены соответственно к выходам элементов И с первого по шестой, выходы элементов И с седьмого по двенадцатый подключены соответственно к входам индикаторов с первого по шестой.