автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.13, диссертация на тему:Исследование и разработка методов повышения эффективности вычислительных процессов в интерактивных системах коллективного пользования

Введение

Глава 1. Постановка задачи исследования. Элементы теоретического анализа интерактивных СКП

1.1. Обзор литературы по СКП и режимам разделения времени.

1.2. Выделение модели об'екта. исследования в вычислительной среде.Т

Т.З. Модель целей пользователя.

1.4. Декомпозиция модели об'екта.

1.5. Выводы.

Глава 2. Исследование основных дисциплин обслуживания запросов в интерактивных СКП.

2.1. Классификация дисциплин обслуживания запросов в мониторах СКП.

2.2. Последовательная дисциплина обслуживания

2.3. Циклическая дисциплина обслуживания.

2.4. Мультизадачная дисциплина обслуживания

2.5. Проведение экспериментальных исследований на обобщенной модели монитора

2.6. Выводы.

Глава 3. Анализ методов организации рабочих «Файлов и внешней памяти в СКП.

3.1. Обеспечение независимости рабочих Файлов и эффективности использования внешней памяти в- СКП.

3.2. Влияние различных методов Физической организации рабочих Файлов на характеристики доступа к этим Файяам.

3.3. Структура оптативного метода доступа.

3.4. Базисный оперативный метод доступа

3.5. Последовательный оперативный метод доступа

3.6. Выводы.

Глава 4. Исследование и разработка методов доступа к терминалам в интерактивных СКП.

4.1. Анализ существующих методов доступа к терминалам.

4.2. Элементы информационного обмена в интерактивных СКП.

4.3. Координатный метод доступа

4.4. Конкпетная пеализация координатного метода доступа.Р

4.4.1. Позиционирование и вывод информации

4.4.2. Ввод информации с .дисплеев.

4.4.3. Предварительный анализ введенной информации.

4.5. Язык интерактивных Фрагментов ДИФСЖ.IC

4.5.1. Особенности использования языка ДИФОЛ во внешних программах.IP

4.5.2. Реализация ДИФ(Ш в среде языков высокого уровня.

4.5.3. Интерпретатор языка ДИФСЖ для СКП . . . 1ГВ

4.6. Выводы.III

Глава 5. Многоцелевая интерактивная система коллективного пользования "Фокус". Экспериментальные исследования

5.1. Структура системы "Фокус".ИЗ

5.2. Пользователи системы "Фокус".

5.3. Анализ статистической информации, собранной при работе системы "Фокус"

5.4. Сравнительный анализ различных систем коллективного пользования.

5.В. Рекомендации к созданию программного обеспечения целевых модулей системы "^ок'Ю".

5.Р. Выводы.

Эффективность использования вычислительной техники и работы пользователей в современных вычислительных системах во многом определяется функциональными возможностями и оперативностью функционирования интерактивных систем коллективного пользования (СКП). К настоящему времени уже создано большое число универсальных и специализированных СКП, использующих интерактивный режим работы. Разработка новых систем на основе анализа информации о работе действующих - одно из главных направлений развития техники. Исследование существующих СКП позволило выделить характерные особенности их Функционирования.

С одной стороны, существует некоторая неудовлетворенность пользователей параметрами СКП. Это может быть значительное время реакции или большие потребные ресурсы памяти, слабая функциональная мощность или чрезмерно сложный язык обмена, недостаточное количество обслуживаемых терминалов или слабые средства развития системы и т.д.

С другой стороны, исследования показали наличие резервов в вычислительном процессе при использовании интерактивных СКП, реализация которых способствовала бы улучшению работы этих систем.

В связи с этим является актуальной проблема исследования и разработки оптимальных структур интерактивных СКП и методов повышения эффективности их Функционирования. Важным моментом в исследовании является комплексный подход к разработке ключевых компонент матобеспечения интерактивных СКП.

При проектировании СКП и их матобеспечения на этапе оптимизации функциональных схем необходимо проводить подробный анализ Функционирования системы, обеспечивающий об'ективный и обоснованный выбор экономически целесообразных вариантов. Для этих целей необходимо построение моделей взаимодействия проектируемых системе внешней средой (окружением).

В качестве об'екта исследования в диссертационной работе рассматривается многоцелевая интерактивная СКП, предназначенная для организации элективной работы вычислительной машины (на примере ЕС ЯВМ) и группы пользователей. Предметом изучения являются вопросы методики выбора программных структур и алгоритмов управления вычислительным процессом в интерактивной СШ, в том числе: алгоритмов дисциплин обслуживания запросов, организации распределения памяти и методов доступа к данным.

Целью диссертационной работы является решение задач анализа и синтеза программной структуры многоцелевой интерактивной СКП и создание методов и средств, обеспечивающих повышение эффективности организации вычислительного процесса в системах исследуемого класса. В качестве аппарата исследования в диссертационной работе использовались методы теории массового обслушвания, случайных процессов, имитапионного моделирования, математической статистики, экспертных опенок, а также метода модульного и структурного программирования.

Научная новизна диссертационной работы заключается в выработке элементов анализа основных характеристик интерактивных СКП, выделении ключевых компонент матобеспечения этих систем и обосновании необходимости построения специальных методов доступа к данным и языков интерактивного обмена.

Практическая ценность диссертационной работы состоит в выдаче методических рекомендаций к проектированию и разработке специального математического и программного обеспечения для многоцелевых интерактивных СКП на базе стандартного оборудования

ЕС ЗВМ, а также в создании'конкретных систем, Функционирующих на основе разработанных методов доступа и языка программирования интерактивных Фрагментов для алФавитно-циФгювых дисплеев.

5.6. Выводы.

Система "Фокус", построенная на основе предложенных в диссертации специальных методов доступа и языковых средств, в настоящее вреда способна обеспечить все традиционные Формы работы-пользователей с наборами данных в интерактивных СКП и может с успехом найти применение практически на любых вычислительных центрах в учебных заведениях и НИИ, оборудованных вычислительными машинами Единой Системы и необходимыми терминальными устройствами. Четкое структурное представление, использование технологии модульного программирования и высокая надежность, а такие высокие временные показатели работы, позволяют рассматривать систему "Фокус" как базовую дяя создания на ее основе различных диалоговых систем.

Предложенная методика создания программного обеспечения целевых модулей основывается на практическом опыте разработок в этой области и позволяет систематизировать разработки целевых модулей с сопутствующей документацией и в соответствии с технологией нисходящего проектирования, являющейся одной из наиболее прогрессивных современных технологий проектирования.

Эксплуатация системы "©окус" в течение 4 лет, а. также многочисленные акты о внедрении, полностью подтвердили эффективность применяемых методов.

Заключение.

Интерактивные системы коллективного пользования:, имеющие развитые Функциональные возможности, можно рассматривать в настоящее время как необходимую основу обеспечения эффективной организации вычислительного процесса в РВМ. Коллективный характер взаимодействия пользователей в СКП и наличие в ней определенного потока запросов, поступающих на обслуживание, позволяют исследовать модели СКП с помощью методов теории массового обслуживания. Такого рода представления в настоящее время в основном у л© сло?;далисъ и нашли отражение в различных публикациях (см., например, работы 4, 8, 9, 17, 23, 24] ). Однако эти исследования раскрывают лишь часть проблем, связанных с достаточно сложным об'ектом, каким является развитая СКП.

В данной работе предпринята, попытка выделить и обосновать наиболее характерные компоненты СКП, оказывающие решающее значение на эффективность Функционирования системы и организацию вычислительного процесса в целом. Причем, математическая база, на которую опираются исследования, не ограничена аппаратом теории массового обслуживания; применялись также методы теории имитационного моделирования, математической статистики, методы экспертных оценок и планирования экспериментов. Кроме того, широко использовались современные технологии программирования. Большое внимание уделено вопросам, имеющим важное практическое значение при разработке программного обеспечения интерактивных СРСП.

Диссертационная работа является частью научно-исследовательских работ, проводимых в течение ряда лет в НИИ проблем высшей школы в соответствии с Координационным планом НИР по проблеме УП.1.2 "Исследование и разработка, вычислительных систем коллективного пользования в выспей школе".

Ни;® перечислены основные результаты, полученные в ходе решения поставленной задачи .

1. Обтее исследование соввемзнних систем коллективного пользования, работающих в интерактивном режиме, показало значительную сложность структуры рассматриваемого об'екта. Для упрощения задачи исследования проведена декомпозиция модели об'екта, которая позволила выделить четыре составные компоненты матобеспечения СКП, исследование которых по отдельности с учетом взаимных корреляций представляет собой реализуемую задачу.

2. Исследования мониторной части систем коллективного пользования и различных дисциплин обслуживания запросов, а также возможностей современных операционных систем, позволили отдать предпочтение мультизадачной дисциплине обслуживания запросов в мониторе С'КП. Данная дисциплина обладает наиболее оперативными свойствами для СКП, обеспечивает естественный интерактивный обмен с машиной, наиболее полно использует возможности современных операционных систем, реализуется простым и надежным монитором, построенном по реентерабельной схеме.

3. Для организации рабочих наборов пользователей в системе коллективного пользования разработан оперативный метод доступа, который обеспечивает наиболее оперативное Функшонирова-ние и э&мехстггпгое использование как внешней, так и оперативной памяти <ВМф В качестве конкретной реализации оперативного метода доступа в СКП предложены базисный оперативный метод доступа и последовательный оперативный метод доступа, которые отличаются Функциональной полнотой, большой гибкостью и удобством при пр огр аммио ов а,1 ши.

4. Исследование стандартных методов доступа к терминалам в СКП показало необходимость разработки нового метода доступа. Предложенный координатный метод доступа является универсальным по отношению к дисплеям различных типов и обладает развитыми возможностями управления операциями интерактивного обмена. Разработанный на основе КГ.Щ язык програгширования интерактивных фрагментов для СКП, оснащенных алФавитночцигТровыми дисплеями, (ДИФ01) представляет собой достаточно развитое средство программирования, обеспечиваемое макроопределениями для программ на ассемблере, предкомпилятором для языков высокого уровня и интерпретатором для непосредственного выполнения в СКП,

5. Синтез четырех наиболее эффективных компонент матобеспечения СКП реализован в системе "Фокус", продолжительная эксплуатация которой, а также многочисленные внедрения и положительные отзывы, подтверждают эффективность применяемых методов. Предложенная на основе опыта практических работ методика создания программного обеспечения для интерактивных СЕЛ позволяет систематизировать разработки целевых модулей и сопровождающей документации в соответствии с технологией нисходящего проектирования.

1. Кайман А., КрюонР. Массовое обслуживание. Теория и приложения. М.: Мир, 1965 , - ЗГ2 с.

2. Саати Т. Элементы теории массового обслуживания и ее приложения. М.: Сов. радио, 1965, - 510 с.

3. Шлиомович Е.М. К расчету некоторых характеристик многоиультовой централизованной вычислительной машины. Вопросы радиоэлектроники. Серия ЗЗТ, М.: 1966, вьтп.4, с. 10-12.

4. Рнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев A.A. Математические методы в теории надежности. Основные характеристики надежности и их статистический анализ. М.: Наука, 1965 , - 524 с.

5. Кениг Д., Штойян Д. Методы теории массового обслуживания.

6. М.: Радио и связь, 1981, 128 с.

7. Хинчин А.Я. Работы по математической теории массового обслуживания. М.: Физматгиз, 1963, - 235 с.

8. Шлиомович Е.М. Разработка и исследование структуры, алгоритмов работы и методов расчета многопультовых систем. Дис. .канд.техн.hsvk. М.: 1974, - 163 с.

9. T3. Соловейчик И.Е. Дисплеи в системах С ЭВМ. М. : Сов. радио, 1979, - 248 с.

10. Беютэн F., Риту М., Рут кие д. Работа ЭВМ с разделением времени. М. : Наука, 1972, - 2Г7 с.

11. Totschek RJ, Cïh EMfiricotIfiVtdifrabic* uto Ùt ôchamorofttc SDÛ Tlmt-Shafity System. S a da Monica^ Caif

12. Syètem $е\п>&/>мыЬ Corporation, IЫб, в>Р~2Ш> ~ 2Sùp,

13. Цс1йаас РМ Joê j)e$ciïf>tiovis ¿W ^cheJuit^ Ы flic SPC-32 Time S-iojù^ ôpiew, SûM MO*UCÛp Cûêf Spte* J)eveêpme«i Grporai^ P I960, TM '¿99- ¿01 p.

14. Дроздов E.A., Пятибоатов A.П. Основы построения и Функционирования вычислительных систем. -М.: Энергия, 1973. 368 с.

15. Сакман Г. Решение задач в системе человек-ЭВМ. М. : Мир,1973. 351 с.

16. Уилкс М. Системы с разделением вое^ни. М.: Мир, 1972.123 с.

17. Пятибратов А.П. Вычислительные системы с дистанционным доступом. М. : Энергия, 1979, - 191 с.

18. Усов С.А. Диалоговый монитор Джон. М. : Наука, 1979,-128 с.

19. Макс имей И.В, Функционирование вычислительных систем (измерения и анализ). М. : Сов. радио, 1979. - 272 с.

20. M с КЫпе^ Ш, Survey ofjbûâfilcai Ti^ié Moc/tfle>,

21. Compute Sm-vétys K.2., 136$, 6P pJos-jje.

22. Mcwe Ch.Ш tJdb/ùrK Mode¿*> for large, Tchné

23. Systemst TecLîcai fieport fiesetw/x Project, S24p,

24. Клекнрок JI. Вычислительные системы с очередями. M.: Мир,1979, 6Г0 с.

25. Феррари Д. Оценка производительности вычислительных систем.1. М.: Мир, 1981. 57fi с.

26. KuüruáПЛ. 4 GentraiPurpose. Graphic Language., ~ С ACM,

27. Shew4FormaéPicture, Vefinitio« Scheme a &a$¡gfor PiduAe Process^ $</gterv¡£3 Ibfor/nattQ* % Centro^ Ше, 14, i, -p. 933-947.

28. Илюшин Г.Я. Исследование и разработка программных средствдля построения многопультовых диалоговых систем. Дис. .канд.техн.наук. М.: 1979. - 158 с.

29. Мартин Дж. Организация баз данных в вычислительных системах.1. М.: Мир, 1980. 662 с.34. J.H/. JOSS

30. Experience. ¡v< ih (bvt Experimenta/ Срнми

31. Service¡pr User at fte/wte. Typewriter Со^зосе^. Montee,; Ca&f., The ШрCorporation, J$6S} P-3149.

32. Top Programming, /и ¿.arge Systems, -errant Ce^f. За', в^р-ÁÍ,Y.t 1p, 62. ~34