автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Моделирование и совершенствование функционирования специализированных многопроцессорных технических средств управления

На правах рукописи

НЕЧУШКИН Алексей Павлович

Моделирование и совершенствование функционирования специализированных многопроцессорных технических средств управления

05.13.01 - Управление в технических системах

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Красноярск - 1998

Работа выполнена в Сибирской аэрокосмической академии имени академика М.Ф. Решетнева

Официальные оппоненты:

Научные руководители: доктор технических наук, профессор Антамошкин А.Н. кандидат технических наук Терсков В.А, доктор технических наук, профессор Лапко A.B. кандидат технических наук, доцент Гречкосеев А.К.

Ведущая организация:

институт информационных

процессов и управления при КГТУ

Защита состоится "28" мая 1998 года в 15 часов

на заседании диссертационного совета К 064.46.01 в Сибирской аэрокосмическон академии по адресу: 660014, Красноярск, проспект имени газеты "Красноярский рабочий", 31.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сибирской аэрокосмической академии.

Ваш отзыв, заверенный печатью, выслать по адресу: 660014, Красноярск а/я 486, учёному секретарю диссертационного совета Ильину В.А.

Автореферат разослан " 25 " апреля 1998 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета д.т.н, профессор

Ильин В.А.

Общая характеристика работы.

Актуальность проблемы.

Оснащение вооруженных сил зарубежных стран высокоскоростными и малоразмерными летательным» аппаратами, динамичность боевых действий, значительное увеличение информации о состоянии войск, боевой обстановке и управляемых объектах, сложность и большой объем задач обработки получаемой информации приводит к резкому сокращению времени, отведенного для принятия решения. Дефицит времени предъявляет высокие требования к производительности специализированных комплексов технических средств управления объектами. Основой таких комплексов является вычислительная система, в которой происходит обработка поступающей информации и выдача решении на управление объектами и техническими средствами. Повышая производительность вычислительной системы (ВС), мы тем самым повышаем производительность всего специализированного комплекса управления объектами.

Повышение производительности ВС включает в себя широкий круг задач, основные из которых следующие:

1. Совершенствование структурной организации ВС с учётом предъявляемых к ним требовании унификации, стандартизации, малогабаритности и надёжности.

2. Совершенствование системной взаимосвязи между параметрами ВС и алгоритмами с целью эффективного распределения функций между программными и аппаратными средствами.

3. Повышение быстродействия составляющих ВС элементов.

4. Совершенствование математического обеспечения.

Развитие средств автоматизации управления промышленностью и войсками способствовало появлению целого ряда работ, посвященных вопросам повышения производительности ВС. Особое внимание при этом уделяется разработке и использованию многопроцессорных ВС (МВС).

Общая производительность МВС находится в нелинейной зависимости от количества процессоров в системе, в то же время общая производительность системы находится почти в линейной зависимости от быстродействия каждого процессора в отдельности.

К числу неполностью использованных возможностей повышения производительности МВС относится специализация процессоров на аппаратную реализацию наиболее часто встречающихся и занимающих значительное время при выполнении операций.

Для повышения производительности ВС комплексов технических средств управления объектами необходимо переходить к аппаратному принципу реализации макроопераций, т.е. разрабатывать МВС с разнородными процессорами.

Целыо диссертационной работы является разработка аналитического метода оценки и технических средств повышения производительности ВС комплексов технических средств управления сложными объектами за счёт аппаратной реализации выбранных макроопераций.

Эта цель обусловила необходимость решения следующих задач:

1. Анализ алгоритмов функционирования комплексов технических средств управления сложными объектами и определение набора макроопераций для аппаратной реализации.

2. Разработка математической модели функционирования МВС с многошинной организацией связи произвольного количества разнородных процессоров с общей оперативной памятью с целью оценки влияния быстродействия и количества разнородных процессоров на производительность МВС комплексов управления объектами.

3. Разработка численных методов и технических средств повышения производительности МВС за счёт аппаратной реализации выбранных макроопераций.

4. Разработка имитационной модели функционирования МВС с многошинной организацией связи произвольного количества разнородных процессоров с общей оперативной памятью для проверки адекватности математической модели.

Методы исследования. Выполненные автором исследования базировались на основных положениях теории множеств, теории вероятностей, теории массового обслуживания и теории имитационного моделирования.

Научная новизна результатов, полученных в диссертации, состоит в следующем:

1. Построена математическая модель функционирования перспективной многопроцессорной вычислительной системы с многошинной организацией связи разнородных процессоров с общей памятью. Модель позволяет оценить основные характеристики МВС.

2. Разработан метод выбора макроопераций дня их аппаратной реализации с целью уменьшения времени выполнения алгоритмов комплексов технических средств управления по обработке поступающей информации и команд управления.

3. Предложен численный метод оценки быстродействия спецпроцессоров, позволяющий осуществлять выбор различных методов аппаратной реализации определенного набора макроопераций.

4. Предложен метод разрешения конфликтов при обращении процессоров к общей памяти (ОП) на основе сдвига начала циклов работы процессоров относительно друг друга.

Практическое значение.

Теоретические разработки и практические результаты диссертационной работы использованы при выполнении НИР Сибирского отделения Российской инженерной академии.

Математическая модель функционирования МВС, состоящей из произвольного количества разнородных процессоров, объединенных с общей памятью (ОП) произвольным количеством шин, и схемы устройств вычисления функций, предложенные в диссертации, используются в учебном процессе кафедры вычислительной техники и автоматики КВКУРЭ ПВО по дисциплинам "Организация ЭВМ и микропроцессоров" и "Схемотехника цифровых устройств".

Диссертационная работа выполнена в соответствии с заданой Главнокомандующим войсками ПВО НИР "Механика".

lj. Определяются нормированные весовые коэффициенты отдельно для максимального и минимального критического путей

__W-.

__ijmax

Wijmax -—- ,

ij(ma-x)ma.\

Wijmin - > О

ij(max)ma\

где Wjj (max) ma* - максимальное значение весовых коэффициентов АО для мак-:имального критического маршрута реализации i-ro алгоритма, a Wijmax и Wijmin определяются следующим образом

Wij nia\=ÎVij max "tj , Wij min= K-ij miu *tj ,

~де Kijmax и Kijnim - количество j-x AO в i-ом алгоритме соответственно в мак-:имальном и минимальном критическом пути.

Выбирается временной нормированный показатель Uy<n, учитываю-ции требуемое и фактическое время выполнения алгоритма.

АО, для которых выполняется условие

IWj(mai)min>Uv„, (2)

i=\

■де N - количество алгоритмов с выполнением j-ofi АО, целесообразно реали-ювать аппаратно. С использованием метода произведен анализ алгоритмов сомплексов управления объектами и выбраны макрооперацни, которые целе-:ообразно реализовать аппаратными средствами.

В третьем параграфе главы произведен анализ методов разрешения сонфликтов и автором предложен метод разрешения конфликтов при обра-цении процессоров к общей памяти, основанный на сдвиге начала циклов ра-юты процессоров по отношению друг к другу.

Сущность метода заключается в следующем. Процесс функционирова-шя любого двух-трехадресного процессора можно разделить на четыре »сновных временных интервала (цикла):

цикл обращения к памяти за командой;

цикл расшифровки кода операции и обращения к памяти за операндом; цикл выполнения операции; цикл записи результата.

Работа МВС организована таким образом, что, когда один процессор >бращается в память за командой, другой обращается в память за операндом, ретин выполняет операцию, а четвертый - записывает результат в память. В том случае при наличии отдельной памяти для команд и данных значитель-10 уменьшается частота возникновения конфликтов, очередь к памяти при том уменьшается, а, следовательно, - повышается производительность вы-тслительной системы.

В четвертом параграфе главы сделаны выводы по результатам иссле-юваний, проведенных в первой главе диссертационной работы.

Во второй главе для оценки производительности МВС комплексов правления объектами разработана математическая модель функционирова-[ия МВС, включающей в свою структуру произвольное количество разно-

родных процессоров, объединенных с общей памятью (ОП) произвольным количеством шин.

1 2...п

процессор

I- I_

процессор I. 2

процессор

1. П1(

процессор II. I

процессор II. 2

процессор II. тг

ОП

процессор N. I

процессор N. 2

процессор N. шх

Рис.1. Структурная схема системы

В первом параграфе главы проведен анализ существующих методов оценки зависимости производительности от структуры МВС и характеристик ее элементов.

Во втором параграфе решается задача разработки аналитического метода оценки производительности МВС, состоящей из произвольного количества типов процессоров, произвольного числа процессоров каждого типа и многошинной организацией связи процессоров с общей оперативной памятью.

^ Определяются нормированные весовые коэффициенты отдельно для максимального и минимального критического путей

— Уц

__ijma*

Wijmax —

W

y(max)max

О)

где Wij (max) max * максимальное значение весовых коэффициентов АО для мак-:имального критического маршрута реализации i-ro алгоритма, a Wijm« и Wijmiii определяются следующим образом

Wjj nlax=K.tj тал "tj ,

Wij min= bvij min 'tj ,

где Kijmax и Kijmin - количество j-x AO в i-ом алгоритме соответственно в мак-:имальном и минимальном критическом пути.

Выбирается временной нормированный показатель U)ct, учитывающий требуемое и фактическое время выполнения алгоритма.

АО, для которых выполняется условие

N

lwj(max)miu >UVCT , (2)

i=I

~де N - количество алгоритмов с выполнением j-ой АО, целесообразно реали-ювать аппаратно. С использованием метода произведен анализ алгоритмов <омплексов управления объектами и выбраны макрооперации, которые целе-:ообразно реализовать аппаратными средствами.

В третьем параграфе главы произведен анализ методов разрешения сонфликтов и автором предложен метод разрешения конфликтов при обра-цении процессоров к общей памяти, основанный на сдвиге начала циклов ра-5оты процессоров по отношению друг к другу.

Сущность метода заключается в следующем. Процесс функционирова-1ия любого двух-трехадресного процессора можно разделить на четыре >сновных временных интервала (цикла):

цикл обращения к памяти за командой;

цикл расшифровки кода операции и обращения к памяти за операндом; цикл выполнения операции; цикл записи результата.

Работа МВС организована таким образом, что, когда один процессор >бращается в память за командой, другой обращается в память за операндом, третий выполняет операцию, а четвертый - записывает результат в память. В 'том случае при наличии отдельной памяти для команд и данных значитель-ю уменьшается частота возникновения конфликтов, очередь к памяти при (том уменьшается, а, следовательно, - повышается производительность вы-шслительной системы.

В четвертом параграфе главы сделаны выводы по результатам иссле-(ованпй, проведенных в первой главе диссертационной работы.

Во второй главе для оценки производительности МВС комплексов 'правления объектами разработана математическая модель функционирова-|ия МВС, включающей в свою структуру произвольное количество разно-

родных процессоров, объединенных с общей памятью (ОП) произвольным количеством шин.

1 2...п

Рис.1. Структурная схема системы

В первом параграфе главы проведен анализ существующих методов оценки зависимости производительности от структуры МВС и характеристик ее элементов.

Во втором параграфе решается задача разработки аналитического метода оценки производительности МВС, состоящей из произвольного количества типов процессоров, произвольного числа процессоров каждого типа и многошинной организацией связи процессоров с общей оперативной памятью.

На рис. I представлена структурная схема рассматриваемой МВС. Процесс функционирования МВС представлен замкнутой системой лассового обслуживания (СМО) с ожиданием и случайным распределением тпросов всех типов по всем шинам без взаимодействия между собой.

При этом предполагается, что суммарный поток запросов от процессоров саждого типа является простейшим с параметром ^ 0 = 1,14, где N - количество типов процессоров), а время обслуживания подчиняется экспоненциаль-юму закону распределения с параметром ць Каждый процессор в некоторые :лучайные моменты времени нуждается в обслуживании. Обслуживание осу-цествляется в памяти посредством п шин. Вновь поступивший на обслужива-ше запрос направляется с равной вероятностью в любую из свободных шин и 1риннмается на обслуживание. Если все шины заняты, то поступивший на об-луживанне запрос становится в очередь и ждет своего обслуживания. Дисци-шина обслуживания - случайный равновероятный выбор из очереди.

Фрагмент графа состояний рассматриваемой СМО представлен на >ис.2, а на рис.З - пример графа переходов для системы, состоящей из трех нпов процессоров (Ш|=1, ш:=2, тз=1, п=4).

СМО может находиться в следующих состояниях:

ам._о - в системе запросов на обслуживание нет, шины свободны;

а" „ - в системе находится один запрос от процессора первого типа, в

одной шине обслуживается один запрос, очереди нет; ао,о._1 " в с"стеме находится один запрос от процессора Ы-го типа, в одной шине обслуживается один запрос, очереди нет;

8 системе находится ^ запросов от процессоров 1-го типа, где

¡=1,2,...М, к шин занято обслуживанием, / запросов находятся в очередях на обслуживание;

ат,Мго21'."в системе находится пъ запросов от процессоров каждого ипа, Ь шин занято обслуживанием, (М-Ь) запросов находятся в очередях на бслуживание, где М - суммарное число процессоров;

М = Х>, ;

Ь =

к = О, Ь; ( = 0,(М- к) .

(3)

Рис.2. Фрагмент графа состояний СМО

Рис. 3. Граф переходов для системы, состоящей из трех типов процессоров

Система уравнений для стационарного режима имеет следующий вид: ¡.г

-++(«», - А +.....

.....

(4)

_у-„ рЬ.М-Н . ph.M-l.-l , „ рЬ.М-ЬЧ ,

I I ГП|-1,П1;.....т^; - ГП|,|Г: Т

где =

при ¿<к

|к, п ри ^ й к.

Решение полученной системы уравнений (4) с учетом условия норми-

ровки

Р«.».....Л Л И РЬ.Ь.....К--1.(кИ-[{] = 1

к»1 /.0 и-0 ¡¡«О

(5)

позволяет определить вероятности ^ нахождения системы в состояниях ак< . .

»■II—¡к

Для решения системы уравнений (4) в общем виде сделаем следующую подстановку

= (б) ¡•I

Сделав соответствующие преобразования, получим

(ш, + +(111, -3, + - +с»,И,]РА +

К +(ш, -+ -[(т, - +С1,Ц,]РА +

+ 1-

к- I

О)

к -1

Каждое уравнение системы (7) представляет собой систему уравнений однолинейной СМО, состоящей из ш источников запросов (процессоров) одного типа и п обслуживающих приборов (шин). Тогда вероятность Р^ равна

Р4 =

к + £-1

т.!

где р,

е Ак){т,-} ч

V =-Л

_о'|Р

р>'о.

1

и, = — г.

Т -^т

'о; 11 П

То, - время выполнения операции в ¡-ом процессоре, т, - время обслуживания в памяти запроса от процессора 1-го типа, Ч - параметр связности алгоритмов по памяти, равный вероятности того, что при выполнении каждой текущей команды потребуется обращение к ОП,

Р01 - вероятность нахождения каждой подсистемы в состоянии . Осуществляя обратную подстановку (8) в (6) с учетом количества путей достижения состояния а^'^ что в общем случае соответствует по-линоминалыюму коэффициенту, равному

ГШ

где (к + = , получим

'к + е-\)(п\ 1 + ш,!

-ГЬ

N. ( {.¡(т,-.),)!'

Р„" „ определяется из условия нормировки (5)

1-

piio 1 и.о.. „и

* ^ik + i-AiVj (к +-С)! 1

II

W=1 ы о

I

I ПТ-^гьр;

- ¡-I ("1, - J,j!

(10)

х (ис) П| I "

11 -11 ' л-0,1111

Произведя подстановку (10) в (9), получим решение системы уравнений в общем виде

? JWn(M * LÎK-j/1

(И)

1.1 '

J2.ll.m2

К*».™?,

В третьем параграфе главы предложен алгоритм расчета производительности МВС, состоящей из произвольного количества типов процессоров, произвольного числа процессоров каждого типа и произвольного количества шин, объединяющих процессоры с ОП.

При оценке производительности МВС определяющим оказывается общее количество запросов, находящихся на обслуживании и в очередях независимо от их типа. Общее количество запросов, находящихся в очередях можно определить, используя понятия совокупности стационарных вероятностей Р|с.; , средней длины очереди /ср и коэффициентов относительных потерь производительности для процессоров каждого типа .

1-/ 1-1-1,

1,-1 />1

0, = I + • (14)

Т„ + т,

Тогда относительную производительность МВС можно определить, используя выражение :

о,,

(15)

где к, - коэффициент, учитывающий быстродействие процессоров каждого типа

Т„.

(16)

То, -относительное время выполнения операции процессорами i-ro ти-To,„ui- наименьшее значение из То,.

г --1

Используя выражения (II, 12, 13, 14, 15,16), разработан алгоритм расчета производительности и основных характеристик МВС, состоящей из произвольного числа процессоров трех типов, объединенных с ОП посредством произвольного количества шин.

В качестве примера в параграфе приведена оценка производительности МВС. За основу при оценке производительности взят многопроцессорный вычислительный комплекс типа "Эльбрус", состоящий из десяти центральных процессоров (ш, = 1,10, То|=0,66мкс и Т|=1,2мкс). Оценка производится при вводе в его структуру от одного до четырех процессоров с То:=8мкс и одного процессора с Тоз=:157мкс (т1=1:=т.?=1,2мкс).

гп!=4 " " т:= 2

Рис. 4. Графики зависимости производительности системы от количества шин при фиксированных значениях количества процессоров всех типов

Анализ зависимостей показывает, что производительность МВС изменяется при изменении количества шин нелинейно. При увеличении числа шин и постоянном числе процессоров ш, (¡=1,2,3) производительность МВС увеличивается (рис. 4). При увеличении числа центральных процессоров производительность так же увеличивается. Причем одинаковую производительность можно получить при различных значениях т, (кривые зависимости на рис. 4 пересекаются).

При увеличении числа центральных процессоров пп (рис. 5) и постоянном числе шин п производительность, увеличиваясь, достигает максимального значения, а затем происходит незначительное увеличение. Это объясняется увеличением числа процессоров, ожидающих обслуживания в ОП.

В четвертом параграфе главы сделаны выводы по результатам работы, проделанной во второй главе диссертационной работы.

В третьей главе разработаны методы и технические средства повышения производительности специализированных многопроцессорных вычислительных систем комплексов технических средств управления объектами.

Пс 5"

<■5 --* "

/

3,5 - - / /

3

1.5 - -1

0,5 -• 0

1

г

п=1

Рис. 5. Графики зависимости производительности системы от количества процессоров первого типа при фиксированных значениях количества шин и процессоров других типов

В первом параграфе главы рассмотрены требования, предъявляемые к аппаратным методам вычисления функций и в качестве аннотации говорится о предметах исследований в третьей главе диссертационной работы.

Во втором параграфе главы разработан алгоритм оценки быстродействия спецпроцессоров, при котором производительность МВС- наибольшая.

Зависимость Пс от Т0, приведена на рис. 6,7.

Определение быстродействия спецпроцессоров Тоо.н, при котором производительность ВС - наибольшая, позволяет выбрать методы аппаратной реализации выбранных микроопераций.

К выбранному для аппаратной реализации набору макроопераций относятся операции вычисления квадратного корня и тригонометрических функций. В третьем параграфе главы приведен анализ методов вычисления тригонометрических функций и автором разработан избирательный таблично- алгоритмически)! метод и основанный на нем алгоритм вычисления тригонометрических функций, п устройство для его реализации.

Рис. б. График зависимости производительности от быстродействия

процессоров второго типа.

Рис. 7. График зависимости производительности от быстродействия процессоров третьего типа.

В этой же главе произведен анализ известных методов и средств вычисления квадратного корня. Наиболее быстродействующими методами являются: метод одновременного вычисления нескольких разрядов подкоренного выражения и метод с использованием операций логарифмирования и по-тенцпирования.

Операция вычисления квадратного корня является частным случаем операции вычисления степенных функций. В литературе предлагается операции вычисления степенных функций, умножения и деления выполнить аппа-ратно - посредством логарифмирования и потснциирования. Это приводит к сокращению времени выполнения операций и номенклатуры разрабатываемых н выпускаемых изделий.

В данном параграфе произведен синтез и разработано устройство для вычисления элементарных функции, позволяющее выполнять операции возведения в Я-ую степень и вычисления корня Я-ой степени, умножения и деления, логарифмирования и потенциирования.

С цеяыо унификации устройств для реализации выбранного набора микроопераций целесообразно с помощью одного устройства вычислять не одну, а несколько макроопераций т.е. создавать спецпроцессоры для вычисления нескольких макроопераций.

В литературе указывается взаимосвязь между вычислением квадратного корня и синусоидальных функций и предлагается вычислять квадратный корень с помощью значений синуса. Недостатком данного метода является то, что значение квадратного корня вычисляется для чисел в пределах от единицы до ста, а значение синусов углов хранятся в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ).

Автором предлагается метод и устройство для вычисления квадратного корня для чисел меньших единицы, представленных в естественной форме. Значения синусов углов вычисляются с помощью устройства для вычисления тригонометрических функций, описанных выше.

Несмотря на то, что время вычисления квадратного корня незначительно увеличивается по сравнению с некоторыми известными методами, достоинством предлагаемого устройства является то, что оно позволяет вычислять, наряду с квадратным корнем, прямые и обратные тригонометрические функции без дополнительных аппаратурных затрат.

В четвертом параграфе главы произведена оценка повышения производительности МВС при использовании спецпроцессоров для вычисления выбранных в первой главе макроопераций по отношению к производительности МВС с однородными процессорами. На рис.8 пунктирной линией показана производительность МВС, в которой макрооперации вычисляются с помощью универсальных однородных процессоров, а сплошной - производительность МВС со спецпроцессорами для вычисления макроопераций. При этом в состав МВС с разнородными процессорами входят универсальные процессоры (ш, =1,15 То1=0,66 мке), два процессора для вычисления показательных и логарифмических функций (Ш'^2, То;^ мке) и процессор для вычисления тригонометрических функций (шз=1, Т|»=157 мке, т1=г:=тз=1,2 мке ).

Анализ зависимости показывает, что производительность МВС с разнородными процессорами увеличивается на 12-15% относительно производительности ВС с однородными процессорами. Увеличение производительности достигну] о за счет уменьшения интенсивности поступления запросов от спецпроцессоров к ОП, а следовательно, уменьшения средней длины очереди.

Пс

2,5 т

1,5 ■■

1 ■■' 0,5 ■ ■

О -1-1-1-1-1-1-1——I-1-1-1-1-1-1-1

1 2 3 4 5 6 7 « 9 10 11 12 13 14 15 т1

Рис. 8. График зависимости производительности от количества процессоров первого типа при использовании универсальных и специализированных процессоров.

Пс

Рис. 9. График зависимости производительности от количества процессоров первого типа при использовании сдвига начала циклов работы процессоров и без него.

На рис.9 пунктирной линией показана производительность МВС, в эторой сдвиг начала циклов работы, рассмотренной в первой главе работы, ак метод разрешения конфликтов, возникающих при обращении процессо-ов к ОП, осуществлен для процессоров первого типа, сплошная линия - без

сдвига циклов. За счет использования сдвига начала циклов работы процессоров производительность увеличивается на величину 6-8%.

В завершении параграфа сделаны выводы по результатам исследовании, проведенных в третьей главе диссертационной работы.

В четвертой главе для оценки достоверности полученных результатов разработана имитационная модель функционирования МВС, включающей в свою структуру произвольное количество разнородных процессоров и шин, объединяющих процессоры с общей оперативной памятью.

В первом параграфе главы рассмотрены основные требования, предъявляемые к средствам моделирования, используемым для исследования характеристик ВС.

Целью моделирования является оценка влияния количества шин, объединяющих процессоры с ОП, количества блоков ОП и количества процессоров каждого типа на производительность МВС.

Система исследуется при следующих предположениях. Каждый из процессоров i-ro типа выполняет какие-то операции с временем реализации Toi. При этом каждый из процессоров при выполнении операции, с вероятностью Pi, зависящей от коэффициента связности алгоритма с памятью, генерирует запрос к ОП, который поступает в узел разрешения конфликтов к шинам (УРКШ) и при наличии свободных шин сразу поступает в узел разрешения конфликтов к блокам ОП (УРКБ). В противном случае он становится в очередь запросов к шинам. Поскольку обращения к различным блокам ОП равновероятны, существует ненулевая вероятность одновременного обращения запросов к одному блоку ОП.

В этом случае поступившая заявка в УРКБ становится в очередь на обслуживание. Извлечение заявок из очереди к шинам реализуется в соответствии со следующими дисциплинами обслуживания:

1. первый пришел - первый обслужился (FIFO);

2. последний пришел - первый обслужился (LIFO);

3. случайный выбор заявки из очереди;

4. выбор заявки по жестко закрепленным приоритетам.

Извлечение заявок из очереден УРКБ производится только в соответствии с дисциплиной обслуживания FIFO. Время обслуживания заявки в ОП считается фиксированным, поскольку в реальных системах цикл ОП фиксирован.

При работе модели выбирается время моделирования Тм, которое разделяется на интервалы анализа. Длина интервала анализа At выбирается равной минимальному времени выполнения операций в процессорах, т.е.

Д1 = штТо1, i=ÏÏN.

Подсчет производительности ВС производится следующим образом.

Относительная производительность системы Пс будет вычисляться как отношение количества реально выполненных операций всеми процессорами системы за время моделирования к количеству операций, выполненной однопроцессорной ВС (с универсальным процессором) за время моделирования (взяв это количество за единицу производительности системы).

Эта величина оценивается в результате моделирования. На основе рассмотренного выше составлен алгоритм и программа его :ализации для ЭВМ.

Во втором параграфе главы приводится алгоритм и анализ результатов оделирования.

Рис. 10. Алгоритм моделирования

Алгоритм моделирования (рис. 10) построен по модульному принципу -каждый модуль представляет собой подпрограмму, выполняющую определенную функцию. Это модули формирования запросов, имитации обслуживания заявки в ОП, формирования очередей к шинам и блокам ОП, выбора заявки из очереди к шинам или блоку ОП и процедура планирования эксперимента и формирования результатов.

В результате моделирования получены графики зависимости производительности МВС от количества процессоров первого типа при фиксированном количестве шин, а также от количества шин при фиксированном количестве процессоров всех типов и различном количестве блоков общей оперативной памяти (рис. И, 12). На них показаны усредненные значения при многократном прогоне имитационной модели. Разброс выходных значений производительности при многократном прогоне модели не превышает ± 1,5% от усредненого значения, причем при увеличении времени моделирования разброс уменьшается.

0 -1-1-1-1-)-1

2 « б а ю Ш1

- п=1

„=3 6а. ОП -5

Рис. 11. Графики зависимости производительности МВС от количества процессоров первого типа при фиксированном количестве шин, процессоров всех типов и блоков общей оперативной памяти.

Анализ полученных результатов показывает, что характер изменения производительности при имитационном моделировании соответствует характеру изменения производительности, полученному при исследовании математической модели функционирования МВС.

Эта величина оценивается в результате моделирования. На основе рассмотренного выше составлен алгоритм и программа его ализации для ЭВМ.

Во втором параграфе главы приводится алгоритм и анализ результатов аделирования.

Алгоритм моделирования (рис.10) построен по модульному принципу -каждый модуль представляет собой подпрограмму, выполняющую определенную функцию. Это модули формирования запросов, имитации обслуживания заявки в ОП, формирования очередей к шинам и блокам ОП, выбора заявки из очереди к шинам или блоку ОП и процедура планирования эксперимента и формирования результатов.

В результате моделирования получены графики зависимости производительности МВС от количества процессоров первого типа при фиксированном количестве шин, а также от количества шин при фиксированном количестве процессоров всех типов и различном количестве блоков общей оперативной памяти (рис. II, 12). На них показаны усредненные значения при многократном прогоне имитационной модели. Разброс выходных значений производительности при многократном прогоне модели не превышает ±1,5% от усредненого значения, причем при увеличении времени моделирования разброс уменьшается.

О -1-1-1-1-1-1

г 4 6 В 10 т1

- п=I

п=3 6л. ОП -5

Рис. 11. Графики зависимости производительности МВС от количества процессоров первого типа при фиксированном количестве шин, процессоров всех типов и блоков общей оперативной памяти.

Анализ полученных результатов показывает, что характер изменения производительности при имитационном моделировании соответствует характеру изменения производительности, полученному при исследовании математической модели функционирования МВС.

штельной техники II Отчет по НИР: КВКУРЭ ПВО, "Механика".- Краснорск, 1997.-33с.

9. Терехов В.А., Нечушкин А.П. Аналитический метод оценки произво-штельности многопроцессорных систем при обращении разнородных профессоров к общей памяти - Информатика и системы управления. Межвузов-:кий сб. науч. тр./выпуск 1- Красноярск: КГТУ, 1998, Сс. 64-71.

10. Нечушкин А.П., Терсков В.А.. Разрешение конфликтов при обраще-1ии процессоров к общей памяти - Информатика и системы управления. Меж-|узовский сб. науч. тр./ выпуск 1- Красноярск: КГТУ, 1998, Сс. 32-37.