автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.13, диссертация на тему:Учебно-исследовательский комплекс программ для моделирования процессов и их взаимодействий

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТ; -^ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

РГ6 ОН-—-:-

} 5 /ШЬ ¡С:

' На правах рукошси

Эль-Нимри Лина Савайя

УЧЕБНО-ИССУВДОВАТЕЛЬСКИЙ КОМПЛЕКС ПРОГРАММ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ И ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ

Специальность 05.13.13 - Вычислительные машины,

комплексы, система и сети

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 1994

Работа выполнена в Санкт-Петербургском Государственном электротехническом университете.

Научный руководитель-доктор технических jmyK профессор ФОМИЧЕВ B.C.

Официальные оппоненты: доктор технических наук профессор НЕМОЛОЧНОВ О.Ф. кандидат технических наук доцент ГУБКИН А.Ф.

Ведущая организация - НПО "Аврора"

*СО ¿¿//¿¡р /.и Защита диссертации состоится "-»-"—у^" 1994 г.

в /¿? часов на заседании спёцализировайного совета

К 063.36.12 Санкт-Петербургского государственного

электротехнического университета по. адресу! 197376,

Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 5.

С диссертацией можно озйакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан "-"-- 1994 г.

Учбный секретарь специализированного совета

БАЛДКИН В.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.В последние года все больше увеличивается тенденция к разработке и построению высокопроизводительных многопроцессорных вычислительных систем (ВС) и средств программирования, в которых ускорение вычислений происходит за счет параллельного выполнения совокупности последовательных процессов.

На всех этапах проектирования многопроцессорных' ВО целесообразно иметь средство, позволящее оценивать качество проектирования, выявлять потенциальные возможности и узкие места проектируемой системы. Наличие таких средств особенно необходимо для системного этапа проектирования, который является наиболее ответственным^ трудоемким и формализованным в'меньшей степени, чем последующие этапы проектирования. На этом этапе определяется структура, принципы функционирования и производительность будущей ВС. .Исходйыми данными для этапа системного проектирования является техническое задание, а результатом должна быть архитектура ВС, которая бы удовлетворяла характеристикам технического задания. Одной из основных трудностей этого этапа является необходимость учета не только состава аппаратной части ВС, но и влияния программных компонентов ВО и рабочей нагрузки. "

' Применение на этапе системного проектирования измерительных средств является невозможным, а использование аналитических методов для исследования таких сложных систем является трудоемким и дает грубую оценку. Выходом из рассматриваемой проблемы является исследование разработанной архитектуры ВО с помощью имитационной модели. Существующие в настоящее время и используемые на этапе системного проектирования системы имитационного моделирования позволяют получать определенные характеристики разрабатываемых комплексов, однако при их использовании возникают следующие трудности:

- невозможность одновременного моделирования аппаратных, и программных компонентов ВС;

- ограниченность вариантов структур и алгоритмов

управления ВС;

- необходимость сведения реальных задач к стандартным входным потокам определенного вида.

Кроме того, они не учитывают специфику их применения в учебном процессе, такую как: расширяемость, простота общения, наглядность и демонстрационный эффект, документируемость.

Перечисленные вше обстоятельства делают задачу построения программной системы, ориентированной на анализ работы мультипроцессорной ВО актуальной, имеющей йаучное и практическое значение.

Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка и исследование модели многопроцессорной ВС и модели системы моделирования, ориентированных на получение показателей качества работы ВС и на использование как в учебном процессе, так и на этапе системного проектирования.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

1. Построение моделей входной нагрузки, программной управляющей и аппаратной частей ВС.

2. Разработка объектно-ориентированной, модели системы моделирования.

3. Реализация системы моделирования средствами языка объектно-ориентированного программирования.

4. 1 Разработка методики использования системы моделирования в. учебном процессе и для исследования многопроцессорных ВС,

. Методы исследований. Для решения поставленных задач использовались положения и методы теории вычислительных систем, имитационного моделирования, проектирования операционных систем (ОС), объектно-ориентированного программирования.

Научная новизна заключается в следующем:

I. Предложена формальная интегрированная модель ВС, состоящая из трех компонентов:

- событийной модели входных процессов;

- структурно-алгоритмической модели аппаратной части

ВС;

- структурно-алгоритмической модели программной части

ВС.

Отличительными чертами данной модели ВС являются:

- взаимосвязь всех компонентов модели, позволяющая определить аппаратную и программную .* конфигурации моделируемых ВС и контролировать правильность ах описания;

т возмокность моделирования ВС с детерминированными входными потоками,, учитывающими характеристики входной нагрузки; - •

. - учет изменения производительности. ВС в зависимости от ее конфигурации и конфликтов при обращениях к обдей памяти и программным ресурсам;

- параметрическая настройка . аппаратных и программных частей ВС, позволяющая менять состав ВС и способ ее управления.

2. Разработана объектно-ориентированная модель системы моделирования в виде диаграмм объектов, классов, методов, .состояний и модулей, отражающих иерархию построения системы и динамику ее поведения. Особенность данной модели заключается в том, ято она определяет функционирование как. моделируемого объекта, так и окружения, ббеспечивающего параметрическую настройку . модели, вывод результатов моделирования и интерфейс с пользователем. Такая модель может быть реализована в любом объектно-ориентированном языке и обладает свойством мобильности, и расширяемости.

Практическая ценность работы заключается в следующем:'

1. Разработан, реализован и отлажен комплекс программ имитационного моделирования ВС с использованием языка объектно-ориентированного программирования, обеспечивающего эткрытость и мобильность системы.

2. Разработан и внедрен в учебный процесс цикл яабораторных работ по дисциплине "Организация вычислительных ■фоцессов" и разработаны рекомендации по использованию системы моделирования на этапе системного проектирования ВС.

Внедрение результатов работы. Результаты дяссерта-_ ионной работы используются в учебном процессе, при эыполнении лабораторных работ по дисциплине "Организация ¡ычислительных процессов" на кафедре Вычислительной техники

СПб ГЭТУ.

Апробация работа. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ЛЭТИ им. В.И.Ульянова(Ленина), 1990-1993 гг.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 2 печатные работы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения,, четырех глав с выводамиь заключения, списка литературы, включающего 62 наименования, и двух приложений. Основная часть работы изложена на 249 страницах машинного текста. Работа содержит 68 рисунков и .9 таблиц.

СОДЕККАНИЕ РАЩШ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и основные задачи исследования.

В первой главе дан анализ методов ' и средств моделирования, используемых на этапе системного проектирования ВС, рассмотрены особешгости применения имитационного моделирования ВС в учебном процессе.

В работе подчеркивается важность выполнения анализа ВС на системном этапе проектирования, соответствующим уровни память-процессор-коммутатор (ППК).

Входными данными для анализа на этапе проектирования ГОЖ являются заданные функции для проектирования ВС и структура аппаратной части ВС и ее характеристики, получаемые в результате проектирования, а также структура управляющей части ВС. А результатами исследований являются показатели качества функционирования ВС, такие как: скорость выполнения ^команд; время прохождения задач; загрузка оборудования; эффективность выполнения процессов; накладные расходы на работу ОС; эффективность использования ОС; коэффициент использования общих библиотечных модулей. Эти и другие показатели должны быть получены с помощью системы моделирования путем имитации работы создаваемой ВС.

На основе приведенного анализа сделан вывод, о целесообразности использования имитационного моделирования в

качестве инструмента для исследования ВС' на этапе проектирования ППК, поскольку другие методы исследования, как измерение, макетирование или аналитическое моделирование являются либо неприменимыми, либо сложными и дают низкую точность результатов.

Обзор литературы, посвященной средствам и способам моделирования ВС на этапе ППК показывает, что отсутствуют системы, позволяющие одновременно описывать программные и аппаратные составляющие ВС, исследовать различные количественные показатели производительности ВС и промоделировать разные варианты структур и алгоритмов управления ВС. Поэтому для анализа результатов этапа системного проектирования необходимо разработать систему моделирования," которая бы позволяла имитировать работу мультипроцессорной ВС с различными способами управления и потоками входных задач и с помощью которой можно получить основные характеристики функционирования ВС. Система -моделирования должна быть также ориентирована на использование в учебном процессе и в ней должны быть учтены основные требования, предъявляемые к методическим разработкам. Такая сиотвма моделирования должна обладать следующими свойствами: настройка на различные структуры ВС; задание характеристик для каждого аппаратного и программного компонента ВС; выбор -способа диспетчеризации а управления ресурсами ВС; конструирование входных потоков задач; вывод результатов моделирования в форме временных диаграмм, графиков и таблиц; диалоговый режим работы пользователя; наглядный дружественный интерфейс; открытость для расширения, которая может быть связана с введением новых структур, компонентов и алгоритмов управления.

Показано также, что существующие модели мультипроцессорных ВС не могут быть использованы для построения системы моделирования с указанными свойствами, так как в них отсутствует взаимосвязь между входными потоками задач, аппаратными и программными компонентами ВС. Кроме того, для описания каадой составляющей ВС используется свой математический аппарат, что делает невозможным применение единого механизма для перехода от описания модели

ВО к модели системы моделирования. Поэтому в первую очередь необходимо разработать обобщенную модель' ВС, в которой используется едийый аппарат описания всех составляющих ВС, определен набор моделируемых архитектур ВС и учтена, взаимосвязь между 1Й>мпонентами ВС.

Отсутствие в литературе описания модели системы моделирования, имитирующей работу ВС на уровне ППК, выдвигает задачу разработки формального описания системы моделирования, которое включает в себя статические и динамические компоненты ВС и компоненты, обеспечивающие процесс моделирования. Такое формальное описание не должно зависеть от реализации и должно быть основой для разработки модулей и структуры системы моделирования.

Вторая глава- посвящена . разработке интегрированной модели ВС.

В модель ВС входят модели аппаратной и управляющей частей ВС, описывающих структуру ВС. и ее технические характеристики, структуру и совокупность основных характеристик проектируемой ОС, а также модель цроцесса, которая отражала бы как свойства и характеристики решаемой задачи, так ^запросы на системные ресурсы, требуемые для ашолнения этой задачи в. ВС. Модели всех частей ВС (аппаратная и программная части, й процессы) должны быть взаимосвязаны, не противоречивы и составлять• единую моделирующую среду, а также . должны учитывать допустимые варианты типов структур и способов управления ими.

Достижение поставленной цели . требует . формализованного описания ВС на уровне ППК и описания функционирования ее компонентов. Модель аппаратной части состоит из двух частей: модели структуры и алгоритмической модели учета аппаратных конфликтов,

Модель структуры аппаратной части ВС описывает состав, размещение и параметры различных ' аппаратных средств или узлов, входящих в ее состав, а также основные характеристики этой структуры. Для разработки модели были выбраны сильносвязанные ВС с общей памятью типа МВЮ, использующие в качестве средства коммутации шину или коммутатор, включающие или не включающие процессоры ввода-вывода, в которых.

\

процессоры могут иметь свои блоки локальной памяти или кэш-памяти, в которых периферийные .устройства могут быть доступны всем процессорам или закреплены за процессорами.

Далее в работе описаны модели основных блоков, входящих в структуру ВС на уровне ППК и их характеристики: система коммутации (шина или коммутатор); процессоры (ЦП); общая память; процессоры ввода-вывода; устройства ввода-вывода (УВВ); блоки локальной памяти. Определены ограничений и характеристики аппаратных блоков ВС, которые необходимы для получения показателей качества работы рассматриваемых конфигураций ВС. Уровень детализации и список характеристик выбирался таким образом, чтобы можно было определить фактическое быстродействие узлов и загрузку оборудования.

: В работе предлагается структурный подход к описанию многопроцессорных ВС типа МШБ, представляющий собой модификацию нотации Хокни, расширенную с помощью аппарата "плекс-грамматик". Плекс-грамматики позволяют описывать ■структуры, элементы которых имеют произвольное число точек связи с другими элементами. Предложенный способ позволяет описать не только блоки, входящие в состав структуры ВС и их характеристики, но и формально описать способ связи и соединения между ними. Была- выделена базовая структура, содержащая общую память и систему коммутации и путем добавления разных блоков мы получаем разные структуры многопроцессорных ВС. В работе приведены правила описания основных примитивов, входящих в структуру ВС на уровне ППК и разработана грамматика описания аппаратной части ВС.

Приведенный в работе обзор аналитических методов оценки потери производительности из-за аппаратных конфликтов позволяет охарактеризовать их следующим образом: некоторые аналитические методы являются асимптотическими, а другие метода основанные на теории массового обслуживания требуют соответствующий способ задания характеристик аппаратных блоков, который как правило не задается в описании оборудования. Кроме того, асимптотические формулы и методы,, основанные на теории массового обслуживания предполагают включение в систему нескольких однородных процессоров с однородной нагрузкой и сильно ограничивают число параметров,

которые хотелось бы учитывать.

Поэтому необходимо разработать такую ■ модель, которая учитывала бы следующие факторы:

- 'градационный способ задания параметров аппаратных узлов, который задается в виде дискретной величины;

г конфликты в процессорах ввода-вывода;

- включение в систему как однородных процессоров, так и разнотипных процессоров, а также возможность выполнения процессов различных типов смесей;

- наиболее важные характеристики аппаратуры: время обращения к памяти, пропускная способность шины, быстродействие процессоров и УВВ и другие параметры.

Учет конфликтов базируется на пересчете быстродействий блоков, участвующих в обмене с общей памятью в данном такте моделирования. Этот способ предполагает, что в каждом такте моделирования активные блоки равномерно обращаются к общей памяти, и, что количество таких обращений известно из описания входных процессов. Правильность предложенного способа подтверждается .близкими результатами, полученными путем моделирования и с помощью расчетов, выполненных по аналитическим формулам для случая, когда ВС построена из .однородных 'процессоров, которые работают на однородной нагрузке. Основная особенность дайной модели . заключается в том, что она позволяет моделировать гетерогенные ВО;

Для разработки модели ОС в работе рассмотрены составные компоненты управляющей части ВС и взаимодействие между ними, описана алгоритмическая модель этих компонентов для разных способов управления вычислительными ресурсами: управление ВС; управление процессами; управление процессорами; управление памятью; управление устройствами; управление программными ресурсами; управление обменом сообщениями.

Модель ОС должна описать не только структуру и функции ОС, но и параметры, характеризующие саму ОС и которые должны быть учтены при разработке ее модели для исследования эффективности ее функционирования. Основными

характеристиками ОС являютя: объем памяти, занятой при работе ОС; системное устройство, используемое операционной системой для выгрузки процессов; размер буфера, используемый

- д -

для обмена сообщениями; способы управления ресурсами системы (способ диспетчеризации, способ распределения, памяти и т.д.); квант времени при разделении времени; описание драйверов устройств ввода-вывода; приоритеты системных процессов и количество выполняемых команд при выполнении. некоторого системного процесса.

В описание программной части ВО вводится понятие-таблица функций ОС. Она используется для задания характеристик супервизорш!х . процессов, реализующих определенные функции ОС. К таким характеристикам относятся: приоритет процэсса, среднее количество команд, которое постоянно выполняется при вызова функции, среднее количество команд, связанное с выполнением некоторого цикла при вызове функции, щля смеси команд и номер системного процессора, за •которым закреплена данная функция при функционально-распределенном способе управления. Параметры, характеризующие среднее число постоянно и циклически выполняющихся команд используются для вычисления времени работы функции ОС. Количество команд процесса выполнения функции зависит от сложности выполнения алгоритма и от- длины списков'и таблиц, с которыми работает алгоритм.

Для описания структуры ОС используются синтаксические правила грамматики, определяющие состав модулей ОС, взаимосвязь этих модулей со структурой аппаратной части ВС,. а также характеристики ОС.

Лингвистическо-событийная модель описания входных процессов базируется на описании детерминированного потока запросов к ресурсам ВС и учитывает в какой конфигурации ВС будет выполняться входной процесс. Модель позволяет конструировать процессы различного характера: периодические, вычислительные, с большим количеством обращений к памяти и к УВВ, интенсивно обменивающиеся сообщениями, с динамическим порождением и уничтожением задач, конкурирующие за программные ресурсы. В модели предусмотрена возможность управления составом команд программы, соответствующей данному процессу. Такое управление реализуется путем задания смеси команд, которая характеризует интенсивность обращения к памяти и путем указания типа процессора, на котором она

должна выполняться.

Модель процесса состоит из двух компонентов: блока характеристик процесса и описания процесса. К основным характеристикам процесса относятся: идентификатор процесса; время запуска процесса; приоритет; объем памяти, занимаемый программой и данными при выполнении процесса; индивидуальный квант для режима разделения времени; количество запусков И' период перезапуска для периодического процесса.

Описание процесса ето последовательность событий, которые задаются запросами с указанными параметрами. Параметры запросов должны быть известны, поскольку совместно используемые и переиспользуемые ресурсы не могут быть распределены, если не указаны некоторые детали требований на ати ресурсы. Рассмотрены различные типы запросов, составляющие множество возможных событий. Это запросы на выполнение операций вычисления; на выделение и освобождение памяти; на выделение и освобождение устройств; на выполнение ввода-вывода; на, выполнение программных, ресурсов; на порождение процессом другого процесса; на приостановку и последующую активизацию процессом другого процесса; на снятие процессом другого процесса, на временную задержку процесса самого себя; на передачу сообщения между процессами и на завершение..Далее в работе приведены синтаксические правила описания процесса.

Для того, чтобы описать характер активного процесса при выполнении операций вычисления . необходимо задавать информацию, характеризующую такие свойства процесса, как частота обращений к памяти при выполнении вычислений. Такая информация требуется для получения фактических характеристик работы аппаратных узлов. Для этого было введено понятие смеси команд. Модель смеси команд • характеризуется именем, количеством раз обращения к памяти при выполнении одной команда вычисления. Смёсь задается в качестве параметра при описании запроса, связанным с выделением процессора.

При составлении описания процессов по приведенным в работе синтаксическим правилам возможны любые последовательности перечисленных типов запросов. Однако, с цель» получения логически корректных, с одной стороны, и

выполняемых на какой-либо аппаратной и управляющей конфигурации с' другой стороны • последовательностей накладываются некоторые ограничения, представляющие собой семантические правила языка описания модели процессов.

•В связи с тем, что описание процесса может быть длинным, т.е. состоять из большого числв запросов, а так же может содержать повторяющиеся и одинаковые участки, Возникает необходимость разбиения описания на фрагменты. В свою ' очередь фрагментом может являться любая последовательность событий или запросов. Это упрощает процедуру составления процессов, вследствие того, что каждый фрагмент может содержаться несколько раз в одном процессе, содержаться в моделях разных процессов, а. так же может повторяться несколько раз подряд.

Разработанная интегрированная модель ВС на уровне ППК используется как для композиции при анализе, так и для разработки системы имитационного моделирования.

Третья глава посвящена -проектированию объектно-' ориентированной модели системы моделирования , ВС. При использовании объектно-ориентированного подхода ' для проектирования системы Моделирования необходимо построить ее логическую и функциональную модели и ее модульную структуру.

Для достижения данной цели в работе разработано формальное описание системы моделирования, состоящее из синтаксических правил, описывающих модель ВС и ее окружение. Данное описание определяет программно-аппаратную среду, в которой будет имитироваться работа ВС. Однородное описание компонентов системы моделирования дае!г возможность применять к ним один механизм преобразования при переходе к объвктао-оривнтированной модели системы.

В основе логической структуры объектов лежит принцип представления компонентов. ВС в виде совокупности иерархически организованных объектов. Иерархия объектов в системе отражает степень декомпозиции ВС. Преобразование формального описания ВС в описание имитационной модели в виде графа объектов требует формального метода перехода от структурного описания к описанию графа объектов. Были выделены три вида правил грамматики описания модели:

1) а ::= ^ рг„г. рь, где * p^ и & > 0;

2) а ::= р> I рг... 1 рь, где * р/ и & > 1;

3) а :;= ра I р? рг... рь, где р1 = р./ = р и й ? 0.

На основе этих типов правил были введены правила построения графа объектов модели ВС и системы моделирования, имекщего три вида отношения включения, соответствующих видам правил грамматики:

- безусловное включение;

- альтернативное включение: только один объект этой Группы может быть включен в объект, с которым, эта группа связана; .

- множественное включение: в объект может быть включено множество однородных объектов, причем минимальное число их вхождений определяется значением й.

Первый тип отношения включения описывает статическую' составляющую модели ВС и модели окружения, а второй и третий типы- динамическую составляющую и, следовательно, для объектов,, связанных таким типом отношений, должны. быть определены операции порождения и удаления.

В работе определена совокупность методов, описывающих функциональную семантику объектно-ориентированной модели системы моделирования. Поведение объекта определяете^ •последовательностью применения к нему методов. Такая зависимость поведения во времени-объясняется наличием данных о состоянии объекта в его структуре. Поэтому динамику поведения объекта можно описать как переход объекта из одного состояния в другое под воздействием одного или нескольких методов. Построены диаграммы поведения и состояния объектов, с помощью которых фиксируются йравила работы с объектом и отражается динамика работы системы моделирования,

Разработка структуры, классов основывалась на ранее построенном графе объектов. Вершинам графа или объектам, имеющим одинаковые характеристики, одинаковые методы и одинаковые функции методов ставится в соответствие один общий класс объектов. Каждой вершине графа шш каждому объекту, Не совпадающему по характеристикам и методам с какими-либо другими объектами ставится в соответствие свой

класс объектов. Иерархия классов строилась с учетом типов отношения включения между объектами и возможности их реализации в языке, допускающим только единичное наследование.

Система моделирования реализована на персональной машине, совместимой с IBM PC с использованием средств языка объектно-ориентированного программирования Turbo Pascal и пакета Turbo Professional в объеме 17 тысяч строк. В силу ее большого объема реализация системы моделирования бнлё разработана в виде множества иерархически построенных модулей.

Модульная структура система моделирования представлена диаграммой модулей и структурной схемой системы моделирования. Диаграмма модулей описывает распределение "объектов и классов по модулям, а структурная схема показывает основные компоненты системы и их размещение на устройствах ЭВМ.

Четвертая глава ' посвященё разработке методики Исследования ВС с помощью комплекса программ имитационного моделирования в учебном процессе и на этапе системного проектирования.'

На этапе системногь проектирования ВС приходится решать задачи, связанные с выбором структуры ВС и алгоритма ее управления. При этом важно иметь сравнительные оценки различных вариантов решений, что являлось бы доказательством правильности выбранных решений. На этом этапе главным параметром, характеризующим работу . ВО, является ее производительность. Предлагается следующий порядок, определения производительности" ВС на основе системы моделирования:

1. Проверка возможности выполнения за определенное время заданной совокупности процессов, поступающих на вход ВС, для которой известны характеристики аппаратной части я выбран алгоритм функционирования ОС.

2. Определение временных затрат, связанных с работой ОС и отдельных ее компонентов.

3. . Определение ■ загрузки и фактической ' производительности аппаратных блоков ВС при различной

входной нагрузке.

4. Получение сравнительной оценки производительности при изменении аппаратной и программной частей ВС.?

Разработано методическое обеспечение системы моделирования, включающее в себя описание основных концепций построения модели ВС, правила работы с системой, глоссарий и методические указания к лабораторным работам. Методические материалы хранятся в виде гипертекста вместе с программной частью комплекса и могут, вызываться через основное меню в процессе моделирования.

Комплекс программ моделирования имеет удобный для пользователя интерфейс, реализованный в виде системы меню и . подменю, и поддержанный графическими средствами. С кавдым пунктом меню связано свое подменю. На каждом из этапов работы пользователю выдается сообщение или подсказка о том,* какие действия ему необходимо или можно совершить. Также имеется широкая система контекстно-зависимой помощи в виде гипертекста.

Для учебных целей система моделирования является единственным - средством отображения внутренних процессов, протекающих в ВС, поскольку в реальных ЭВМ эти процессы недоступны и скрыты от пользователя. На основе системы .моделирования организован цикл лабораторных работ- пр изучению влияния на производительность ВС характеристик и алгоритмов программно-аппаратных компонентов. ' В щюцессе проведения лабораторных работ можно демонстрировать как взаимодействуют аппаратные и програшные компоненты ВС, как организован вычислительный процесс при различных способе«, управления и как меняются во времени состояния процессов. Лабораторные работы построены таким образом,4 чтобы можно было исследовать работу, однопроцессорной и многопроцессорной ВС с различными структурами, способами управления, способами диспетчеризации и распределения памяти. Возможности системы моделирования позволяют продемонстрировать средства решения задачи взаимоисключения и синхронизации процессов в ОС, а также выявить причины тупиковых ситуаций, возникающих при выполнении параллельных процессов.

.Опыт использования данного комплекса программ в учебном

процессе показывает его эффективность для улучшения усваиваемости изучаемого студентами материала и закрепления теоретических знаний.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТ РАБОТЫ

В результате проведенных в диссертационной работе исследований получены следующие основные результаты:

X. Предложена формальная интегрированная модель ВС, состоящая из трех компонентов: Событийной модели входных процессов; структурно-алгоритмической модели аппаратной части ВС; структурно-алгоритмической модели программной части ВС. ' Данная модель обеспечивает взаимосвязь компонентов, позволяет контролировать правильность описания ВС и получать оценки ' производительности ВС при различных входных нагрузках.

2. Разработана объектно-ориентированная модель системы моделирования, описывающая . функционирование ВС и ее окружения и обеспечивающая параметрическую настройку модели, вывод результатов моделирования и интерфейс с пользователем.

3. На основе, системы Моделирования разработан цикл лабораторных работ по изучению механизмов работы ОС и влияния программных и аппаратных компонентов на производительность ВС.

4.- Разработаны рекомендации по использованию системы моделирования на этапе , системного проектирования ВС. Возможности системы моделирования позволяют ' предсказать производительность ВС на различных входных нагрузках, а также получить сравнительные оценки производительности при изменениях аппаратной 'и программной частей ВС. Особеано детальный анализ работы можно получить для программной часта, которая учитывает состав, алгоритмы и реализацию функций ОС.

5. Разработан, реализован и отлажен комплекс программ имитационного моделирования ВС с . использованием языка объектно-ориентированного программирования, обеспечивающего открытость и мобильность системы.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Фомичев B.C., Эль-Нимри Л, Организация комплексе программ для изучения и исследования механизмов управления вычислительными процессами и их взаи^одействия//Изв.ЛЭТИ: Сб лхауч.тр./Ленингр.электротехн.ин-т им.В.И,Ульянова (Ленина).- Л., 1991,- Вып. 436,- 0.7Р-74,

2. Использование комплекса программ моделирования вычислительных систем в учебном процессе / В.0.Фомичев» Г.В.Разумовский, Л.Эль-Нимри, В.Н,Румянцева // Изв. ЛЭТИ СПбГЭТУ: Сб.науч.тр./ Санкт-Петерб. государст. влактротехн. ун-т.- СПб., 1993.- ВЫП. 448.- C.97-I04.

Пода, к печ. 18.03.94. Формат 60x84 I/I6.

Офсетная печать. Печ.л. 1,0; уч.-изд.л. 1,0 Тира» 100 экз. Зан.да

Ротапринт МГП "Ноликом" 197376, Санкт-Петербург, ул.Проф.Попова, Б