Введение к работе
Актуальность проблемы.В последние года все больше увеличивается тенденция к разработке и построению высокопроизводительных многопроцессорных вычислительных систем (ВС) и дредств программирования, в которых ускорение вычислений происходит за счет параллельного выполнения совокупности последовательных процессов.
На всех этапах проектирования многопроцессорных' ВО целесообразно иметь средство, позволящеа 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. .Исходными 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 ВС 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 ВС 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 выше обстоятельства делают задачу построения программной системы, ориентированной на анализ работы мультипроцессорной ВС актуальной, имеющей научное 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. v 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 вхйдаой
нагрузки; -
. - учет изменения производительности. ВС в зависимости от ее конфигурации и конфликтов при обращениях к общей 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 а 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, обеспечивающего 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
яабораториых работ по дисциплине "Организация вычислительных
процессов" и разработаны рекомендации по использованию
зистемы моделирования на этапе системного проектирования ВС.
Внедрение результатов работы. Результаты дйссерта-_ щонной работы используются в учебном процессе, при шполнении лабораторных работ по дисциплине "Организация ^числительных процессов" на кафедре Вычислительной техники
СПб ГЭТУ.
Апробация работы. 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 выводамиt заключения, списка литературы, включающего 62 наименования, и двух приложений. Основная часть работы изложена на 149 страницах машинного текста. Работа содержит 68 рисунков и .9 таблиц.