Содержание к диссертации
Введение
1. АНАЛИЗ ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ УСТРОЙСТВ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ 13
1.1. Обощенная структура МПУ ПИ Б СОИ 14
1.2. Внешние параметры МПУ ПИ. Показатели эффективности и качества 16
1.3. Типовые структуры многомашинных и мультипроцессорных BS 24
1.4. Принципы построения операционной системы мульти-микропроцессорных 31
1.5. Анализ существующих методик проектирования МПУ ПИ 35
1.6. Формулировка задачи исследования 38
ВЫЕОДЫ по главе 40
2. КОНЦЕПТУАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ И МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ПОСТАНОВКА
ЗАДАЧИ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ ВК МПУ ПИ 41
2.1. Модель технических средств ВК МПУ ПИ 42
2.2. Алгоритм работы КМ 45
2.3. Модель выполнения прикладных процессов и операционной системы 54
2.4. Математическая формулировка задачи определения внутренних параметров 62
2.5. Математические модели анализа мультипроцессорных вычислительных систем 66
Выводы по главе 72
3. АНАЛИТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И ПРОЦЕДУРА ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ
ОПТИМИЗАЦИИ ВК МПУ ПИ 73
3.1. Расчет среднего времени задержки и коммутационной производительности 73
3.1.1. Расчет среднего времени задержки в системе технологических цепочек 73
3.1.2. Методика расчета составляющих среднего времени выполнения процессов 75
3.1.3. Расчет среднего времени ожидания предоставления СОП 75
3.1.4. Расчет суммарного среднего времени ожидания предоставления системных ресурсов 84
3.1.5. Расчет суммарного среднего времени ожидания предоставления прикладных ресурсов 87
3.1.6. Расчет суммарного среднего времени ожидания в очереди активных процессов 91
3.2. Расчет вероятности искажения и блокировки информации 94
3.2.1. Вероятность искажения информации 94
3.2.2. Вероятность блокировки информации 98
3.3. Построение процедуры параметрической оптимизации 99
3.3.1. Шаги методики построения МПУ Ш 100
3.3.2. Обобщенный алгоритм оптимизации 104
3.3.3. Расчет начального приближения 105
3.3.4. Формирование матриц распределения ресурсов по секциям оперативной памяти 109
3.3.5. Расчет стС , ft , Л и і,ъ 115
3.3.6. Формирование матриц распределения прикладных процессов и ОМ по очередям активных процессов . 117
4 3.3.7. Расчет емкостей секций локальной и общей памяти 119
Выводы по главе 121
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА МЕТОДИКИ ПОСТРОЕНИЯ МПУ ПИ 122
4.1. Макет ЦКП на микро-ЭВМ "Электроника C5-2IM" 122
4.2. Методика экспериментального определения показателей эффективности макета ЦКП 132
4.3. Результаты аналитического моделирования макета ЩП и их экспериментальная проверка 139
Выводы по главе 151
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 152
ЛИТЕРАТУРА 155
ПРИЛОЖЕНИЕ 160
- Внешние параметры МПУ ПИ. Показатели эффективности и качества
- Модель технических средств ВК МПУ ПИ
- Расчет среднего времени задержки и коммутационной производительности
- Макет ЦКП на микро-ЭВМ "Электроника C5-2IM"
Внешние параметры МПУ ПИ. Показатели эффективности и качества
Одним из этапов разработки методики синтеза МПУ ПИ является определение множества их внешних и внутренних параметров. Внешние параметры характеризуют МПУ Ш с точки зрения пользователя. Обычно эти параметры задаются как технические требования на МПУ ПИ в целом и (или) на его составные элементы. Набор внутренних параметров характеризует определенное решение, принятое для построения комплекса технических средств и программного обеспечения МПУ ПИ.
В настоящее время отсутствуют общепринятая система классификации множеств внешних и внутренних параметров МПУ ПИ. Поэтому здесь предложен один из вариантов классификации и выбора внешних параметров, полученный автором на основе анализа многочисленных технических заданий на МПУ ПИ для СОИ различного назначения. Разделим множество внешних параметров на две категории.
К первой категории относятся внешние параметры, на которые задаются численные нижние или верхние допустимые границы, которые должно обеспечивать МНУ ПИ в процессе своей работы.
В первой категории выделим четыре основные группы внешних параметров:
- технико-экономические;
- эксплуатационные;
- надежностные;
- вероятностно-временные.
Рассмотрим кратко каждую из перечисленных групп. К группе технико-экономических параметров относятся следующие:
- число и номинальная пропускная способность подключенных в МПУ Ш каналов связи;
- массо-габаритные характеристики;
- потребляемая мощность;
- стоимость.
К группе эксплуатационных параметров относятся:
- условия эксплуатации (температура, влажность, устойчивость к вибрации, тряске, ударам, к ионизирующим излучениям и т.п.);
- численность обслуживающего персонала (для обслуживаемых вариантов МПУ ПИ);
- объемы проводимых регламентных и профилактических работ;
- ремонтопригодность (наличие контрольно-наладочного оборудования, систем тестового диагностического контроля, ЗИП и т.п.).
class2 КОНЦЕПТУАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ И МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ПОСТАНОВКА
ЗАДАЧИ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ ВК МПУ ПИ class2
Модель технических средств ВК МПУ ПИ
Модель технических средств ВК изображена на рис.2.1 и представляет собой мультипроцессорную систему, содержащую канальные модули KMf - КІЛ5 , обрабатывающие модули ОМ, - 0МУ , секции ОШ СОП.,, - СОПм , а также модуль комплектования (МК).
КМ состоит из двух устройств побитовой обработки (УПО) на приеме и передаче, двух блоков буферной памяти(БП), а также двух каналов прямого доступа в ОШ (КОД) с независимыми трактами доступа.
УПО представляют собой аппаратные устройства, реализующие операции генерации и выделения межкадровых разделителей, битста-ффинга, циклического кодирования/декодирования, побитовой передачи и накопления длиной L элементов ИК. Так, для протокола МЫС 1Э=Ъ бит [I] .
КОД является автоматом с жесткой программой (микропрограммой) и осуществляет пересылку информации из БП УПО в отведенные буфера ОШ и обратно.
ОМ состоит из процессора (ПР), оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) для хранения рабочих данных и локальной постоянной памяти СШ для хранения программ с циклом обращения Ї L .
Все процессоры, входящие в состав ОМ идентичны и имеют но D омминальное быстродействие о н операций в секунду. Объем и цикл ОЗУ для всех ОМ одинаков. Объем ЛП для разных ОМ может быть различен.
ОШ состоит из секций оперативной памяти (СОП) с независимыми трактами доступа. Все СОП имеют одинаковый цикл ТS , но различный объем. КМ и ОМ получают доступ к программно выбранной СОП через
МК, который обеспечивает доступ ОМ к КМ одновременно в различные СОП. Таким образом, если Е ВК имеется S КМ, А/ ОМ и М СОП, то одновременно Б ОШ могут обратиться М ОМ и КМ в любом сочетании. Если при обращении ОМ или КМ к некоторой СОП она оказывается занятой, то запрос не теряется, а ставится в очередь запросов к данной СОП. Обслуживание запросов производится в порядке поступления. Один и тот же ОМ или КМ не может выдать новий запрос Е ОПП, если еще не обслужен предыдущий, даже если запр осы адресованы Е различные СОП.
class3 АНАЛИТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И ПРОЦЕДУРА ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ
ОПТИМИЗАЦИИ ВК МПУ ПИ class3
Расчет среднего времени задержки и коммутационной производительности
Для решения задачи определения внутренних параметров мульти-микропроцессорных ВК необходимо выбрать для всех уровней построенной концептуальной модели МПУ ПИ соответствующие аналитические модели, описывающие функциональную связь выбранных показателей эффективности и качества с множествами внешних и внутренних параметров. Решение задачи завершается построением процедуры параметрической оптимизации ВК МПУ ХМ.
Используем рекуррентную процедуру вычисления средних (2.45)-(2.48) для расчета среднего времени задержки и коммутационной производительности [43] . При этом, согласно изложенной концептуальной модели, система технологических цепочек ВК МПУ Ш, изображенная на рис.2.4, должна быть представлена в виде 3G0, в которой циркулирует конечное число заданий.
Как было сказано, в ВК циркулирует конечное число заданий. Поэтому система технологических цепочек (рис.2.4) может быть представлена в виде 3G0 объединением всех выходов системы со входами. Каждый узел рассматриваемой 3G0 является системой обслуживания соответствующего прикладного процесса.
Как следует из концептуальной модели, отражающей реальную структуру ВК МПУ ПИ, процессы приема ИК входных очередей не имеют, а кольцевые очереди, кав обычные списковые очереди, обслуживаются Б соответствий с дисциплиной "первый пришел - первый обслужен".
Макет ЦКП на микро-ЭВМ "Электроника C5-2IM"
Для практической реализации макета ЩП были выбраны серийно выпускаемые отечественной промышленностью модули микро-ЭВМ "Электроника С5-2Ш", относящиеся к классу микро-ЭВМ "Электроника-С5" [48] .
Достоинством набора модулей "Электроника G5-2IM" является их широкая номенклатура, позволяющая разработчику сравнительно легко строить вычислительные системы различного назначения, а также наличие программно-аппаратных средств, таких как "Канал-2" и "Последовательный канал" (Ш), позволяющих строить мультипроцессорные системы.
В состав модулей "Электроника С5-2Б/Г входят следующие.
Одноплатная микро-ЭВМ "Электроника С5-2Ш" с быстродействием 220 тысяч операций в секунду формата RR ; с длиной машинного слова 16 разрядов; с 16 регистрами общего назначения; с ОЗУ емкостью 256 слов и резидентным ШУ ЗК слов; с двумя параллельными интерфейсами типа ?-шина, один из которых предназначен для расширения локальной памяти микро-ЭВМ и подключения внешних устройств, другой - для объединения микро-ЭВМ в мультйсистемы; с программируемым 8-разрядным интерфейсом цифровых входов-выходов (ЦВВ) и с последовательным каналом для непосредственного асинхронного обмена информацией между микро-ЭВМ, а также для взаимодействия с пультом управления "Электроника G5-2I07".
Адаптер с фотосчитывающим устройством (ФС), перфоратором ленточным (ГШ) Й телеграфным аппаратом (ТГА) "Электроника С5-2103".
Модуль ОЗУ на 16 К слов с циклом обращения 2 микросекунды - "Электроника C5-2IQ5".
Модуль ПЗУ на 8 К слов с циклом обращения 2 микросекунды -"Электроника C5-2I08".
Модуль сопряжения с дисплеем на 4 направления - "Электроника C5-2I06".
Модуль сопряжения с дисплейной клавиатурой и накопителем на гибких дисках (НГМД) - "Электроника C5-2II2", ІШЗУ с ультрафиолетовым стиранием и электрической перезаписью на 4 К слов - "Электроника G5-2II3".
Пульт управления МЭВМ по ПК - "Электроника 05-2107".
Рассмотрим более подробно технические средства и программное обеспечение макета ЦКП на микро-ЭВМ "Электроника C5-2IM 1.
Структура технических средств макета ЦКП выбрана в соответствии с рекомендациями раздела І в виде мультипроцессорной системы с перекрестной коммутацией на основе аппаратно-ориентпрован-ных функциональных модулей. Структура технических средств макета приведена на рис.4.1. Макет построен таким образом, что Е целях проведения эксперимента может меняться число функциональных модулей. В максимальном составе макет содержит 3 КМ, 4 ОМ, I МВО и 2 СОП.
