Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Постановка задачи исслелования. алементы теоретического анализа интерактивных систем коллективного пользования 8
1.1. Обзор литературы по СКП и режимам разделения времени 8
1.2. Выделение модели об'єкта исслелования в вычислительной среде Т5
1.З. Модель целей пользователя 20
1.4. Декомпозиция модели об'єкта 23
1.5. Выводы 26
Глава 2. Исследование основных дисциплин обслуживания запросов в интерактивных систем коллективного пользования 27
2.1. Классификация дисциплин обслуживания запросов в мониторах СКП 27
2.2. Последовательная дисциплина обслуживания 30
2.3. Циклическая дисциплина обслуживания 35
2.4. Мультизадачная дисциплина обслуживания 40
2.5. Проведение экспериментальных исследований на обобщенной модели монитора 45
2.6. Выводы 49
Глава 3. Анализ методов организации рабочих файлов и внешней памяти в систем коллективного пользования
3.1. Обеспечение независимости рабочих Файлов и эффективности использования внешней памяти в СКП 52
3.2. Влияние различных методов Физической организации рабочих Файлов на характеристики доступа к этим Файяам 53
3.3. Структура оперативного метода доступа 59
3.4. Базисный оперативный метод доступа 61
3.5. Последовательный оперативный метод доступа 63
3.6. Выводы 68
Глава 4. Исследование и разработка методов доступа к терминалам в интерактивных системах коллективного пользования 70
4.1. Анализ существующих методов доступа к терминалам 70
4.2. Элементы информационного обмена в интерактивных СКП 78
4.3. Координатный метод доступа 82
4.4. Конкпетная пеатшзация координатного метода доступа 88
4.4.1. Позиционирование и вывод информации 89
4.4.2. Ввод информации с .дисплеев 95
4.4.3. Предварительный анализ введенной информации 98
4.5. Язык интерактивных Фрагментов ДИФОЛ ІС5
4.5.1. Особенности использования языка ДИФОЛ во внешних программах 106
4.5.2. Реализация ДИФ(Ш в среде языков высокого УРОВНЯ 107
4.5.3. Интерпретатор языка ДИФСИ для СКП ІГ8
4.6. Выводы ТП
Глава 5. Многоцелевая интерактивная система коллективного пользования "Фокус". Экспериментальные исследования 113
5.1. Структура системы "Фокус" 113
5.2. Пользователи системы "Фокус" 121
5.3. Анализ статистической информации, собранной
при работе системы "Фокус" 123
5.4. Сравнительный анализ различных систем
коллективного пользования 128
5.5. Рекомендации к созданию программного обеспечения целевых модулей системы " Фокус " 131
5.6. Выводы 134
Заключение 136
Литература 138
Приложение 1. Пример выборки статистической и учетной ин формации о сеансах работы систем* "Фокус" 141
Приложение 2. Примеры программ с использованием макро команд ОВД и КЩ и языка ДИФШ 146
Приложение 3. Акты о внедрении результатов диссертации . 162
- Обзор литературы по СКП и режимам разделения времени
- Классификация дисциплин обслуживания запросов в мониторах СКП
- Обеспечение независимости рабочих Файлов и эффективности использования внешней памяти в СКП
- Анализ существующих методов доступа к терминалам
- Структура системы "Фокус"
Введение к работе
Э№ективность использования вычислительной техники и оабо-ты пользователей в современных вычислительных системах во многом определяется функциональными возможностями и опеиативностыо функционирования интерактивных систем коллективного пользования (СКШ. 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 СИТ и их матобеспечения на этапе оптимизации функциональных схем необходимо проводить подробный анализ Функционирования системы, обеспечивающий об'єктивний и - Є - обоснованный выбою экономически целесообразных вариантов. Для этих целей необходимо построение моделей взаимодействия проектируемых системе внешней средой (окружением).
В качестве об'єкта исследования в диссертационной работе Бассматиивается многоцелевая интерактивная СКП, предназначенная для организации элективной работы вычислительной машины (на примере ED ЯВМ) и группы пользователей. Предметом изучения являются вопросы методики выбора программных структуо и алгоритмов управления вычислительным пиоттессом 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 структушого пюограммишвания.
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 интеоактивных СКП на базе стандаотного обог/удования
ЕС ЗВМ, а также в создании'конкретных систем, функционирующих на основе разработанных методов доступа и языка программирования интерактивных Фрагментов для алфавитно-цифровых дисплеев. - В "
Обзор литературы по СКП и режимам разделения времени
Работа посвящена структуре и реализации вычислительных систем с разделением времени. В работе содержится подробный и полный обзор проблем, возникающих ПРИ разработке систем с разделением времени,УЯ методов их решения. Рассмотрены ВОПРОСЫ управления памятью и внешними устройствами, языки управления и надежность систем. В работе приведен обзор порядка 4Г систем разделения времени по состоянию на 1967 год.
В книге Дроздова Е.А. и Пятибратова А.П. [17] излагаются принципы построения и работы вычислит альных систем, в том числе СКП. Рассмотрены важнейшие вопросы выбора структуры, разработки входных алгоритмических языков, удобных для абонентов, оптимального распределения и защиты памяти, обеспечения требований надежности. Авторы выдвигают на первый план вопросы, связанные с обеспечением удобств абонентов в процессе их взаимодействия с системой. В работе рассмотрены основные показатели качества функционирования систем разделения времени.
Пятибратов А.П. в [2С] рассматривает вычислительные системы с дистанционным доступом на основе телекоммуникационных сетей и соответствующих методов доступа. Здесь так е главное внимание уделяется режимам разделения времени и определяются основные требования для осуществления диалогового режима.
В связи с разработкой крупных проектов, таких как MAC, CTSS (Массачусетский технологический институт), ТЗЗ, JQSS за рубежом и ДИМШ, АИСТ-0 в нашей стране появилось много работ, посвященных исследованию этих систем на основе анализа статистических данных о самих системах и о деятельности программистов и операторов.
Одно из наиболее фундаментальных исследований режима разделения времени на основе данных о системе МАС и СТЙЗ проведено Шеором [Ї]. Исследование посвящено планированию работы системы и производительное ти аппаратной части. Обсуждая основные проблемы насыщения систем с разделением времени, Шерр предложил в качестве параметра насыщения использовать отношение среднего времени "обдумывания" к сумме времени работы процессора и среднего времени замены программы. В работе указывается, что на основании статистических характеристик экспериментальных данных можно сг&ормировать относитально простые модели, воспроизводящие временные характеристики пользователя, причем реализация этих моделей дает хорошее согласие с результатами эмпирического изучения деятальности пользователя. Исследование Шерра представляет собой ценный вклад в изучение поведения пользователя в системах с разделением времени.
Классификация дисциплин обслуживания запросов в мониторах СКП
Циклическая дисциплина обслуживания представляет собой лежим квантования времени, пли котором для обслуживания каждого из запросов периодически выделяется квант времени 6. Если в течение этого времени обслуживание запроса полностью не закончится, то он возвращается в очередь запросов, которые ожидают обслуживания. Возможны разновидности циклической дисциплины обслуживания, ппи которых запросы с незавершенной обработкой поступают в другую очередь с понижением или повышением приоритета. Возможны также варианты с изменяемой по запросам величиной кванта.
Мультизадачная дисциплина обслуживания может быть представ- ! лена как циклическая дисциплина с естественным квантованием. Мультизадачная дисщплина предполагает выделение для каждого запроса отдельного процесса или задачи (в терминах операционной системы) и обеспечивает совмещенное выполнение этих задач за счет утилизации всевозможных задержек времени и состояний ожидания.
В реальных системах возможны различные комбинации этих дисциплин. Например, в рамках любой из задач мультизадачной дисциплины обслуживания возможна организация последовательной или циклической обработки запросов.
Для сравнения различных дисциплин обслуживания необходимо оценить показатели качества обслуживания, позволяющие судить о ПРИГОДНОСТИ той или иной дисциплины к выполнению возложенных на нее функций и выбрать наиб алее эффективную дисциплину обслуживания. Перечислим показатели качества обслуживания, которыми в данном случае являются параметры функционирования СКП, имеющие отношение к мониторной части (см. стр. 18-20).
Обеспечение независимости рабочих Файлов и эффективности использования внешней памяти в СКП
Мошо выделить следующие TDH способа обеспечения независимости рабочих Файлов [32]:
1. Для каждого файла пользователя отводится один отдельный рабочий набор. Каждый такой набор идентифицируется собственным именем Файла и идентификатором пользователя.
2. Все записи рабочих Файлов хоанятся в едином наборе. Каждая запись идентифицируется составным ключем, состоящим из идентификатора пользователя, имени рабочего йайла и номера записи.
3. Записи всех рабочих Файлов перемешаны в едином наборе. Для каждого Файла Формируется отдельный индекс (управляющая таблица) .
Первый способ обеспечения независимости рабочих Файлов является наиболее простым, однако его применение возможно лишь при знании максимальных размеров файлов каждого пользователя. Другим недостатком этого способа является большая избыточность необходимой внешней памяти.
Второй и третий способы свободны от этих недостатков и эквивалентны между собой с точки зрения затрат внешней памяти.
В текстовых редакторах элементами данных чаще всего являются логические записи с операторами языков программирования (Ассемблер, Фортран, ГОІ/Т и др.). Каждая логическая запись снабжается последовательным номером, значение КОТОРОГО определяет расположение записи в тексте (Файле). Для наиболее эффективного использования внешней памяти записи в наборах блокируют, при этом уменьшается количество межзонных промежутков и в одну и ту же область можно поместить больше информации. Кроме того за счет блокирования записей значительно сокращается время их выборки и обработки для любой организации данных (но увеличиваются размеры буферов ввода-вывода в оперативной памяти).
Анализ существующих методов доступа к терминалам
Метод канальных команд используется в том случае, когда ни един из стандартных методов доступа неприменим для оиганизации ввода-вывода. Используя этот метод, программист должен составить канальную программу, ПОСТРОИТЬ блок управления вводом-выводом, блок управления событиями и блок управления данными. Кроме того необходимо написать программы, обрабатывающие коды завершения канальных программ для выявления ошибочных и сбойных ситуаций. Сигналы внимания от локальных терминалов выявляются с помощью обработчика прерываний ввода-вывода. Удаленные терминалы сигналов внимания не вырабатывают и центральный процессор или канал должны периодически проверять состояние терминалов с целью получения индикатора внимания.
Метод канальных команд достаточно пгюст, но требует от программиста детального знания работы каналов, терминалов, центрального процессора и спедств связи. Метод связан с большими затратами на программирование и является основой всех ДРУГИХ методов доступа.
Графический метод доступа - это набор макрокоманд и управляющих программ, которые обеспечивают взаимодействие операционной системы с комплексом алфавитно-цифровых дисплеев 1D-79C6 и графическим дисплеем ЕС-7С64. К главным Функциям графического метода доступа относятся: управление вводом-выводом и обработка сигналов внимания.
Функции управления вводом-выводом состоят в выполнении макрокоманд ОРЕН , CLOSE для блока управления данными и инициализации передачи дачных по запросам макрокоманд чтения (GRE/\D), записи (GWITJr) и стирания (GCNTRL). В этих макрокомандах необходимо указывать адреса блока управления данными, блока, лщравления событием, адрес области основной памяти, в которую или из которой будут считываться данные, днину передаваемых данных и тип операции. В графическом методе доступа существует 16 типов операций ввода-вывода, которые полностью совпадают с канальными командами для данных комплексов.
Пполгаммы обработки сигналов внимания бывают двух типов -базисные и специальные Точные). Основное назначение сигнала внимания - это указать, на какой терминал должен обтатить внимание центральный процессор для передачи данных или ввода запоо-са для обработки. При базисном методе обработки сигнала внимания управляющая программа операционной системы автоматически обнаруживает сигнал внимания и передает управление программе пользователя для обработки этого сигнала. В специальном методе обработки сигнала внимания в отличие от базисного метода отсутствует автоматическое обнаружение сигналов внимания. ПОЭТОМУ здесь пользователь должен предусмотреть в своей программе средства для проверки наличия и обработки сичталов внимания.
Структура системы "Фокус"
Такая (Тюрма передачи управления обусловлена тем, что указание внешнего адреса точки входа в явном виде весьма затруднительно, а во многих случаях невозможно без дополнительного редактирования модулей редактором связей. С дпупой СТОРОНИ, количество таких входов в модупь обычно невелико (единицы) или они вообще отсутствуют, так как целевой модуль представляет собой логически законченную функциональную единицу системы. Отладка целевых модулей упрощается ввиду отсутствия явных внешних ссылок.
Таким образом, если зсе операнды, указывающие точку входа в модуль, в макрокоманде ЗКЕАК опущены, то при указании операнда Ш управление будет передано в основную точку входа в модуль, имя которого определено в операнде 1М , т.е. на команду вызываемого модуля, следующую после макрокоманды bBGISJ% а если операнд /./И также опущен, то управление будет передано в тот же (текущий) целевой модуль на команду, следующую за макрокомандой bRE/\K.
Операнд Р позволяет управлять приоритетом приватной задачи. Значения операнда Р могут изменяться от Р до 9, что соответствует десяти уровням приоритета, от максимального до минимального соответственно. Таким образом, прснзаммист, зная характер и время обработки определенных запросов, может задавать соответствующий приоритет для приватной задачи, добиваясь при этом наиболее эффективного обслуживания поступающих запросов.
Программное обеспечение системы "Фокус" четко подраздели- ется на управляющие модули и целевые модули. Каждый модуль тлеет свое функциональное .назначение.
В совокупности управляющие модули выполняют следующие основные Функции:
- инициирование и завершение таботъг системы;
- управление задачами и распределением памяти;
- обработка сигналов внимания от локальных дисплеев и опрос удаленных терминальных станций;
- модульное обеспечение специальных методов доступа;
- инициирование работы целевых модулей;
- обработка программных преиываний и аварийных ситуаций;
- обеспечение сохранности информации пользователей;
- накопление статистической и учетной инйюшации.
Вторая часть программного обеспечения системы "Фокус" состоит из большого количества целевых модулей, котоше об единены в группы по разделам системы. Набов или пакет целевых модулей системы определяет области ее применения.
