данными). Наборы данных снабжаются именами, с помощью которых программы обращаются к соответствующим наборам и их элементам. Одни и те же наборы данных могут использоваться многими прикладными программами. Чтобы исключить необходимость представления одних и тех же данных в различной форме, вариантах и сочетаниях, ориентированных на разные программы, необходимо обеспечить независимость данных и программ. Это достигается за счет организации данных в виде специальных структур - баз и банков данных, а также использования совокупности программных средств, предназначенных для выборки, модификации в добавления данных, - системы управления базами данных. Организация данных в форме баз обеспечивает независимость прикладных программ от логической и физической организации базы данных, в результате чего изменения в программах не влекут за собой изменения базы и реорганизацию базы данных, не требует внесения изменений в программы, оперирующие с данными.

Функционирование СОД. Функционирование СОД представляется в виде процессов. Процесс1 - это динамический объект, реализующий целенаправленный акт обработки данных. Процессы разделяются на прикладные и системные. Прикладные процессы реализуют основные функции СОД, заданные прикладными программами или обрабатывающими программами ОС, а инициируются заданиями пользователей или сигналами, поступающими в СОД из внешней среды. Примеры прикладных процессов: решение прикладной задачи; редактирование, трансляция и сборка программы; сортировка набора данных в др. Системные процессы реализуют вспомогательные функции, обеспечивающие работу СОД. Примеры системных процессов: системный ввод; системный вывод; перемещение страниц, а виртуальной памяти; работа супервизора и др. Как правило, системные процессы существуют в течение всего периода работы СОД - от момента включения до момента выключения СОД.

S3 S4

S6S7

S

S

S

S

S

1

2

5

8

9

t

П

Рис. 1.10. Временная диаграмма вычислительного процесса

Процесс Рг описывается тройкой р = (ti,At, где tt - момент инициирования

процесса, Аг - атрибуты процесса, определяющие имена источника, инициировавшего процесс, пользователя, задания, режим обработки данных, приоритет процесса и др., и T- трасса процесса. Трасса процесса - последовательность событий, связанных с изменением состояния процесса. Трасса процесса представляется в виде упорядоченного множества событий T ={S1,S2,...,SM}, имевших место в моменты времени t1,t2,...,tM, причем

t1 < t2 <... < tM. К событиям относятся моменты ввода задания, начала и завершения обработки шагов (пунктов) задания, начала и окончания выполнения процессов в устройствах СОД, начала использования и освобождения разделов памяти, предоставляемых процессу в запоминающих устройствах, и др. Каждое событие связывается с моментом его возникновения, программой, реализующей процесс, и ресурсом, обслуживающим процесс. Таким образом, трасса характеризует динамику процесса - развитие процесса во времени и пространстве. Трасса может быть представлена в виде временной диаграммы, на рис. 1.10 изображающей выполнение программы процессором и внешним устройством. Отрезки,

В ряде публикаций - вычислительный процесс.

t

t

выделенные на осях жирными линиями, соответствуют периодам, когда процессор и внешнее устройство заняты выполнением программы. Дугами обозначены интервалы времени, в течение которых процесс находится в состоянии ожидания, т. е. не обслуживается ни одним устройством, ожидая момента освобождения устройства.

Таким образом, функционирование СОД выражается в форме процессов выполнения программ. Процесс выполнения программы связан с использованием ресурсов СОД, а также наборов данных и самих программ. Следовательно, характерной чертой процесса является его одновременная связь и с выполнением программ и с работой технических средств СОД.

Рабочая нагрузка. Процесс функционирования СОД существенно зависит от состава заданий, исходных данных и сигналов, поступающих на вход СОД. Весь объем поступающей информации принято называть рабочей нагрузкой СОД. При проектировании к эксплуатации СОД наибольший интерес представляет потребность заданий в ресурсах: оперативной и внешней памяти, процессорном времени, устройствах ввода - вывода и др. Поэтому рабочую нагрузку, относящуюся к промежутку времени Т, определяют в виде множества характеристик заданий.

L = {h}={<A,,0,1,...,0lN >},(1.1)

где li - описание 1-го задания, устанавливающее его атрибуты Ai и потребность задания&iN в ресурсахНапример, значение 0i1 может определять емкость

области оперативной памяти, необходимой заданию, 0i2 - число выполняемых процессором операций, 0i3 - количество вводимых данных и т. д.

Число заданий, обрабатываемых СОД за промежуток времени, дающий полное представление о рабочей нагрузке, обычно весьма велико. Поэтому описание рабочей нагрузки в виде (1.1) оказывается, как правило, громоздким. Для представления рабочей нагрузки в компактной форме потребность заданий в ресурсах характеризуется среднестатистическими значениями объема ресурсов, приходящимися на одно задание.

Рабочая нагрузка зависит от назначения (сферы применения) СОД и оказывается различной для систем, оперирующих с разными классами задач: инженерно-техническими, планово-экономическими, учетно-статистическими и др.

1.3. ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ

При проектировании СОД, стремятся обеспечить наиболее полное соответствие системы своему назначению. Степень соответствия системы своему назначению называется эффективностью (качеством) системы. Для сложных систем, какими являются СОД, эффективность не удается определить одной величиной, и поэтому ее представляют набором величин, называемых характеристиками системы2. Набор характеристик формируется таким образом, чтобы в своей совокупности они давали наиболее полное представление об эффективности системы. Основными характеристиками СОД являются производительность, время ответа, надежность и стоимость. В дополнение к ним используются следующие характеристики: габариты, масса, потребляемая мощность, диапазон рабочих температур, ремонтопригодность и др.

Характеристики зависят от организации системы - структуры, состав» программного обеспечения, режима функционирования системы и др. Применительно к задачам оценки эффективности организация СОД определяется в виде математических объектов, называемых параметрами системы. В качестве параметров используются величины, определяющие, например, число и быстродействие устройств, емкость памяти, рабочую нагрузку и др. Наряду с этими величинами в качестве параметров могут использоваться,

Характеристики иначе называются частными показателями эффективности (качества) системы. Однако характеристика связывается с определённым свойством системы, а показатель - с величиной и способом ее вычисления, т. е. характеристика - понятие более, высокого ранга, чем показатель.

такие математические объекты, как множества, графы, алгоритмы и др. В число параметров включаются все объекты, характеризующие первичные аспекты организации системы и существенно влияющие на характеристики.

Таким образом, характеристики определяют свойства системы как целого, проявляющиеся в процессе эксплуатации системы и зависящие от ее организации, представляемой соответствующим набором параметров. В математическом аспекте характеристики можно рассматривать как наименования функций, аргументами которых являются параметры.

Рассмотрим способы оценки основных характеристик СОД и наборы параметров, влияющих на характеристики.

Производительность. Производительность - характеристика вычислительной мощности системы, определяющая количество вычислительной работы, выполняемой системой за единицу времени. В настоящее время отсутствует общепринятая методика оценки производительности СОД, что связано в первую очередь с отсутствием единиц для измерения количества вычислительной работы. Поэтому для оценки производительности используется широкая номенклатура величин - показателей производительности, которые и в отдельности и в совокупности не удовлетворяют в полной мере потребностям теории и практики проектирования и эксплуатации. СОД. Ниже определяются основные способы оценки производительности3.

Технические средства СОД (ЭВМ и периферийное оборудование) обладают производительностью вне связи с операционной системой, прикладным программным обеспечением и режимом эксплуатации системы. Производительность технических средств оценивается их быстродействием - числом операций, выполняемых ЭВМ и устройствами за секунду. Совокупность значений V = (V1,...,VN), определяющих быстродействия устройств

1,... , N, входящих в состав системы, характеризует номинальную производительность система. Чтобы оценка номинальной производительности была по возможности простой, стремятся уменьшить число составляющих в наборе (V1,---,VN). Это достигается двумя

способами. Во-первых, быстродействие устройств, выполняющих одинаковые операции и способных работать параллельно, представляют суммарным быстродействием. За счет этого номинальное быстродействие может быть представлено как набор значений, а именно суммарное быстродействие процессоров, внешней памяти, средств ввода и вывода, например: быстродействие процессоров 1,2 млн. операций в секунду; быстродействие внешней памяти 200 обращений в секунду; скорость ввода 6 тыс. символов в секунду. Во-вторых, быстродействие внешней памяти и подсистем ввода - вывода может считаться несущественным и тогда номинальную производительность характеризуют одним значением - суммарным быстродействием процессоров системы.

Номинальная производительность характеризует только потенциальные возможности устройств, которые не могут быть использованы полностью. Этому препятствует влияние структуры связей между устройствами на их производительность, что проявляется в изменении скорости работы одних устройств при работе других. Так, из-за того, что процессор и каналы ввода - вывода подключены к общей оперативной памяти, увеличение скорости ввода - вывода приводит к уменьшению производительности процессора; суммарная производительность устройств ввода -вывода, подключенных к мультиплексному каналу, ограничена пропускной способностью канала, фактическая производительность накопителей, подключенных к блок-мультиплексному каналу, меньше их суммарного номинального быстродействия и т. д. Чтобы оценить влияние первой группы факторов - структуры системы на быстродействие устройств, используется специальная характеристика - комплексная производительность. Комплексная производительность оценивается

набором быстродействий устройств V1*,...,VjNr, обеспечиваемых при совместной их работе, т. е. в

составе комплекса технических средств. По вышеописанным причинам комплексная

Подробный анализ показателей производительности приведен в работе [18].