вложений. Кроме того, стоимость выполнения программы в диалоговом режиме больше, чем в пакетном, из-за немалых издержек, связанных с управлением процессами со стороны операционной системы. При выполнении расчетов, особенно сложных, по апробированным программам и методикам постоянный контакт пользователя с системой необходим только на этапе ввода данных. При их обработке и выводе результатов оперативный контакт с пользователем не нужен. В таких случаях наиболее экономичным способом обработки данных является пакетный режим. В пакетном режиме организация процесса в системе имеет целью не минимизацию времени ответа, а снижение стоимости обработки данных за счет эффективного использования ресурсов системы. В пакетном режиме управление процессами - выбор заданий из очереди на обработку и порядок выполнения задач -направлено на повышение производительности системы за счет формирования смеси задач, обеспечивающей максимальную загрузку по возможности всех ресурсов системы. В этом случае время ответа становится весьма значительным: десятки минут и часы.

Вычислительные системы и комплексы в подавляющем большинстве случаев (в сети всегда) используются в режиме коллективного доступа, при котором с системой взаимодействует коллектив пользователей. Выполнение заданий производится в мультипрограммном режиме. Обеспечение режимов пакетного, запрос-ответ и диалогового производится за счет соответствующих способов управления ресурсами и процессами, реализуемых управляющими программами операционной системы.

Обработка в реальном масштабе времени. В системах управления реальными объектами, построенных на основе ЭВМ, процесс управления сводится к решению фиксированного набора задач A = {A1v.., AM}. Каждая задача инициируется либо периодически, либо при возникновении определенных ситуаций в системе. При этом темп инициирования задач и время получения результатов вычислений жестко регламентируются динамическими свойствами управляемого объекта: технологической установки, подвижного объекта и др. Это означает, что на время решения задач управления налагаются ограничения u1 <и*,...,uM <UM, определяющие предельное допустимое время ответа U1*,...,U*M для задач A1,...,AM соответственно. Режим, при котором организация обработки данных подчиняется темпу процессов вне СОД, называется обработкой в реальном масштабе времени (РМВ).

Обработка в РАШ обеспечивается за счет: 1) выбора структуры СОД и быстродействия устройств в соответствии с задачами обработки А и требованиями к времени обработки U*,...,UjM-; 2) способов организации процессов обработки, обеспечивающих требуемое время ответа u1 <U1*,...,uM <U*M при ограниченной производительности устройств и заданной структуре СОД.

Режим телеобработки данных. Телеобработка (удаленная обработка) - режим обработки данных при взаимодействии пользователей с СОД через линии связи. Телеобработка рассматривается в качестве самостоятельного режима обработки данных по следующим причинам. Во-первых, удаленность пользователей от СОД и наличие между ними специфического средства передачи данных - линии связи - порождает необходимость в специальных действиях пользователей при организации доступа к системе и завершении сеанса работы. Во-вторых, наличие линий связи налагает ограничения на форму и время обмена данными между пользователями и СОД. Эти ограничения приводят к необходимости специальных способов организации данных и доступа к ним, что в свою очередь отражается на структуре прикладных программ, используемых в режиме телеобработки.

Режим телеобработки характеризуется, прежде всего, спецификой доступа пользователя к системе и системы к данным, передаваемым через удаленные терминалы, т. е. связан в первую очередь с организацией обработки данных внутри СОД. При этом пользователи могут работать с режимах пакетном, диалоговом или «запрос-ответ». Каждый из этих режимов характеризуется специфичным способом взаимодействия пользователей с системой и соответствующим временем ответа.

ГЛАВА ВТОРАЯ

вычислительные комплексы

2.1. ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ

В первой главе было показано, что один из основных факторов, определяющих развитие вычислительной техники в целом и вычислительных систем в частности, - это высокая производительность. Общий метод увеличения производительности - организация параллельной обработки информации, т. е. одновременное решение задач или совмещение во времени этапов решения одной задачи.

Способы организации. Во всем многообразии способов организации параллельной обработки можно выделить три основных направления:

1)совмещение во времени различных этапов разных задач;

2)одновременное решение различных задач пли частей одной задачи;

3)конвейерная обработка информации.

Первый путь - совмещение во времени этапов решения разных задач - это мультипрограммная обработка информации. Мультипрограммная обработка возможна даже в однопроцессорной ЭВМ и широко используется в современных СОД. Второй путь -одновременное решение различных задач или частей одной задачи - возможен только при наличии нескольких обрабатывающих устройств. При этом используются те или иные особенности задач или потоков задач, что позволяет осуществить тот или иной параллелизм. Можно выделить несколько типов параллелизма, отражающих эти особенности.

Естественный параллелизм независимых задач заключается в том, что в систему поступает непрерывный поток не связанных между собой задач, т. е. решение любой задачи не зависит от результатов решения других задач. В этом случае использование нескольких обрабатывающих устройств при любом способе комплексирования (косвенном или прямом) повышает производительность системы.

Параллелизм независимых ветвей - один из наиболее распространенных типов параллелизма в обработке информации. Суть его заключается в том, что при решении большой задачи могут быть выделены отдельные независимые части - ветви программы, которые при наличии нескольких обрабатывающих устройств могут выполняться параллельно и независимо друг от друга. Двумя независимыми ветвями программы будем считать такие части задачи, при выполнении которых выполняются следующие условия:

ни одна из входных для ветви программы величин не является выходной величиной другой программы (отсутствие функциональных связей);

для обеих ветвей программы не должна производиться запись в одни и те же ячейки памяти (отсутствие связи по использованию одних и тех же полей оперативной памяти);

условия выполнения одной ветви не зависят от результатов или признаков, полученных при выполнении другой ветви (независимость по управлению);

обе ветви должны выполняться по разным блокам программы (программная независимость).

Хорошее представление о параллелизме независимых ветвей дает ярусно-параллельная форма программы, пример которой приведен на рис. 2.1. Программа представлена в виде совокупности ветвей, расположенных в нескольких уровнях - ярусах. Кружками с цифрами внутри обозначены ветви. Длина ветви представляется цифрой, стоящей около кружка. Стрелками показаны входные данные и результаты обработки. Входные данные обозначаются символом х, выходные данные - символом у. Символы х

имеют нижние цифровые индексы, означающие номера входных величин; символы у имеют цифровые индексы и внизу и вверху; цифра вверху соответствует номеру ветви, при выполнении которой получен данный результат, а цифра внизу означает порядковый номер результата, полученного при реализации данной ветви программы.

1 10

2

15

ty1

х

х

х

-

3

х

5

Рис. -.1. Ярусно-параллельная форма программы

Изображенная на рисунке программа содержит 14 ветвей, расположенных на 5 ярусах. Ветви каждого яруса не связаны друг с другом, т. е. результаты решения какой-либо ветви данного яруса не являются входными данными для другой ветви этого же яруса. На этом же графе могут быть изображены и связи по управлению или памяти. В этом случае граф позволяет наглядно показать полностью независимые ветви. Для простоты изображения мы этого не делаем.

На примере этой, в общем достаточно простой программы, можно выявить преимущества вычислительной системы, включающей несколько обрабатывающих устройств, и проблемы, которые при этом возникают.

Примем, что длина i-й ветви представляется числом временных единиц ti, которые требуются для ее исполнения. Тогда нетрудно подсчитать, что для исполнения всей

N=14

программы потребуется T = ti = 435 единиц времени. Если представить, что программа

выполняется двумя обрабатывающими устройствами, работающими независимо друг от друга, то время решения задачи сократится. Однако это время, как нетрудно видеть, будет различным в зависимости от последовательности выполнения независимых ветвей.