Формальная модель синтеза структуры вычислителя

Лекция 16.ОСНОВЫ МОДУЛЬНОГО ПОСТРОЕНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЕЙ

Весовые коэффициенты Si пропорциональны быстродействию соответствующих средств. Таким образом, в числителе формулы количество полезных операций выполненных при решении задачи, в знаменателе, количество всех операций которые могли бы быть выполнены при полной загрузке.

Tc — суммарное, общее время работы системы при решении задачи.

Оценка эффективности основана на анализе временных параметров. Причем эти параметры достаточно просто можно проанализировать при работе вычислителя.

Tc SSi

SSi Tni

Машины с обработкой выражений — формируется набор из процессора, памяти, средств связи. Этот набор формируется как регулярная структура. Программа в них достаточно большая по составу, в активном состоянии пребывают лишь некоторые составляющие, остальные находятся в состоянии ожидания.

Машины с коммутацией пакетов — конвейерный принцип, когда ряд процессоров, средства связи и память объединяются в последовательную структуру для решения текущей задачи.

Централизованные машины (управление) — один процессор соединенный с памятью, единственная текущая команда передает управление единственной следующей команде.

Система с редукционно-программным управлением использует в качестве стимула к началу операции флаг (признак потребности ее выполнения).

Новым в организации структур вычислителей является использование однородных вычислительных сред (регулярных структур) в основе которых матрица процессоров. При этом в качестве процессора использован транспьютер. Можно привести таблицу взаимосвязи данных и управления.

Таблица 8

Механизм управления   Механизм данных
По значению По запросу
Последовательный Архитектура Фон Неймана
Параллельный Потоковая структура Параллельные машины
Рекурсивный С цепочечной редукцией С графической редукцией

Классификация по архитектуре

Кроме программной организации выделяют три класса машин по архитектуре:

Качество той или иной организации вычислителя можно определить неким соотношением — эффективностью:

Е= ——————;

Tni — время в течение которого i-е средство в системе занято полезной работой (например процессор выполняет счет, формирует управляющий файл на устройства ввода-вывода).

Рассматривая организацию вычислительных систем можно отметить определенную закономерность в их построении. Прежде всего, выделяются основные составляющие в системах: процессор, память, контроллеры внешних устройств, устройства ввода-вывода, внешние запоминающие устройства, системы связей. Компоновка этих отдельных функциональных блоков и определит структурную организацию вычислителя. Таким образом, структуру можно представить как композицию составляющих блоков и связей между ними. Вместе с тем кроме структурной организации выделяют и программную организацию. Любую вычислительную систему представляют как композицию (т.е. последовательную, параллельную, комбинированную) ее программных блоков. Причем здесь учитываются не только программы пользователя, но и все системные блоки. Третья составляющая представления вычислительной системы — потоки данных и потоки команд. Если представить последовательность преобразование данных как информационный поток данных от постановки задачи (ввод данных) до вывода результатов (вывода информации), то временные изменения также можно представить некими блоками (составляющими) расположенными в плоскости в определенной последовательности. Таким образом, все три группы (аппаратная, программная, логическая) могут быть зрительно представлены на плоскости как набор определенных модулей и связей между ними, т.е. каждую из трех групп можно отобразить своим графом на котором состояния отождествлять с тем или иным модулем, а дуги переходов с возможными линиями связи, передачи информации. Например, произвольную структурную организацию можно представить как набор Г={Г1,Г2,Гn,R1,R2,Rn}, входящих блоков и набор связей между этими блоками. Особенность вычислительных систем в том, что для их различных классов выделяют типовую организацию, например структура с общей шиной, параллельные структуры, последовательное выполнение операций. В рамках отдельных модулей и типовых структурных (программных) организаций можно сократить количество разнообразных взаимосвязей в представляемой структуре, т.е. исключить обратную связь, выделить информационный поток. Эти ограничения позволят представить любую вычислительную систему через ее формальное описание, т.е. получить модель системы. Любая модель не может показать абсолютно все свойства или качества описываемой структуры, т.е. невозможно показать модель структурной организации и на ней все особенности программной модели, хотя частично это возможно. Лучше сопрягаются структурные организации и информационные потоки. Программная модель чаще показывается отдельно.

 
 

На приведенной структуре графа не отражена особенность интерфейса вычислителя: одно или двухшинная организация. Для ее уточнения возможно выделить в процессоре дополнительный блок — канал, причем для адреса, данных и команд каналы различны, если организация двухшинная. Основываясь на таком положении можно структуру сложной параллельной системы разрисовать вместе с информационными потоками, если сигналы различать во времени, можно помечать связи временным индексом.