Задачі синтезу. Синтез -- процес створення обчислювальної системи, що щонайкраще відповідає своєму призначенню. Вихідними в задачі синтезу є наступні дані, що характеризують призначення системи: 1) функція системи (клас розв'язуваних задач); 2) обмеження на характеристики системи, наприклад на продуктивність, час відповіді, надійність і ін.; 3) критерій ефективності, що встановлює спосіб оцінки якості системи в цілому. Необхідно вибрати конфігурацію системи і режим обробки даних, що задовольняють заданим обмеженням і оптимальні за критерієм ефективності. Типова постановка задачі синтезу: спроектувати систему, що забезпечує розв'язок заданого класу задач A із продуктивністю не менш ? задач на годину, середньою наробітком на відмовлення не менш Т0 і мінімальною вартістю.

Математично задача синтезу обчислювальної системи формулюється в такий спосіб. Нехай - вектор параметрів, що характеризують клас задач A, розв'язок яких є функцією системи; S=(s1,...,sp) - вектор параметрів, що характеризує конфігурацію (структуру) системи; С = (с1, ..., сr) вектор параметрів режиму обробки; Y=(y1 ,..., yM) -- вектор характеристик системи, зв'язаний з параметрами задач ?, конфігурації S і режиму обробки З залежністю Y=F(?, S, З); S={Si} - множина можливих конфігурацій обчислювальних систем; С = {СJ} -- множина можливих режимів обробки. Обмеження на характеристики і параметри системи будемо представляти у виді де - області припустимих значень відповідних характеристик і параметрів. Критерій ефективності системи представляється заданою функцією Е = Ф(Y), що залежить від характеристик системи, що у свою чергу визначаються її параметрами Y=F(?, S, C). У встановлених позначеннях задача синтезу обчислювальної системи формулюється так: визначити конфігурацію 5 і режим обробки C, що максимізує ефективність системи

(7.1)

при виконанні обмежень

(7.2)

На відміну від задачі аналізу, спрямованої на визначення характеристик системи ? по заданих параметрах X, завдання синтезу полягає у визначенні параметрів конфігурації S і режиму обробки C, що відповідають параметрам робочого навантаження ? і характеристикам системи ?, заданим у виді (7.1), (7.2). Для задач синтезу характерні два наступних моменти. По-перше, передбачається наявність моделі Y=F(?, S, C), що встановлює залежність характеристик системи від її параметрів. По-друге, задача синтезу являє собою оптимізаційну задачу і припускає використання методу оптимізації, що відповідає виду цільової функції (7.1) і обмеженням (7.2). Метод оптимізації повинний гарантувати визначення глобального оптимуму цільової функції ? = ?(?), визначеної на множині конфігурацій S і режимів обробки С.

Складність задачі синтезу обчислювальної системи обумовлена числом варійованих параметрів, що описують конфігурацію і режим функціонування системи, і областю варіювання параметрів. При загальній постановці задачі синтезу, коли множині конфігурацій S і режимів обробки C містять у собі всі мислимі варіанти побудови систем (одномашинні і багатомашинні, мультіпроцесорні і мережні) і різні способи керування задачами, даними і завданнями, складність задачі синтезу перевершує можливості методів моделювання й оптимізації. Тому в загальній постановці задача синтезу обчислювальних систем виявляється нерозв'язною. Для рішення задачі синтезу її спрощують поділом на послідовність етапів, на кожнім з який виявляються окремі аспекти організації системи.

Виходячи з призначення системи (клас розв'язуваних задач, технологія обробки даних, вимоги до продуктивності й умови роботи) і стану елементної бази визначається клас обчислювальної системи: одномашинна система, мультипроцессорний комплекс, локальна мережа й ін. При цьому аналізується ефективність систем різних класів і вибирається клас, що щонайкраще задовольняє призначенню системи.

В обраному класі систем синтезується архітектура системи: визначається склад пристроїв, їхні функціональні можливості і технічні характеристики, типи інтерфейсів і структура зв'язків між пристроями, щонайкраще відповідають призначенню системи.

Визначається режим обробки даних і його параметри (склад і функції системних процесів, алгоритми розподілу ресурсів між завданнями і задачами, типи і діапазони пріоритетів і ін.). Цим установлюються функції керуючих програм операційної системи і склад системного програмного забезпечення.

Навіть при поділі задачі синтезу на три чи більші числа етапів синтез, зв'язаний з кожним етапом, не вдається звести до єдиної математичної процедури -- задачі математичного програмування. Це обумовлено двома основними причинами. По-перше, синтез зв'язаний з різнотипними параметрами: одні є кількісними, а інші -- якісними, тобто ознаками типу структури, пристроїв, пам'яті, інтерфейсів, способів керування процесами й ін. Тому синтез зводиться до задач чисельного математичного програмування, а також до комбінаторних задач на сполученнях, відносинах і т.д. Об'єднання різнотипних задач в одну задачу оптимізації виявляється не результативним через різнотипність обчислювальних процедур, що повинні використовуватися в процесі оптимізації. По-друге моделі, що маються в розпорядженні дослідників носять, як правило, локальний характер, відтворюючи властивості досить вузького класу структурних рішень і режимів функціонування. Об'єднання простих моделей у складну приводить до розривів функцій, не опуклим залежностям, що не тільки утрудняє, але практично виключає можливість застосування методів оптимізації.

З цих причин при синтезі систем прагнуть по можливості зменшувати розмірність задач шляхом поділу задачі синтезу на послідовність етапів, що зводяться до чисто комбінаторних, чи задачам чисельної оптимізації. При цьому проектування системи ведеться зверху вниз -- від найбільш загальних рішень, зв'язаних із системою в цілому, до часткових рішень, що відноситься до окремих підсистем і їхніх частин. При розвязку багатьох задач синтезу приходиться використовувати дуже прості моделі функціонування системи і її складових, що приблизно представляють залежності між характеристиками і параметрами. У цих умовах вибір проектних рішень здійснюється на основі досвіду й інтуїції розроблювачів. Таким чином, синтез обчислювальних систем зводиться до розв'язку значного числа взаємозалежних задач вибору способів організації і визначення параметрів проектованої системи в різних аспектах її організації й у відношенні до різних підсистем і елементів. При цьому використовуються як формальні, так і евристичні методи, причому на останні приходиться значне число проектних задач, що виходять за рамки можливостей відомих методів теорії обчислювальних систем.

Размещено на Allbest.ru