<<
>>

ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ЭВМ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ

Функциональное описание каждой системы отражает ее способность выполнять вычислительные задачи. Для наших целей достаточно ограничиться рассмотрением только двух параметров компьютера: производительности, равной числу стандартных операций, выполняемых за одну секунду (Р); стоимости вычислительного оборудования, измеряемой временем его работы в с, приходящимся на один доллар его стоимости (С).

Производительность Р определяет скорость, с которой система осуществляет процесс обработки информации, число операций, выполняемых в с. Для решения одинаковых задач две разные машины выполняют различные внутренние операции, исходя из своих индивидуальных особенностей.

Показатель Р, таким образом, выражает операции равной ценности с точки зрения решаемых проблем, что обеспечит желаемое измерение дееспособности компьютера. Мы будем оценивать Р исходя из структуры машины. Чтобы сделать это, нужно прежде всего понять, какие структурные факторы оказывают влияние на способность машины выполнять вычисления. Р состоит из трех главных компонент: внутренней скорости выполнения вычислений центральным процессором компьютера (tc); времени, в течение которого центральный процессор бездействует, ожидая ввода или вывода информации (ti/o); емкости запоминающего устройства компьютера (Ad). Эти параметры являются важными характеристиками дееспособности машины, необходимыми для нахождения величины Р. Мы определяем tc как время (в мкс), необходимое для выполнения 1 млн. операций, и ty0 — как время (в мкс) последовательного (без перекрытия) ввода и вывода информации, необходимое для выполнения этого

миллиона операций. Следовательно, ЭВМ выполняет 1012 /(tc+t^ ) операций в с. Память компьютера оказывает значительное влияние на величину Р. Мы установили, что объем памяти в совокупности с внутренним быстродействием определяют производительность ЭВМ следующим образом:

Внутренняя скорость центрального процессора, tc, есть время, затрачиваемое компьютером на обработку информации.

Эта скорость для каждого компьютера равняется внутреннему времени, необходимому на выполнение операции, умноженному на частоту совершения этой операции. Таким образом, для определения внутренней скорости необходимо измерить частоту, с которой выполняются различные операции при решении типичной задачи. Мы исследовали приблизительно 15 млн. операций, выполненных на машинах «ИБМ-704» и «ИБМ-7090» при решении совокупности более 100 задач научного характера. При анализе операций, применявшихся при решении совокупности этих задач, мы сгруппировали использованные команды в пять категорий: Команды сложения (вычитания); фиксированная запятая. Команды сложения (вычитания); плавающая запятая. Команды умножения. Команды деления. Другие манипуляции и команды логических операций; эта категория объединяет большое число команд разветвления, сдвига, логических операций и регистрации загрузки. Выясненная нами относительная частота выполнения каждого из этих пяти типов команд при решении задач научного характера показана ниже в виде алгоритма расчета величины Р.

Для определения частоты использования различных операций при решении задач коммерческого характера было подробно проанализировано девять программ (две относятся к контролю запасов, три — к общему счетоводству, одна — к банковским расчетам, одна — к расчету зарплаты и две — к производственному планированию). Все девять задач решались на фашине «ИБМ-705» и потребовали выполнения свыше 1 млн. операций. Мы анализировали эти девять программ с помощью тех же самых пяти категорий команд, которые были введены для задач научного характера. Относительная частота, с которой использовались команды каждого из этих пяти типов при решении задач коммерческого характера, показана ниже. Время, в течение которого центральный процессор бездействует, ожидая ввода или вывода информации, tц, , зависит от количества информации, которую нужно ввести в компьютер, количества информации, которую нужно вывести из него, скорости, с которой информация вводится и выводится, и возможности осуществлять эти операции параллельно с работой центрального процессора.

Ниже приводится алгоритм величины Р для произвольной вычислительной системы, использованной в функциональной модели:

10'2

(L-1)(T)(WF)

32 000(36—7)

*C+*l/o

где

tc- Ю4[С, AFl+ CAf2+ СзМ + c4d + С5„],

t.Xo-PXOLHO^OV,, XBXl/^J + CWoiXBXl/Koi) + N(S, + H,)]R,+ + (l-P)OL2106[Wl2 X В X 1/Kl2) + (W02 X ВX I/K02+N(S2 + H2)]R2.

Переменные, определяющие параметры различных вычислитель- ных систем:

Р — производительность п-й вычислительной системы;

L—длина слова (в битах);

Т — полное число слов в памяти;

tc —время, затрачиваемое блоком центрального процессора на выполнение 1 млн. операций;

tyo —время, в течение которого блок центрального процессора не работает, ожидая ввода и вывода информации;

AFi — время, затрачиваемое блоком центрального процессора на выполнение одной операции сложения; фиксированная запятая;

Af2 —время, затрачиваемое блоком центрального процессора на выполнение одной операции сложения; плавающая запятая;

М — время, затрачиваемое блоком центрального процессора на выполнение одной операции умножения;

D — время, затрачиваемое блоком центрального процессора на выполнение одной операции деления;

It — время, затрачиваемое блоком центрального процессора на выполнение одной логической операции;

В — число знаков в каждом слове вводимой и выводимой информации;

Kjx — скорость ввода информации (число знаков в с) для первичной системы ввода-вывода;

KQl — скорость вывода информации (число знаков в с) для первичной системы ввода-вывода;

Ki — скорость ввода информации (число знаков в с) для вторичной системы ввода-вывода;

Ко2 — скорость вывода информации (число знаков в с) для вторичной системы, ввода-вывода;

S,              — стартовое время первичной системы ввода-вывода, не перекрывающееся со временем выполнения вычислений;

Нх — время остановки первичной системы ввода-вывода, не перекрывающееся со временем выполнения вычислений;

S2 — стартовое время вторичной системы ввода-вывода, не перекрывающееся со временем выполнения вычислений;

Н2 — время остановки вторичной сисуемы ввода-вывода, не перекрывающееся со временем выполнения вычислений;

R , = l -f относительная продолжительность времени обращения в первичной системе ввода-вывода;

/^2= то же, что Я, для вторичной системы ввода-вывода.

Таблица 32

ПРИБЛИЗИТЕЛЬНО ПОСТОЯННЫЕ КОЭФФИЦИЕНТЫ И ИХ ВЕЛИЧИНЫ

Научные

Коммер

Обозначение

Коэффициент

вычисления

ческие

вычисления

WF

Множитель, учитывающий, постоянная или переменная длина слов в памяти: а. при постоянной длине

1

1

б. при переменной длине

2

2

с,

Весовой коэффициент, соответствующий проценту операций сложения (фиксированная запятая):

а. ЭВМ без регистров индекса или непрямого

10

25

обращения

б. ЭВМ с регистрами индекса или непрямого об

25

45

ращения

С2

Весовой коэффициент, обозначающий процент операций сложения (плавающая запятая)

10

0

С3

Весовой коэффициент, обозначающий процент операций умножения

6

1

с4

Весовой коэффициент, обозначающий процент операций деления

2

0

с5

Весовой коэффициент, обозначающий процент логических операций

72

74

Р

Процент операций ввода-вывода, использующих

первичную систему ввода-вывода:

1,0

а.

ЭВМ, содержащие только первичную систему

1,0

б. ЭВМ, содержащие первичную и вторичную

переме

:нные

системы

Число вводимых слов на 1 млн. внутренних операций при использовании первичной системы ввода-вывода:

а. системы ввода-вывода на магнитных лентах

20 000

100 000

б. другие системы ввода-вывода

2 000

10 000

wo,

Число вводимых слов на 1 млн. внутренних опе

Величины те же са

раций при использовании первичной системы вво

мые, что приведены

да-вывода

выше для циента W

коэффи-

I]

"V w02

Число вводимых (выводимых) слов на 1 млн.

внутренних операций при использовании вторичной системы ввода-вывода

N

Коэффициент, определяющий, сколько раз отдельные данные вводятся или выводятся из компьютера при выполнении им 1 млн. операций

4

20

/>OL,

1-й коэффициент перекрытия, определяющий ту часть полного времени работы первичной системы ввода-вывода, когда не производится вычислительных операций:

а. нет перекрытия — нет буферного ЗУ

1

1

0,85

б.

запись или считывание осуществляются парал

0,85

лельно с вычислениями — одно буферное ЗУ

в. запись и считывание осуществляются парал

0,7

0,7

лельно с вычислениями — одно буферное ЗУ

Обозначение

Коэффициент

Научные

вычисления

Коммер

ческие

вычисления

г. мультиплетные запись, считывание и вычисления — несколько буферных ЗУ

0,6

0,6

д. мультиплетные запись, считывание и вычисления с прерыванием программы — несколько буферных ЗУ

0,55

0,55

ol2

2-й коэффициент перекрытия — то же, что О L,

Те же величины, что

для вторичной системы ввода-вывода

приведены выше для каждого из подпунктов а — д.

j

Экспоненциальный весовой коэффициент для ЗУ

0,5

0,333

При изучении требований к устройствам ввода и вывода мы не могли определить фактическое число считанных или записанных отдельных единиц информации (или число слов). Вместо этого измерялись отрезки времени, в течение которых блок центрального процессора ЭВМ работал один, совместно с системами ввода и вывода и бездействовал, ожидая поступления к нему или извлечения из него информации. Исходя из фактического времени ввода и вывода и опубликованных данных относительно скоростей этих процессов, можно было оценить число считанных и записанных слов. С целью оценки времени ti/o были изучены следующие вычислительные системы «ИБМ»: 704, 705, 650, 7070, 7090 и 1401; «Филко-211» и «Бен- дикс-015». Показатели для машины 7090 были получены вполне строго с использованием часов системы для одинарного канала вход/ выход, двойного такого канала и двойного канала с прерыванием программы. Остальные величины были получены менее точными вычислительными методами. Результаты, полученные для машины 7090 путем точных измерений, очень похожи на данные для других ЭВМ (см. табл. 32).

Емкость памяти (М) оказывает большое влияние на вычислительные возможности компьютера. Увеличение объема памяти значительно облегчает процесс решения крупных проблем, которые в ином случае пришлось бы расчленять на более мелкие подпроблемы. Запоминающие устройства большего объема дают также преимущества и при решении небольших задач, потому что они позволяют использовать скомбинированные программы, подпрограммы и т. д. Недавнее появление многоканальных систем ввода и вывода информации и многократных программ, включающих в себя как исполнительные, так и прерывающие команды, открывает перед ЭВМ с большой памятью новые возможности при решении задач любого характера и объема.

Мы не смогли найти подходящих способов аналитического описания влияния объема памяти на рабочие возможности компьютера. Наилучший способ решения этой задачи заключался в том, чтобы собрать мнения отдельных лиц, наиболее компетентных в компью-

терах. Мы обратились в общей сложности к сорока трем инженерам, программистам и другим специалистам с просьбой оценить влияние памяти компьютера на его дееспособность. Их мнения несколько различались, но все же общего в них было достаточно для того, чтобы построить функциональную модель, которая позволяет оценить влияние объема памяти на рабочие параметры компьютера.

<< | >>
Источник: Громова Л. М. (ред.). РУКОВОДСТВО ПО НАУЧНО- ТЕХНИЧЕСКОМУ ПРОГНОЗИРОВАНИЮ. 1977

Еще по теме ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ЭВМ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ:

  1. 13.5.3 Трудности функционализма
  2. О сквозной порядковой нумерации библиографических описаний
  3. Специальные библиотеки 3.4.1. Общая типологическая характеристика специальных
  4. Статья 260. Общие положения о праве собственности на землю
  5. Описания в публицистике
  6. Функционально-смысловые типы речи. Виды стилистической правки текста
  7. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПСИХОЛОГО-ПЕДАГОГИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ
  8. ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ЭВМ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
  9. ИЗУЧЕННЫЕ ЭВМ
  10. Классификация современного репортажа: общая характеристика
  11. КОЛБАСЫ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
  12. Проблемы организации промышленного производства
  13. Лекция 2. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О ДЕЯТЕЛЬНОСТИ КАК ПРЕДЕЛЬНОЙ ОНТОЛОГИИ
  14. 1.1. Методы выявления и сопоставления национальной специфики семантики слова. Методика контрастивного описания
  15. 1.4. Арго в функциональном стиле
  16. 2.2. Реализация структурно-функциональной модели формирования самообразовательной компетентности студентов вуза посредством интерактивных компьютерных технологий
  17. 2.3. Общеметодологические основы экономической и социальной географии