Построение модели векторной вычислительной системы - Контрольная работа

Вычислительная система - это рассматриваемый как единое целое комплекс, предназначенный решать определенные задачи, в котором задействованы центральный процессор, память и различные внешние устройства. Разумеется, системы с высокой скоростью решения не строят в ущерб их надежности. Название модели «черный ящик» образно подчеркивает полное отсутствие сведений о внутреннем содержании "ящика": в этой модели задаются, фиксируются, перечисляются только входные и выходные связи системы со средой (даже "стенки ящика", т.е. границы между системой и средой, в этой модели обычно не описываются, а лишь подразумеваются, признаются существующими). Пытаясь максимально формализовать модель "черного ящика", мы приходим к заданию двух множеств Х и Y входных и выходных переменных, но никаких других отношений между этими множествами фиксировать нельзя (иначе это уже будет не "черный", а прозрачный ящик). Это относится к таким исследованиям, в результате проведения которых нужно получить данные о системе в обычной для нее обстановке, где следует специально заботиться о том, чтобы измерения как можно меньше влияли на саму систему.При рассмотрении любой системы обнаруживается, что ее целостность и обособленность, отображенные в модели черного ящика, выступают как внешние свойства. Внутренность же "ящика" оказывается неоднородной, что позволяет различать составные части самой системы. Модели одной и той же системы, разработанные разными экспертами, могут различаться между собой и даже значительно. Причины этого состоят не только в различной степени знания системы: один и тот же эксперт при разных условиях также может дать разные модели. Разделение целостной системы на части полностью зависит от целей системы (это относится и к границам между частями системы и к границам самой системы).Несмотря на полезность моделей «черный ящик» и состава системы, существуют проблемы, решить которые с помощью таких моделей нельзя. Связь, с точки зрения структуры системы, формирует эту самую структуру. Структурные связи бывают статическими (энергия, масса или информация, заполняющая связь, не перемещается от одного компонента к другому) и динамическими (от одного компонента к другому идет поток энергии, массы или информации). Хотя на практике безотносительно к элементам говорить о связях можно лишь после того, как отдельно рассмотрены сами элементы (т.е. рассмотрена модель состава), теоретически модель структуры можно изучать отдельно. Модель структуры системы отображает связи между компонентами модели ее состава, т.е. совокупность связанных между собой моделей "черного ящика" для каждой из частей системы.Модели "черного ящика", состава и структуры образуют еще одну модель, которую будем называть структурной схемой системы; в литературе встречаются также термины "белый ящик", "прозрачный ящик", подчеркивающие ее отличие от модели "черного ящика", а также термин "конструкция системы", который мы будем использовать для обозначения материальной реализации структурной схемы системы. Перед моделированием внутренней структуры, то есть перед тем как набрать и связать друг с другом компоненты, необходимо определить и понять, зачем эти компоненты нужны (чтобы не включать лишних компонентов и связей между ними). Поэтому, вначале должны быть прописаны функции компонентов, затем прописывается последовательность функций компонентов, необходимая для проявления интегративного свойства системы. В структурной схеме указываются все элементы системы, все связи между элементами внутри системы и связи определенных элементов с окружающей средой (входы и выходы системы).В задачах моделирования реальных процессов и объектов, для которых характерна обработка больших массивов чисел в форме с плавающей запятой, массивы представляются матрицами и векторами, а алгоритмы их обработки описываются в терминах матричных операций. В средствах векторной обработки под вектором понимается одномерный массив данных (обычно в форме с плавающей запятой), размещенных в памяти ВС. Векторный процессор - это процессор, в котором операндами некоторых команд могут выступать массивы данных - векторы. Операция выполняется над векторами, размещенными в векторных регистрах операндов, а ее результат сначала заносится в векторный регистр результата, а уже из него переписывается в память. Для доступа к структурированным данным в памяти (массивам, векторам), в которых элементы с последовательно возрастающими индексами размещаются в ячейках с последовательно возрастающими адресами, память выгоднее строить как блочную с расслоением.В ходе курсовой работы были изучены векторные вычислительные системы, в которых одна и та же заданная операция выполняется сразу над всеми компонентами векторов, более удобная для человека модель программирования, чем SIMD.

Содержание вычислительный процессор ящик

Введение

1. Модель «черный ящик» векторной вычислительной системы

2. Модель состава векторной вычислительной системы

3. Модель структуры векторной вычислительной системы

4. Структурная схема векторной вычислительной системы

5. Описание работы системы

Заключение

Список используемой литературы

Вычислительная система - это рассматриваемый как единое целое комплекс, предназначенный решать определенные задачи, в котором задействованы центральный процессор, память и различные внешние устройства. Пример вычислительной системы: IBM-совместимый персональный компьютер и его различные внешние устройства.

Оценить достоинства вычислительной системы - значит показать, насколько удачно и оправданно были подобраны ее компоненты. В соединении с набором специальных программ вычислительная система становится автоматизированной системой. Так, например, компьютер с программой для бухгалтерии составляют автоматизированную систему бухгалтера, а в сочетании с программой для расчета деталей машин - автоматизированную систему проектирования деталей машин и т. д. Разумеется, и та и другая программы могут быть в одном и том же компьютере.

Особенно много вычислительных систем создается для решения задач в области обработки информации (информационно-поисковые вычислительные системы, информационно-справочные системы) и для управления объектами производства (управляющие вычислительные системы).

В зависимости от сущности решаемой задачи к вычислительным системам предъявляются разные требования. Все задачи можно разделить на две категории: на те, что надо решать с максимальной надежностью, безошибочно и на те, которые надо решать максимально быстро. Разумеется, системы с высокой скоростью решения не строят в ущерб их надежности. Просто, при создании одних систем приоритетом является надежность, а для других - производительность и скорость. Вычислительные системы, которые в состоянии обрабатывать данные со скоростью их поступления называются системами реального времени. Это свойство особенно важно для выбора системы оперативного управления. В других системах, работающих в относительном масштабе времени, еще необработанные данные постепенно накапливаются.

Ресурсы вычислительной системы.

К ресурсам вычислительной системы относят такие средства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу обработки данных на определенный квант времени. Основными ресурсами ВС являются процессоры, области оперативной памяти, наборы данных, периферийные устройства, программы.

Виды вычислительных систем.

В зависимости от ряда признаков различают следующие вычислительные системы (ВС): - однопрограммные и многопрограммные (в зависимости от количества программ, одновременно находящихся в оперативной памяти);

- индивидуального и коллективного пользования (в зависимости от числа пользователей, которые одновременно могут использовать ресурсы ВС);

- с пакетной обработкой и разделением времени (в зависимости от организации и обработки заданий);

- однопроцессорные, многопроцессорные и многомашинные (в зависимости от числа процессоров);

- сосредоточенные, распределенные (вычислительные сети) и ВС с теледоступом (в зависимости от территориального расположения и взаимодействия технических средств);

- работающие или не работающие в режиме реального времени (в зависимости от соотношения скоростей поступления задач в ВС и их решения);

- универсальные, специализированные и проблемно-ориентированные (в зависимости от назначения).

1. Модель «черный ящик» векторной вычислительной системы

Модель «черный ящик» - это система, в которой внешнему наблюдателю доступны лишь входные и выходные величины, а структура и внутренние процессы не известны. Название модели «черный ящик» образно подчеркивает полное отсутствие сведений о внутреннем содержании "ящика": в этой модели задаются, фиксируются, перечисляются только входные и выходные связи системы со средой (даже "стенки ящика", т.е. границы между системой и средой, в этой модели обычно не описываются, а лишь подразумеваются, признаются существующими). Графическая модель типа "черный ящик" отображает только связи системы со средой, в виде перечня "входов" и "выходов".

Во многих случаях достаточно содержательного словесного описания входов и выходов, тогда модель "черного ящика" является просто их списком. Пытаясь максимально формализовать модель "черного ящика", мы приходим к заданию двух множеств Х и Y входных и выходных переменных, но никаких других отношений между этими множествами фиксировать нельзя (иначе это уже будет не "черный", а прозрачный ящик).

Модель "черного ящика" часто оказывается не только очень полезной, но в ряде случаев единственно применимой при изучении систем. Это относится к таким исследованиям, в результате проведения которых нужно получить данные о системе в обычной для нее обстановке, где следует специально заботиться о том, чтобы измерения как можно меньше влияли на саму систему. Другая причина того, что приходится ограничиваться только моделью "черного ящика", - действительное отсутствие данных о внутреннем устройстве системы.

Проблема построения модели типа «черный ящик» заключается в правильном определении цели исследуемой системы. Цель - это субъективный образ (абстрактная модель) несуществующего, но желаемого состояния среды, которое решило бы возникшую проблему. Вся последующая деятельность, способствующая решению этой проблемы, направлена на достижение поставленной цели, т.е. как работа по созданию системы. В инженерной практике момент формулирования цели - один из важнейших этапов создания систем. Обычно цели уточняются итеративно, с многократными изменениями и дополнениями. Любая модель, в том числе модель «черный ящик», должна отвечать следующим требованиям: 1. Адекватности модели - соответствие действительности предсказаний, сделанных на основе моделей, и соответствие целям проектов, сделанных на основе моделей.

2. Экономичности по времени, энергии, материалам и др.

Сложность построения модели «черный ящик» заключается в множественности входов и выходов. Главной причиной множественности входов и выходов в модели "черного ящика" является то, что всякая реальная система, как и любой объект, взаимодействует с объектами окружающей среды неограниченным числом способов. Строя модель системы, мы из этого бесчисленного множества связей отбираем конечное их число для включения в список входов и выходов. Критерием отбора при этом является целевое назначение модели, существенность той или иной связи по отношению к этой цели. Особое значение этот момент имеет при задании цели системы, т.е. при определении ее выходов. Реальная система неизбежно вступает во взаимодействия со всеми объектами окружающей среды, поэтому важно, как можно раньше, лучше всего еще на стадии построения (проектирования) модели, учесть все наиболее важное. В результате главную цель приходится сопровождать заданием дополнительных целей. Важно подчеркнуть, что выполнения только основной цели недостаточно, что невыполнение дополнительных целей может сделать ненужным или даже вредным и опасным достижение основной цели.

Приступим к построению модели «черный ящик» векторной вычислительной системы. Главной целью данной системы является объединение процессоров для более быстрой работы процесса. В таблице 1 представлена графическая схема входов и выходов для данной системы. Туда же входят и нежелательные входы и выходы.

Таблица 1 - Описание входов и выходов модели «черный ящик»

Входы Выходы

Запрос на подключение к ПК Подключение к ПК

Обработка процессоров Создание массивов

Нежелательные входы Выходы

Нехватка памяти на обработку процессоров и создание массивов Результат - процессоры обрабатываются так же медленно, как и раньше

Перегрев ПК Выход из строя ПК и невозможность дальнейшей работы с процессорами

Ниже представлена схема модели черного ящика для нашей системы (см. рис. 1).

Наличие компьютера Векторная вычислительная система Работа с данными

Доступ к процессорам Пересылка данных

Обработка данных Создание массивов

Быстрая обработка команд Удобство использования

Скорость работы процессоров

Экономия ресурсов рабочей станции Удобство использования

Проблема аутентификации Отмена доступа к данным

Рисунок 1 - Графическая модель векторной вычислительной системы

В ходе курсовой работы были изучены векторные вычислительные системы, в которых одна и та же заданная операция выполняется сразу над всеми компонентами векторов, более удобная для человека модель программирования, чем SIMD.

Векторный процессор - это процессор, в котором операндами некоторых команд могут выступать массивы данных - векторы.

Главным ее преимуществом является то, что она имеет встроенные команды для обработки векторов данных, что позволяет эффективно загрузить конвейер из функциональных блоков.

Для повышения скорости обработки векторов все функциональные блоки векторных процессоров строятся по конвейерной схеме, причем так, чтобы каждая ступень любого из конвейеров справлялась со своей операцией за один такт (число ступеней в разных функциональных блоках может быть различным).

[1] Векторные вычислительные системы [Электронный ресурс]. - Режим доступа: [2] Пилиневич, Л. П. Общая теория систем: лаб. практикум / Л.П. Пилиневич, Н.А. Гулякина, А.Н. Яцук - Мн.: БГУИР, 2011. - 41 с.

[3] Векторные вычислительные системы [Электронный ресурс]. - Режим доступа : [4] Векторные вычислительные системы [Электронный ресурс]. - Режим доступа : Размещено на .ru