Федеральное агентство по образованию
Тамбовский государственныйтехнический университет
Кафедра САПР
Отчет
по лабораторной работе №1
по дисциплине: История развития вычислительнойтехники
Выполнил:
студент гр. В-12
Проверил:
Тамбов 2007
1. Цель
Практическое освоениестудентами теории и мeтoдики иcпoльзoвaния мoдeлиpoвaния для oцeнки функциoниpoвaния peaльныx cиcтeм, иccлeдoвaть peжимыpaбoты вычиcлитeльныx cиcтeм.
2. Теоретическая часть
Всякая вычислительнаясистема создается для решения некоторого множества вычислительных илиинформационных задач, которые в совокупности называются задачами обработкиданных. Для успешного решения любой задачи в вычислительной системе необходимоиметь:
· программу,реализующую алгоритм решения задачи;
· аппаратныесредства ВС для ввода программы, выполнения программы, получения дополнительнойинформации и вывода результатов;
· дополнительныепрограммные средства, необходимые для решения прикладной задачи (стандартныепрограммы).
Существует три видасистем обработки данных (СОД), отличающихся друг от друга требованиями кскорости получения результатов решения задач:
системы реального времени(СРВ), в которыхтребования к скорости обработки информации очень высокие из-за необходимостирешения задач в темпе реального времени (примером являются системы навигации иуправления летательными аппаратами);
системы оперативнойобработки (СОО), вкоторых планирование заданий на обработку данных осуществляется исходя изтребования минимальности времени выполнения каждого полученного задания.Примером такого вида систем является система обработки данных для персоналабоевых расчетов пунктов управления;
системы пакетной обработки(СПО), в которыхосновным требованием является минимизация простоя оборудования при решениипоставленных задач.
Запуск прикладнойпрограммы в работу, предоставление ей необходимых аппаратных мощностей ипрограммных средств осуществляется операционной системой. Порядок представленияприкладной программе перечисленных средств определяется режимом обработкиданных, реализованных в операционной системе ЭВМ.
Различают однопрограммныеи мультипрограммные режимы обработки данных.
К однопрограммным режимамотносятся:
· режимнепосредственного доступа (РНД);
· пакетныйоднопрограммный режим (П1П).
Мультипрограммнымирежимами обработки данных являются:
· пакетныймультипрограммный режим (ПМП);
· режим разделениявремени (РРВ).
Режим непосредственногодоступа широкоприменялся в ЭВМ первого поколения и используется при работе с современнымиперсональными компьютерами. Режим РНД характерен тем, что ЭВМ предоставляетсятолько одному пользователю, который осуществляет взаимодействие с машинойпосредством пульта управления (сейчас — клавиатура, мыши и дисплеи). Времярешения каждой задачи в режиме РНД складывается из времени ТВВ вводапрограммы и данных в ЭВМ, времени ТР работы процессора над решениемзадачи, времени ТВУ обмена данными с внешними устройствами (включаявывод результатов в обработки), времени ТОП обслуживания ЭВМ изадачи оператором ЭВМ при ее подготовке к запуску и по окончании решениязадачи:
ТНД = ТВВ+ ТР + ТВУ + ТОП.
Коэффициент загрузкипроцессора при одной задаче составляет
hНД = ТЦП/ТНД.
Полное время решения Nзадач и коэффициент загрузки:
/>
/>
где i-номер задачи.
В РНД наличие ОС необязательно.
Недостатками режима РНДявляются:
· аппаратура ипрограммы ЭВМ используются не эффективно;
· велики затратывремени программиста на управление машиной;
· предъявляютсявысокие требования к подготовке пользователя как оператора вычислительноймашины.
Пакетный однопрограммныйрежим применяется в ВС,начиная с ЭВМ второго поколения. Несколько заданий для решения задач обработкисобираются в один пакет, называемый пакет заданий (ПЗ). Пакет заданий операторЭВМ вводит в ЭВМ, где ПЗ сначала записывается во внешнюю память (магнитныедиски, магнитные барабаны и т.п.). Затем операционная система машиныпоследовательно считывает задания, входящие в ПЗ, и осуществляет выполнениенеобходимых в соответствиями с заданиями действий для решения задачпользователей. После завершения очередного задания происходит обращение к ОС,которая активирует начало выполнения следующего. После завершения последнегозадания пакета оператор ЭВМ загружает в машину новый пакет заданий.
Режим П1П обладаетследующими положительными чертами:
· более высокаяпропускная способность;
· отсутствиеспециальных требований к аппаратуре ЭВМ;
· возможна егореализация на любой ЭВМ.
К недостаткам режима П1Потносятся:
· необходимоналичие операционной системы;
· пользовательфизически отделен от ЭВМ и решаемой им задачи;
· увеличиваетсяреакция пользователя на полученные результаты решения;
· последовательныйпорядок выполнения заданий пакетов не позволяет увеличить загрузку оборудованиявычислительной системы.
Пакетныймультипрограммный режим широкоприменяется в ЭВМ третьего и последующих поколений. ПМП является режимомклассического мультипрограммирования, при котором в вычислительной системенаходятся в обработке сразу несколько заданий. На входе в систему формируетсянабор пакетов заданий, которые оператор ЭВМ загружает в систему. Послеокончания ввода первого ПЗ операционная система начинает его обработку, недожидаясь до ввода второго и последующих ПЗ. Задания, принадлежащие одномупакету, выполняются последовательно (т.е. в режиме П1П). Задания, принадлежащиеразным пакетам, выполняются параллельно. Первым начинает выполняться первоезадание первого пакета. По мере освобождения ресурсов ОС активизируетвыполнение заданий из других пакетов в порядке их следования внутри ПЗ.
Пакетныймультипрограммный режим обеспечивает наивысшую пропускную способностьвычислительной системы, что достигается при наличии в ЭВМ следующих аппаратныхсредств:
· автономноуправляемые внешние устройства;
· развитая системапрерывания программ;
· средства защитыпамяти от взаимного влияния программ.
Основным недостаткомрежима ПМП является практически полное устранение пользователя из системы и,как следствие, отсутствие связи пользователя со своей задачей.
Режим разделения времени существенно отличается отклассического мультипрограммирования, реализованного в ПМП, и является внастоящее время основным режимом функционирования операционных систем. Главноев режиме разделения времени — это предоставление каждой задаче (илипользователю, работающему в диалоге с машиной) ресурсов ЭВМ на некоторыйограниченный интервал времени (квант). По истечении кванта времени данная программасвертывается операционной системой, развертывается следующая по очереди программа(или подключается следующий терминал пользователя), которой предоставляютсяресурсы ЭВМ, и т.д.
Порядок обслуживаниязаданий (заявок на работу) в операционных системах с мультипрограммированием,т.е. реализующих режимы ПМП или РРВ, определяются принятыми в них режимамиобслуживания и дисциплинами обслуживания.
Режимом обслуживания называется правило отбора заявок наобслуживание.
Дисциплиной обслуживания называется правило отбора заявок наобслуживание при заданном режиме обслуживания.
Режимы обслуживанияделятся на три вида (рис.1.5):
1. режим одиночногоотбора заявок:
2. режим групповогоотбора, когда на обслуживание отбирается вся очередь заявок определенного типа;
3. смешанный режимотбора, когда для одних классов заявок производится одиночный отбор, а длядругих групповой.
Для каждого из режимовобслуживания может быть применен один из следующих видов дисциплинобслуживания:
· бесприоритетноеобслуживание;
· обслуживание сприоритетом;
· обслуживание порасписанию.
Разновидности дисциплиныбесприоритетного обслуживания:
1. ОПП — обслуживание в порядке поступления (“первый пришел — первый обслужен”, FIFO);
2. ООП — обслуживание в обратном порядке (“первый пришел — последний обслужен”, LIFO);
3. ОСП — обслуживание в случайном порядке.
При бесприоритетномобслуживании считается, что все заявки имеют равное право на обслуживание.
Если требуется, чтобызаявки некоторого типа имели преимущества перед другими на их обслуживаниеоперационной системой, то применяется дисциплина обслуживания с приоритетами:
1. ДОП — дисциплинаобслуживания с относительными приоритетами, когда приоритет заявки влияеттолько на ее место в очереди заявок на обслуживание;
2. ДАП — дисциплинас абсолютными приоритетами, когда высоко приоритетная заявка получаетпреимущества не только перед заявками, стоящими в очереди, но и перед заявкой,получающей обслуживание;
3. ДСП — дисциплинасо смешанными приоритетами, при которой к одним группам заявок применяютсяотносительные приоритеты, а к другим — абсолютные;
4. ДДП — дисциплинаобслуживания с динамическими приоритетами, когда значение приоритетов заявокможет изменяться (расти) по мере их нахождения в очереди, обеспечивая тем самымпервоочередное обслуживание заявок, долго находящихся в системе.
Дисциплина обслуживанияпо расписанию обеспечивает заданный пользователем порядок обработки заданийнезависимо от очередности их поступления в систему. Она применяется в техслучаях, когда результаты решения одной задачи являются входными данными для другой.
3. Описание пременных П1Пи ПМП
nv — номер варианта
ку — количество устройств ( ку
у(1,iу)- состояние устройства iу
у(2,iу)- номер задания, обрабатываемого на устройстве iу у(3,iу) — оставшееся времязанятости устройства iу кz — количество заданий ( кz
z(1,iz)- состояние задания:
0 — не загружено;
1 — загружено, но ожидает;
2 — обрабатывается;
9 — завершено
z(2,iz)=кр- число процессов, составляющих задание iz
z(3,iz)- номер обрабатываемого процесса
z(10+3*iр,iz)- требуемое устройство для процесса iр задания iz
z(11+3*iр,iz)- длительность обработки процесса iр задания iz
Т — текущее время
ТРС — среднее время обработки задания на одном процессе (3...98)
КРС — среднее число процессов в составе задания (3...8)
ТС — среднее время нахождения задания в системе
4. Входнаяинформация и результат
aaP1P
Входная информация.
KY= 2; KZ= 5; TPC= 3;KPC= 4;
Результат.
T= 4; NZ= 1; KP= 2;Y= 1; TY= 2; Y= 2; TY= 2;
T= 15; NZ= 2;KP= 4; Y= 1; TY= 2; Y= 2; TY= 3; Y= 2; TY= 3; Y= 2; TY= 3;
T= 25; NZ= 3;KP= 4; Y= 1; TY= 2; Y= 2; TY= 3; Y= 2; TY= 3; Y= 2; TY= 2;
T= 32; NZ= 4;KP= 4; Y= 1; TY= 2; Y= 2; TY= 3; Y= 2; TY= 1; Y= 2; TY= 1;
T= 40; NZ= 5;KP= 4; Y= 1; TY= 3; Y= 2; TY= 3; Y= 2; TY= 1; Y= 2; TY= 1;
Общее время решения всехзаданий для П1П Т = 40
Среднее время решенияодного задания для П1П ТС = 8
ааРМР
Входная информация.
KY= 2; KZ= 5; TPC= 3;KPC= 4;
Результат.
T= 3; NZ= 1; KP= 4;Y= 1; TY= 3; Y= 2; TY= 2; Y= 2; TY= 3;Y= 2; TY= 1;
T= 5; NZ= 2;KP= 4; Y= 1; TY= 2; Y= 2; TY= 1; Y= 2; TY= 3; Y= 2; TY= 1;
T= 6; NZ= 3;KP= 2; Y= 1; TY= 1; Y= 2; TY= 3;
T= 7; NZ= 4;KP= 2; Y= 1; TY= 1; Y= 2; TY= 3;
T= 8; NZ= 5;KP= 3; Y= 1; TY= 1; Y= 2; TY= 1; Y= 2; TY= 3;
Время решения всехзаданий для ПМП Т = 8
Среднее время решенияодного задания для ПМП ТС = 2