Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

Уфимский государственный авиационный технический университет

Реферат

на тему: «Эффективность вычислительных систем»

Выполнила:

Усманов Э.М.

Уфа 2013 г.

Введение

Система - это совокупность элементов, которые находятся между собой в определенных отношениях и связях и которые образуют определенную целостность, единство какого-либо явления или предмета исследования (system от греч. - соединенная из частей).

Вычислительная система - это совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих компьютеров (процессоров), периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенных для подготовки и решения задач пользователя.

Термин вычислительная система появился в начале -- середине 60-х гг. при создании ЭВМ третьего поколения. Это время знаменовалось переходом на новую элементную базу -- интегральные схемы. Следствием этого явилось появление новых технических решений: разделение процессов обработки информации и ее ввода-вывода, множественный доступ и коллективное использование вычислительных ресурсов в пространстве и во времени. Появились сложные режимы работы ЭВМ -- многопользовательская и многопрограммная обработка.

1. Классификация вычислительных систем

Вычислительные машины за свою полувековую историю прошли стремительный и впечатляющий путь, отмеченный частыми сменами поколений ЭВМ. В этом процессе развития можно выявить целый ряд закономерностей:

* весь период развития средств электронной вычислительной техники отмечен доминирующей ролью классической структуры ЭВМ (структуры фон Неймана), основанной на методах последовательных вычислений;

* основным направлением совершенствования ЭВМ является неуклонный рост производительности (быстродействия) и интеллектуальности вычислительных средств;

* совершенствование ЭВМ осуществлялось в комплексе (элементно-конструкторская база, структурно-аппаратные решения, системно-программный и пользовательский, алгоритмический уровни);

* в настоящее время наметился кризис классической структуры ЭВМ, связанный с исчерпанием всех основных идей последовательного счета. Возможности микроэлектроники также не безграничны, давление пределов ощутимо и здесь.

Дальнейшее поступательное развитие вычислительной техники напрямую связано с переходом к параллельным вычислениям, с идеями построения многопроцессорных систем и сетей, объединяющих большое количество отдельных процессоров и (или) ЭВМ. Здесь появляются огромные возможности совершенствования средств вычис­лительной техники. Но следует отметить, что при несомненных практических достижениях в области параллельных вычислений до настоящего времени отсутствует их единая теоретическая база.

Общая классификация вычислительных систем.

По назначению.

Универсальные предназначаются для решения широкого класса задач (от математических расчетов до обработки мультимедиа), т.е. такие ВС должны обслуживать программные приложения, разработанные для самых разных и далеко отстоящих друг от друга направлений научных исследований.

Специализированные ориентированы на решение узкого класса задач.

По типу.

Многопроцессорные. В качестве общего ресурса они имеют общую оперативную память. Параллельная работа процессоров и использование общей оперативной памяти обеспечиваются под управлением общей операционной системы. Это позволяет в случае отказа одного из процессора, перераспределить нагрузку между оставшимися процессорами см. рис. 5.

Многомашинные.

Возможны два варианта:

обе машины решают одну и ту же задачу и периодически сверяют результаты решения;

обе машины работают параллельно, но обрабатывают собственные потоки заданий см. рис. 6.

Основной недостаток многомашинной ВС - достаточно в ВС в каждой ЭВМ выйти из строя по одному устройству (даже разных типов), как вся система становится неработоспособной.

Рис. 1. Многопроцессорная ВС.

Рис. 2. Многомашинная ВС.

По характеру устройств.

Однородные системы содержат несколько однотипных ЭВМ (или процессоров). Основной недостаток однородных ВС - неполная загруженность отдельных ЭВМ (процессоров) во время её работы. В связи с этим недостатком применяются неоднородные ВС;

Неоднородные. Неоднородные системы содержат разнотипные ЭВМ (или процессоры).

По управлению.

Централизованные. Функции управления сосредоточены в главной ЭВМ (процессор). Ее задачей являются распределение нагрузки между элементами, выделение ресурсов, контроль состояния ресурсов, координация взаимодействия. Децентрализованные. Функции управления распределены между ее элементами, т.е. каждый процессор или ЭВМ действуют автономно, решая свои задачи.

Смешенные. Совмещаются процедуры централизованного и децентрализованного управления. Т.е. ВС разбивается на группы взаимодействующих ЭВМ (или процессоров), где в каждой группе осуществляется централизованное управление, а между группами - децентрализованное.

2. Основные понятия и показатели эффективности

Эффективность вычислительной системы (ВС) - это ее способность достигать поставленную цель в заданных условиях применения и с определенным качеством.

Эффективность (ВС) - это характеристика, отражающая степень соответствия системы своему назначению, техническое совершенство и экономическую целесообразность. Понятие “эффективности” связано с получением некоторого полезного результата, а именно эффекта использования машины или системы. Эффект достигается ценой затрат определенных ресурсов. По этому, эффективность системы часто рассматривается в виде соотношения между эффектом и затратами.

Показатель эффективности (ВС) - это количественная характеристика эффективности ВС, рассматриваемая применительно к определенным условиям ее функционирования.

При оценке ВС, особенно в таких режимах, как режим разделения времени, диалоговый режим, необходимо учитывать характеристику трудовой деятельности человека, взаимодействующего с СМ. Следовательно, ВС, оператор и производимая среда рассматривается как система человек - машина.

3. Надежность и эффективность вычислительных систем

Качество информационной системы -- это совокупность свойств системы, обусловливающих возможность ее использования для удовлетворения определенных в соответствии с ее назначением потребностей. Количественные характеристики этих свойств определяются показателями.

Основными показателями качества информационных систем являются надежность, достоверность, безопасность.

Надежность -- свойство системы сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения.

Надежность информационных систем не самоцель, а средство обеспечения своевременной и достоверной информации на ее выходе. Поэтому показатель достоверности функционирования имеет для информационных систем главенствующее значение, тем более что показатель своевременности информации в общем случае охватывается показателем достоверности.

Достоверность функционирования -- свойство системы, обусловливающее безошибочность производимых ею преобразований информации. Достоверность функционирования информационной системы полностью определяется и измеряется достоверностью ее выходной информации.

Безопасность информационной системы -- свойство, заключающееся в способности системы обеспечить конфиденциальность и целостность информации, то есть защиту информации от несанкционированного доступа с целью ее раскрытия, изменения или разрушения.

Эффективность -- это свойство системы выполнять поставленную цель в заданных условиях использования и с определенным качеством. Показатели эффективности характеризуют степень приспособленности системы к выполнению поставленных перед нею задач и являются обобщающими показателями оптимальности функционирования ИС, зависящими от локальных показателей, каковыми являются надежность, достоверность, безопасность.

Кардинальным обобщающим показателем является экономическая эффективность системы, характеризующая целесообразность произведенных на создание и функционирование системы затрат.

Надежность информационных систем. Надежность -- важнейшая характеристика качества любой системы, поэтому разработана специальная теория -- теория надежности.

Теория надежности может быть определена как научная дисциплина, изучающая закономерности, которых следует придерживаться при разработке и эксплуатации систем для обеспечения оптимального уровня их надежности с минимальными затратами ресурсов.

Надежность -- комплексное свойство системы; оно включает в себя более простые свойства, такие как безотказность, ремонтопригодность, долговечность и т.д.

Безотказность -- свойство системы сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки (наработка -- продолжительность или объем работы системы).

Ремонтопригодность -- свойство системы, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов.

Долговечность -- свойство системы сохранять при установленной системе технического обслуживания и ремонта работоспособное состояние до наступления предельного состояния, то есть такого момента, когда дальнейшее использование, системы по назначению недопустимо или нецелесообразно.

Одним из основных понятий теории надежности является отказ. Отказом называют полную или частичную потерю работоспособности системы или ее элемента. Отказы бывают: внезапные и постепенные, зависимые и независимые, полные и частичные, устойчивые и самоустраняющиеся, аппаратные, эргатические и программные и т.п.

Устойчивый отказ обусловливает длительную неработоспособность системы и устраняется только в результате ее технического обслуживания, то есть выполнения специальных мер, принятых для восстановления работоспособности системы.

Самоустраняющийся отказ (обычно его называют сбоем) -- отказ, имеющий кратковременный характер и самоустраняющийся произвольно, без принятия специальных мер для его устранения. Ряд сбоев одного и того же характера, следующих друг за другом, называют перемежающимся отказом.

Аппаратный отказ обусловлен нарушением работоспособности технического элемента системы, соответственно, эргатический -- эргатического и программный -- программного элементов системы. В соответствии с приведенной классификацией отказов можно рассматривать и надежность трех видов:

аппаратную;

эргатическую;

программную.

В многофункциональных системах часто вводят понятие функциональной надежности выполнения локальной функции системы. Это понятие важно тогда, когда разные функции системы различны по значимости, обеспечиваются различными подсистемами и дифференцируются по предъявляемым к ним требованиям.

Все системы в теории надежности классифицируются по ряду признаков. Важными классификационными группами являются:

восстанавливаемые;

невосстанавливаемые;

обслуживаемые;

необслуживаемые системы.

Восстанавливаемой называется такая системы, работоспособность которой в случае возникновения отказа подлежит восстановлению.

Невосстанавливаемая система -- такая система, работоспособность которой в случае отказа восстановлению не подлежит.

Обслуживаемая система -- система, для которой предусматривается проведение регулярного технического обслуживания.

Необслуживаемая система -- система, для которой не предусматривается проведение регулярного технического обслуживания.

Вывод

В настоящее время существует большое количество задач, требующих применения мощных вычислительных систем, среди которых задачи моделирования работы систем массового обслуживания и управления, распределённых систем, cложные вычислительные задачи и др. Для решения таких задач всё шире используются клаcтеры, которые становятся общедоступными и относительно недорогими аппаратными платформами для высокопроизводительных вычислений. Кластер представляет собой множество компьютеров (узлов), соединенных между собой высокоскоростными каналами связи, а специальное программное обеспечение позволяет организовать параллельную работу узлов.

Однако эффективность применения кластерных систем в настоящее время наталкивается на целый ряд нерешённых проблем, касающихся как их программного обеспечения (языков, технологий и инструментальных сред параллельного программирования), так и собственно организации параллельных вычислений и эффективности их выполнения [2]. Объединение большого количества компьютеров в единый вычислительный комплекс породило такие задачи, как сбалансированность нагрузки, выявление узких мест в вычислительной системе, обеспечение заданного времени ответа при работе большого количества пользователей, выбор оборудования при максимальной производительности при ограниченной заданной стоимости и т.д. компьютер программный вычислительный задача

В связи с большим количеством создаваемых параллельных вычислительных систем и, во многих случаях, неэффективным их использованием, работы в этом направлении требуют дальнейшего развития и не утрачивают своей актуальности.

Список литературы

· Кучереносова О.В. Параллельный алгоритм построения дискретной марковской модели неоднородного кластера

· Михайлова Т.В. Повышение эффективности кластерных вычислительных систем на основе аналитических моделей. //

· А.Г. Кушниренко, Г.В. Лебедев, Р.А. Сворень. Основы информатики и вычислительной техники. / М. Просвещение 1991

Размещено на Allbest.ru