Методы организации сложных экспертиз компьютерных систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство сельского хозяйства РФ департамент научно-технологической политики и образования ФГОУ ВО «Бурятская государственная сельскохозяйственная академия имени В.Р. Филиппова»

Реферат

на тему: Методы организации сложных экспертиз компьютерных систем

Выполнил(а):

Иргит М.Э.

Проверил(а):

Цыренова А.А.

Улан-Удэ 2017 г



Содержание

Введение

Глава 1. Методы сложных экспертиз компьютерных систем

1.1 Тесты Dhrystone , Linpack и "Ливерморские циклы"

1.2 Методика SPEC

1.3 Тест ICOMP 2.0 для оценки эффективности микропроцессоров Intel

1.4 Методика AIM

1.5 Методика оценки скорости обработки транзакций

1.6 Методика оценки графических возможностей

1.7 Методика оценки производительности супер компьютеров

1.8 Методика оценки конфигураций

Глава 2. Описание модуля электронного учебника по теме "Методы организации сложных экспертиз компьютерных систем"

2.1 Понятие и требование к электронному учебнику

Заключение

Библиографический список



Введение

В современном мире компьютерные технологии приобретают всё большее распространение. Вычислительные системы применяются для решения самых разнообразных задач, что требует их постоянного усовершенствования. Для этой цели были разработаны, а в наше время активно применяются различные методики оценивания компьютерных систем.

Цель работы - провести анализ современных методов организации сложных экспертиз компьютерных систем и разработать модуль электронного учебника по теме "Методы организации сложных экспертиз компьютерных систем".

Объект - процесс создания и экспертизы компьютерных систем.

Предмет - теоретические основы проведения сложных экспертиз компьютерных систем.

Задачи:

1. Провести анализ современных методов сложных экспертиз компьютерных систем.

2. Разработать модуль электронного учебника по теме "Методы организации сложных экспертиз компьютерных систем".

Практическая значимость исследования заключается в том, что разработанный модуль электронного учебника по теме "Методы организации сложных экспертиз компьютерных систем" может быть использован для создания электронных учебников по дисциплинам информатики.



Глава 1. Методы сложных экспертиз компьютерных систем

1.1 Тесты Dhrystone , Linpack и "Ливерморские циклы"

Для работы с показателями MIPS и MFLOPS чаще всего используются системы тестов Dhrystone, Linpack и "Ливеморские циклы".

Тестовая смесьDhrystone состоит из 100 команд: 53 - операторы присвоения, 32 - управления и 15 - вызова функций. Результатом работы этого теста является число Dhrystone в секунду. При этом на системе DECVAX 11/780 результат составлял 1757 Dhrystone, и поэтому считалось, что 1 DECMIPS равен 1757 Dhrystone. Сейчас Dhrystone практически не применяется.

Тесты Linpack и "Ливерморские циклы" появились в середине 60-х гг.

"Ливерморские циклы" состоят из фрагментов программ для решения численных задач на языке Фортран, имеющих реальное хождение в Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса в США. В этих фрагментах используются различные вычислительные алгоритмы: сеточные, последовательные, волновые, что существенно относительно соответствия вычислительных и аппаратных структур. Соответствие этих структур друг другу должно обеспечить максимальную эффективность вычислений. При проведении тестовых испытаний может использоваться либо набор из 14 циклов (малый набор), либо набор их 24 циклов (большой набор). При использовании векторных и параллельных машин важным фактором, определяющим эффективность работы для конкретного приложения, является коэффициент векторизуемости алгоритма. На "Ливерморских циклах" этот коэффициент составляет от 0 до 100 % , что подтверждает возможность их применения для широкого круга вычислительных систем.

Linpack включает набор программ на Фортране, предназначенных для решения систем линейных алгебраических уравнений. Важность этого тестового набора, так же как и "Ливерморских циклов", определяется практической значимостью и применимостью этих алгоритмов для решения реальных задач. В основе используемых в Linpack алгоритмов лежит метод декомпозиции: исходная матрица представляется в виде произведения двух матриц стандартной структуры, к которому собственно и применяется алгоритм нахождения решения. Важная особенность системы Linpack - ее структурированность. В частности, выделяется базовый уровень системы, обеспечивающий реализацию элементарных операций над векторами, куда входят подпрограммы умножения векторов на скаляр и сложения векторов, а также скалярного произведения векторов. Этот уровень называется BLAS (BasicLinearAlgebraSubprograms). Все операции выполняются над вещественными числами двойной точности, а результат измерения выражается в М FLOPS.

В настоящее время используются два уровня теста: LinpackDP- для исходной матрицы размером 100x100 и Linpack ТРР - для матрицы размером 1000x1000. Для многих современных вычислительных систем первый уровень этого теста может дать заведомо превосходящие возможности системы результаты за счет того, что исходная матрица размером 100x100 может быть целиком размещена в кэш-памяти. Использование теста Linpack ТРР пока снимает эту проблему, однако даже и этот тест для систем с массовым параллелизмом не может быть использован. Для таких систем рекомендуется тест LinpackHPC (HighlyParallelComputing), который позволяет полностью загрузить вычислительные ресурсы МРР-системы, увеличивая размеры матрицы. При этом следует иметь в виду, что для параллельных систем (SMP и МРР) применяются специальные варианты этого теста, обеспечивающие распараллеливание вычислений.

1.2 Методика SPEC

Ведущие производители компьютерных систем в 1988 г. создали некоммерческую корпорацию SPEC (Strandard Performance Evaluation Corporation), призванную дать объективную оценку производительности вычислительных систем. Корпорация SPEC является разработчиком тестов, проводит тестирование и публикует результаты в специальном бюллетене "TheSPECNewsletter", который размещается на WWW-сервере. Оценки, публикуемые комитетом SPEC, являются официальными, признаваемыми всеми разработчиками тестов.

Основным набором в SPEC был тест SPECint89 для оценки процессора на операциях с данными целочисленного типа и SPECfp89 для оценки при работе с данными вещественного типа. Появление в начале 90-х гг. нового поколения RISC-процессоров (PowerPC, РА-7200, MIPS, Rxxxx) сделало невозможным использование этого набора из-за резкого уменьшения времени выполнения и влияния на производительность оптимизирующихкомпиляторов. Тестовый набор был преобразован в смеси SPECint92 и SPECfp92, учитывающие эффективность работы с памятью. Производительность тестируемой системы измерялась в условных единицах относительно базовой DECVAX 11/780.

Комплексный показатель качества по методике SPEC определяется как среднегеометрическое времени выполнения программ, входящих в тестовую смесь. При этом использовалось среднее значение дли всех тестов, образуемых SPECint92 и SPECfp92. С разработкой нового поколения оптимизирующих компиляторов для RISC-процессоров консорциум SPEC в 1994 г. внес новые поправки-требования к используемым компиляторам. Тесты получили название SPECbase_int92 и SPECbase_fp92 и применялись для оценки работы в однозадачном режиме. Известно, что некоторые однопроцессорные системы способны выполнить одну задачу быстрее многопроцессорных, однако этот факт не дает полной картины интегрального поведения системы в целом, так как многопроцессорные комплексы могут выполнять больше заданий в единицу времени, поэтому в режиме многозадачности оценка производительности основана не на вычислении времени выполнения тестовой смеси, а на пропускной способности системы, измеряемой количеством заданий выполненных за единицу времени.

Если один процессор за минуту выполняет одну работу, а система из четырех процессоров делает это за две, то многопроцессорная система работает в два раза медленнее, но имеет загрузку в два раза больше, чем однопроцессорная. Загрузка находится в прямой зависимости от размера кэш-памяти, скорости шины емкости оперативной памяти.

Набор тестовых программ для оценки пропускной способности SPECrate полностью аналогичен наборам SPECint92 и SPECftp92 - этоте же программы, но размноженные на несколько одновременно запускаемых копий. Результирующее значение по методике SPECrate вычисляется по формуле:

SPECrate = число_копий * ref_const * cpu_const / общее_время.

Число одновременно выполняемых задач может выбиратьсяпроизвольным образом. Очевидное решение - число, равное количеству процессоров, однако для каждойконкретной архитектуры возможны свои особенности. Величины ref_const и cpu_const для каждого теста являются постоянными коэффициентами. Общее время - время завершения последней из всех запущенных работ.

В методике используется принцип одноразрядной загрузки (тестовая смесь SPECint92 и SPECftp92), а в качестве конечного результата выступает среднее значение по всем тестам. При работе в мультипрограммной системе может варьироваться количество запускаемых копий, а время фиксироваться по завершении выполнения последней копии. Оценки по данной методике называются SPECrate_int92 и SPECrate_ftp92. В табл. 3.1 приведены результаты тестирования некоторых процессоров.



Таблица Результаты тестирование микропроцессоров

Микропроцессор	Разрядность	Частота, МГц	SPECint95	SPECftp95
Alpha 21164	64	433	12,4	17
PentiumPro	32	233	9,3	7,4
UltraSPARC	64	200	6,5	11
Alpha 21164	64	466	13	18
MIPS R10000	64	275	12	24
UltraSPARC-II	64	250	8,5	15
POWER2 Super	32	133	5,5	15

Кроме собственно тестового набора комитетом SPEC разработан и инструментарий, использование которого является обязательным:

* средства оценки, основанные на вычислении среднего времени из серии запусков, исключающие внесение какого-либо дополнительного пользовательского кода или использование произвольной выборки из серии запусков тестовых программ. В отчете присутствует "базовое" время (Referencestime) -- время выполнения теста на эталонной машине, в качестве которой используется SPARCstation 10/40 в конфигурации с кэш-памятью второго уровня. В отчет включается также относительное время выполнения тестов по сравнению со временем отработки тестов на эталонной машине; Эта оценка является основной для данного набора;

* автоматическое формирование отчета, в котором должно присутствовать полное описание конфигурации тестируемой системы, операционной системы и ключей запуска компилятора.

Оценка производительности проводится по двум частным показателям:

* скорости выполнения теста с оптимизированным (SPECint_95 и SPECftp_95) и неоптимизированным (SPECint_base_95 и SPECftp_base_95) режимами компиляции;

* пропускной способности системы для многопроцессорных архитектур и/или для многозадачного режима работы в оптимизированном (SPECint_rate95 и SPECftp_rate95) и неоптимизированном (SPECint_rate_base95 и SPECftp_rate_basefp95) режимах работы.

Смесь SPECint_95 включает 8, aSPECftp_95 - 10 программ. Перечень, программ, время их выполнения на эталонной машине, прикладная область и характеризующие ее спецификации. Набор целочисленных программ написан на языке Си, а для работы с плавающей арифметикой - на Фортране.

Оценки SPEC важны для анализа систем, основное назначение которых быть вычислителем вообще, без детального уточнения конкретной специфики. Тестовые наборы дают сравнение по работе с целыми и с вещественными числами.

Консорциум SPEC разработал кроме этих еще несколько тестов, среди которых SDM (тест рабочей нагрузки при использовании UNIX) и SFS (тест рабочей нагрузки файлового сервера). В тесте SDM моделируется многопользовательская среда UNIX и оцениваются как работа ОС, так и производительность процессора и операции ввода-вывода. Тест SFS включает в себя один пакет 097.LADDIS, в рамках которого генерируются типовые сетевые запросы к NFS-серверу. Отчет по этому тесту содержит описание полной конфигурации и время ответа на запросы NFS.

1.3 Тест ICOMP 2.0 для оценки эффективности микропроцессоров Intel

Корпорация Intel разработала тест iCOMP, ранжирующий по эффективности микропроцессоры различных семейств Intel-подобной архитектуры.

Тест iCOMP ориентирован только на выбор микропроцессоров для ПЭВМ. Тест не может служить интегральным показателем качества любых типов микропроцессоров, ПЭВМ или рабочих станций в целом, так как на общую эффективность влияют различия в аппаратных средствах и конфигурации программного обеспечения.

Со временем тест iCOMP был модифицирован и назван iCOMP 2.0. В нем отражены основные тенденции в формировании требований к оценке микропроцессоров: учет современных профилей прикладных программ, определяемых как соотношение времени выполнения регистровых операций ЦПУ, обмена с памятью и ввода-вывода; переход на 32-разрядные операционные системы и прикладные программы, включая Windows 95, NT, OS/2 и UNIX; быстрое увеличение объема мультимедийных, сетевых средств и средств обработки трехмерной графики.

Оценка процессоров производится по взвешенному времени выполнения тестовой смеси, нормированному по эффективности базового процессора, в соответствии с формулой

где BMi - время выполненияi - го теста;

Р i - весi - го теста;

Base _ BMi - эффективность базового процессора на i -м тесте.

Из приведенной формулы следует, что индекс iCOMP 2.0 вычисляется как мультипликативная свертка времени работы процессора на каждом из эталонных тестов смеси.

Рис. Профили типовых прикладных программ

Состав тестовой смеси выбран так, чтобы охватить различные категории прикладных программ и объемы загрузки процессора. Перечень категорий прикладных программ, состав тестовой смеси ( BMi ) и веса тестов ( Pi ), используемые для расчета индекса iCOMP 2.0 (табл. 3.3), определены исходя из анализа рыночного спроса программ различного типа.

За базовый процессор принят Pentium- 120МГц, имеющий оценку, равную 100 ед.

Эффективность базового процессора ( Base _ BMi ), определенная по различным тестам, представлена ниже.

Оценки, основанные на iCOMP 2.0, не могут сравниваться с оценками, основанными на iCOMP, так как они получены из различного набора эталонных тестов с различными весами и нормированы на различный базовый процессор.

В тесте iCOMP за базовый процессор принят процессор Intel486SX, 25МГц.

1.4 Методика AIM

Сравнение и оценка производительности вычислительных систем применительно к конкретному приложению и планируемому использованию проводятся по методикам независимой компании AIMTechnology, основанной в 1981 г. Предлагаемые AIMTechnology методики и тестовые смеси ориентированы на получение интегральных оценок по всем компонентам UNIX-систем в многопользовательском и многозадачном режимах. Разработанные методики позволяют получить более комплексную оценку тестируемой архитектуры, чем тесты SPEC и iCOMP 2.0. Результаты тестовых испытаний систем можно получить на сервере.

В методике AIM при проверке учитываются следующие критерии:

* пиковая производительность (AIMPerformance Rating ) - максимальная производительность в режиме наиболее оптимального использования центрального процессора, процессора работы с вещественными числами и кэш-памяти;

* максимальная нагрузка ( Maximum User Load ) - максимально возможное число заданий при работе наибольшего числа пользователей, которое может выполнить система за минуту. Данный показатель используется при выборе серверов;

* обработка утилит Unix( Utilities Indexed или Milestone ) - оценка возможностей по выполнению 40 утилит ОС Unix. Данный показатель используется при выборе инструментального компьютера, предназначенного для интенсивной работы с утилитами типа grep или make ;

* пропускная способность ( Throughput Graph ) - показатель производительности (число работ в минуту) в зависимости от степени загрузки системы;

* цена ( Price ) - стоимость тестируемой компьютерной системы.

Производительность при выполнении Unix-утилит идентифицирует системы, наиболее эффективно выполняющие утилиты ОС Unix за одну минуту. Основным набором оценки собственно компьютерной системы, без вывода на терминалы, учета производительности при работе с XWindow и в составе сети, является AIMSystem Benchmark ( Suite lit ).

Набор состоит из шести так называемых моделей: обмены с оперативной памятью (20 %), работа с вещественными числами двойной и одинарной точности (10 %), операции работы с целыми числами (20 %), обмены данными между процессорами (10 %), вызовы функций на языке Си с 0, 1, 2 и 15 параметрами (20 %), ввод-вывод на диск (20 %). Ниже приведены результаты сравнения компьютерных систем, полученные фирмой AIM.

Компания AIMTechnology разработала также специальные наборы тестовых смесей, характеризующие использование вычислительной системы в следующих прикладных областях: GeneralWorkstationMix - среда разработки программного обеспечения; MechanicalCADMix - среда автоматизации проектирования в машиностроении (с использованием трехмерной графики); GISMix - среда геоинформационных приложений; GeneralBusiness -среда стандартных офисных приложений (электронные таблицы, почта, тестовые процессоры); Shared/MultiuserMix - многопользовательская среда; ComputerServerMix - среда центрального сервера для большого объема вычислений; FileServerMix - среда файлового сервера; RBMSMix -среда обработки транзакций реляционной базы данных.

1.5 Методика оценки скорости обработки транзакций

Коммерческие приложения требуют эффективной работы с внешней памятью в распределенной сети при обработке транзакций.

До недавнего времени все производители рабочих станций и разработчики систем управления базами данных (СУБД) предлагали свои собственные способы оценки. В 1988 г. пять ведущих фирм, среди которых были IBM, ControlData и Hewllett-Packard, организовали Совет по проведению оценки скорости выполнения транзакций ТРС (Transaction Processing Performance Council), положивший конец "войне транзакций" и установивший единые правила измерения и оформления отчетов по их результатам. Методики тестирования ТРС основаны на том, что эффективность систем, предназначенных для решения задач оперативной аналитической обработки данных - OLTP (On-lineTransactionProcessing), в том числе для работы с базами данных, характеризуется числом транзакций, выполняемых в единицу времени.

Любая компания и фирма может стать членом ТРС, а результаты тестовых испытаний общедоступны на WWW-сервере.

Понятие "транзакция" традиционно связывается с реляционными базами данных, однако применительно к OLTP имеет более общий смысл. Под транзакцией понимается последовательность операций ввода-вывода, во время проведения которых база данных остается неизменной. Практически транзакция представляет собой атомарную неделимую операцию, все изменения в результате выполнения которой становятся видны сразу после ее выполнения или отсутствуют до тех пор, пока операция не завершится.

В настоящее время из комплекса ТРС приняты в качестве общепризнанного стандарта три оценки (А, В и С).

Оценка ТРС-А характеризует быстродействие выполнения транзакций в режиме on - line для банковского кассира. При выполнении данного теста специально эмулируется операционная обстановка банка (терминалы и линии коммуникации), а в качестве транзакции выбирается обычная операция по обновлению счета клиента. Скорость работы в локальном окружении (без передачи транзакции во внешнюю сеть) измеряется в tsp-A-local. Быстродействие яри работе с внешними межбанковскими сетями оценивается в tsp-A-wide. В отчет о проведенном испытании по данной методике входит стоимость компьютера вместе с необходимым программным обеспечением и дополнительным оборудованием, необходимым для обеспечения работы банка в течение 90 дней. Стоимость вычислительной системы включает также пятилетнее сопровождение. При делении общей стоимости комплекса на полученное значение tsp получают цену одной транзакции (типа wide или local).

Оценка ТРС-В представляет собой усеченный вариант ТРС-А (без эмуляции терминалов и линий связи), ориентированный на проверку возможностей только СУБД в условиях ее интенсивной эксплуатации, Единицами измерения являются tsp-В и стоимость одной транзакции.

Тест ТРС-С появился из проекта корпорации МСТ (MicroelectronicsandComputerTechnology). Программа проверки включает моделирование различных видов деловой деятельности (операции со счетами в банке, инвентаризация и т.п.). Размер транзакций в ТРС-С изменяется от очень простых и коротких до очень сложных и длинных операций, которые, как в реальной практике бизнеса, требуют сложных проводок и много ступенчатых пересылок. Единицами измерения являются tmp -число транзакций в минуту и стоимость одной транзакции.

Показатели по оценке ТРС могут зависеть не только от возможностей аппаратуры, но и от используемой базы данных (БД). Обычно применяются три СУБД: Oracle, Informix и Sybase.

Комитетом ТРС объявлены также тесты TPC-D и ТРС-Е. Тест TPC-D ориентирован на системы принятия решений DSS (DecisionSupportSystem). Эти системы характеризуются работой с более сложными запросами, возможностью моделирования хода выполнения транзакций для анализа возникающих ситуаций и т.д. В нем используются 17 аналитических запросов, характерных для расчета цен и скидок, общего анализа и прогнозирования рынка и управления поставками. Тест ТРС-Е также служит для оценки пригодности вычислительных систем для задач DSS.

Тест ТРС-А стал базовым для создания всей серии ТРС, но он не мог охватить всего многообразия требований приложений OLTP. Поэтому в 1995 г. он был изъят из употребления. ТРС-В также утратил актуальность в том же году. В связи с появлением эталонных тестов ТСН-Н и TPC-R тестТРС-Д был изъят из применения в 1999 г.

1.6 Методика оценки графических возможностей

Приведенные выше методики предназначены для тестирования наиболее распространенных типовых вычислительных систем и приложений. Однако массовое внедрение различного рода графических приложений (САПР, геоинформационные системы, мультимедиа и виртуальная реальность, архитектурное проектирование) потребовало разработки своих, специфических методик оценки.

Для оценок графических систем в настоящее время доступны несколько тестов, разработанных комитетом GraphicsPerformanceCharacterization (GPC), функционирующим под управлением Национальной графической компьютерной ассоциации (NCGA - NationalComputerGraphicsAssociation), которая, в свою очередь, взаимодействует со SPEC. Комитет GPC предложил три системы тестов, на основе которых производится тестирование графических систем. Первой тестовой системой является Picture-LevelBenchmark (PLВ), фактически измеряющая скорость визуализации. Результаты тестирования, доступные на сервере приводятся для стандартной (PLBHt) и оптимизированной (PLBopt) конфигурации. микропроцессор графический компьютер электронный

Кроме теста PLB комитет GPC публикует результаты измерений по методике Xmark93, используемой для оценки эффективности работы Х-сервера. Следует отметить, что фирмами-разработчиками чаще всего используется тест Xmark93, позволяющий оценивать не только аппаратуру, но и эффективность реализации Х-сервера и степень его оптимизации под конкретное графическое оборудование. Результаты измерений на основе данного теста обычно доступны на WWW-серверах фирм-производителей.

Далеко не полный список различных систем тестирования состоит из более чем 40 названий и включает такие тесты, как Ханойские пирамидки, EureBen, SYSmark, CPUmark32 (тест, специально разработанный для оценки систем на базе процессора Intel), Приведенные методики и системы тестирования являются наиболее распространенными и, что самое главное, признанными большинством фирм-производителей.

1.7 Методика оценки производительности супер компьютеров

На рынке компьютерных технологий сейчас широко представлены и активно продолжают разрабатываться различные супер производительные микропроцессоры: Alpha, MIPS, PowerPC/POWER2, HP72OO/8OOO, PentiumPro, превосходящие на различных тестах многие вычислительные системы, построенные на процессорах предыдущего поколения. Однако, несмотря на впечатляющие успехи микропроцессорных технологий, разработчики уделяют большое внимание SMP, МРР и кластерным архитектурным решениям. Решение наиболее "емких" вычислительных задач, например численного аэродинамического моделирования, связывается именно с суперкомпьютерными архитектурами, обеспечивающими максимальную степень параллелизма.

Кроме крупнейших исследовательских центров, таких, как CornellUniversity, NASA, AirForceHighPerformanceComputingCenter, системы массового параллелизма используются для анализа и прогнозирования в бизнесе, что имеет целый ряд особенностей, связанных с вычислительными методами, ОС, мониторами параллельной обработки транзакций, библиотеками параллельных вычислений и т.п. Ведущие производители поставляют на рынок коммерческих приложений вычислительные системы IBMSP2, SNIRM1000, CRAYT916 Intel/Paragon и др.

Широко используемые системы BenchmarkSPEC, TPC и LINPACK, применяемые для традиционных архитектур, неприемлемы для МРР- архитектур. Например, тесты SPEC дают возможность определить лишь производительность самих процессоров, тесты ТРС и LINPACK хотя и учитывают текущую конфигурацию вычислительной системы в целом и пригодны для оценки задач OLTP и DSS, все же не достаточны для многопроцессорных архитектур.

Существует подход, удовлетворяющий этим требованиям, при котором выбор конкретных структур данных, алгоритмов распределения процессоров и выделения памяти оставляется на усмотрение разработчика и решается в конкретной реализации тестов. Но система тестирования должна соответствовать некоторым правилам:

* все операции с плавающей точкой должны быть выполнены с использованием 64-разрядной арифметики;

* все тесты должны быть запрограммированы на языках Фортран 90 и Си;

* не допускается смешение кодов этих языков;

* допускается использование компилятора HighPerformanceFortran (HPF) версии от января 1992 г, или более поздней;

* все используемые расширения языка и библиотеки должны официально поставляться фирмой-производителем;

* библиотечные подпрограммы за исключением оговоренного списка должны быть написаны на одном из указанных языков.

Использование языков Си и Фортран обусловлено их распространенностью для подобного класса вычислительных систем. При этом важен запрет на использование ассемблерного кода, для того чтобы уравнять разрабатываемые тесты программ.

Тест NAS . Целью программы NAS, в рамках которой был разработан тест, было достижение к 2000 г. возможности проведения за несколько часов полномасштабного численного моделирования полета космического аппарата. Возможно, первой компьютерной системой, способной справиться с этой задачей, будет архитектура МРР.

Комплекс тестов NAS состоит из пяти тестов NASBenchmarksKernel и трех тестов, основанных на реальных задачах гидро- и аэродинамического моделирования. Этот круг задач не покрывает всего спектра возможных приложений, однако на сегодняшний день этот комплекс тестов является лучшим и общепризнанным для оценки параллельных многопроцессорных систем.

Как наиболее перспективные для определения производительности систем МРР выделяются именно последние три теста. Все требования к тестам описаны исключительно на уровне общего алгоритма, что позволяет производителям компьютеров выбрать наиболее приемлемые с их точки зрения методы решения задачи, структуры данных, дисциплину распределения заданий между процессорами и т.п.

Тесты NAS призваны в первую очередь оценить вычислительные возможности компьютерной системы и скорость передачи данных между процессорами в параллельных системах, а производительность при выполнении операций ввода-вывода или различных пре- и постпроцессорных функций в данном тесте не оценивается.

Таблица Результаты тестирования суперкомпьютеров

Комплекс тестов NASBenchmarkskernel включает следующие расчетные задачи:

1. ЕР (EmbarrasinghlyParallel). Вычисление интеграла методом Монте-Карло - тест усложненного параллелизма для измерения первичной вычислительной производительности плавающей арифметики. Этот тест минимального межпроцессорного взаимодействия фактически определяет чисто вычислительные характеристики узла при работе с вещественной арифметикой.

2. MG (3D Multigrid). Тест по решению уравнения Пуассона (трехмерная решетка) в частных производных требует высокоструктурированной организации взаимодействия процессоров, тестирует возможности системы выполнять как дальние, так и короткие передачи данных.

3. CG (ConjugateGradient). Вычисление наименьшего собственного значения больших разреженных матриц методом сопряженных градиентов. Это типичное неструктурированное вычисление на решетке, и поэтому тест применяется для оценки скорости передачи данных на длинные расстояния при отсутствии какой-либо регулярности.

4. FFT (FastFourierTransformation). Вычисление методом быстрого преобразования Фурье трехмерного уравнения в частных производных. Эта задача - важный тест для оценки эффективности взаимодействия по передаче данных между удаленными процессорами. При создании программы, реализующей данный тест, могут использоваться библиотечные модули преобразования Фурье различной размерности.

5. IS (IntegerSort). Тест выполняет сортировку целых чисел и используется как для оценки возможностей работы системы с целочисленной арифметикой (главным образом одного узла), так и для выявления потенциала компьютера по выполнению межпроцессорного взаимодействия.

Тест ЕР . Чтобы понять принципы построения тестов типа NAS и особенности их реализации на конкретных суперкомпьютерных архитектурах, рассмотрим несколько подробнее тест ЕР. Данный тест формулируется следующим образом: формирование двухмерной статистики из большого числа случайно распределенных по Гауссу чисел, которые генерируются наилучшим (оптимальным) образом для каждой конкретной вычислительной архитектуры. Эта постановка является типичной для большинства приложений, использующих метод Монте-Карло. Как и все остальные тесты ядра NASKernel, этот тест имеет два класса, определяемых в данном случае числом сгенерированных и обработанных случайных чисел: первый - 228 , второй - в четыре раза больше.

На многопроцессорной архитектуре каждый из процессоров независимо генерирует статистику для множества из п/р пар. Так как генерация статистик происходит параллельно на каждом процессоре, то фактически не требуется межпроцессорного взаимодействия. И только лишь десять пар от каждого процессора аккумулируются - пересылаются в один узел, чем, однако, можно пренебречь. Ключевым моментом для данного теста является только оптимизация вычислений на узле, что позволяет оценивать вычислительные возможности системы по работе с вещественными числами.

Для приоритетного определения коммуникационных показателей системы с массовым параллелизмом используются три оставшихся теста, в основе которых - алгоритмы численных методов на решетке. Основная идея реализации этих алгоритмов, в частности, для теста MG заключается в том, что на процессорах строится логическая модель трехмерной решетки. Это предполагает создание подобластей, в узлах которых параллельно проис ходят вычисления. Однако при этом важное значение имеет вычисление граничных условий для каждой подобласти, что требует интенсивного взаимодействия между процессорами. Кроме, того, не менее существенным моментом, влияющим на эффективность реализации теста, является репликация данных при переходе вычислительного процесса на новые слои решетки, что также определяется эффективностью реализации межпроцессорного взаимодействия.

Результаты последних оценок суперкомпьютерных платформ можно найти на WWW-сервере NASwww.nas.nasa.gov/NAS/NPB. Анализ этих данных показывает, что даже самая быстродействующая система VPP500 по соотношению цена/производительность уступает или сравнима с намного более дешевым сервером DEC 8400, суперкомпьютером SGIPowerChallenge или RS/6000 SP.

1.8 Методика оценки конфигураций

Тестовая методика оценки конфигураций Web - WebSTONE - представляет собой одно из первых средств оценки эффективности оборудования и программного обеспечения при работе с протоколом HTTP.

По своему функциональному назначению WWW во многом напоминает NFS, для оценки эффективности которой существует тест LADDIS. Но адаптация этого теста к конкретной архитектуре часто оказывается весьма проблематичной. Тест WebSTONE более точно отражает специфику работы с глобальными сетями с многократными переключениями, исправлением ошибок, переадресациями и т.п. Данный тест способен моделировать разнородную среду, в которой работают одновременно множество клиентов, порождающих разнообразных потомков, способных запрашивать информацию от серверов.

Предусмотрены четыре смеси, моделирующие различные конфигурации подключения Web-сервера. Первая смесь - общий набор, использующийся для моделирования подключения к сетичерез модем. Файлы данной смеси содержат небольшие, обычно текстовые страницы размером не более 20 Кбайт, для передачи которых по модему со скоростью 14,4 Кбит/с требуется не очень много времени. Вторая смесь применяется для моделирования работы клиентов локальной сети. Размер файлов в данной смеси колеблется от 1 до 100 Кбайт. Третий тестовый набор представляет собой массив информации мультимедиа, использующий для своей обработки все ресурсы тестируемой системы. Файлы этого набора - MPEGи Quicklime, звуковые клипы и большие графические файлы. Размер таких файлов изменяется от 20 Кбайт до нескольких мегабайт. В четвертой смеси объединены первый и третий наборы.

Главными показателями WebSTONE являются пропускная способность, измеряемая в байтах в секунду, и латентность - время, необходимое для выполнения Запроса. Кроме того, WebSTONE содержит информацию о количестве страниц в минуту, среднем числе соединений и другую информацию, позволяющую провести более точную оценку качества конфигурации и выявить ее узкие места. Пропускная способность измеряется как для всей системы в целом, так и по каждому клиенту в отдельности; в обоих случаях она усредняется за все время проведения тестирования. Различают два типа латентности: время соединения и время запроса. Первое показывает продолжительность установки соединения, а второе - временные затраты на непосредственную передачу данных.

Одна из главных особенностей теста WebSTONE -- его гибкость, позволяющая моделировать произвольные конфигурации и имитировать работу с различными узлами. При выполнении стандартной тестовой смеси можно получить показатель общей производительности конфигурации. В качестве параметров настройки используются продолжительность выполнения теста, число повторений, количество тестовых файлов, число страниц, опции программного и аппаратного обеспечения сервера, количество потомков, количество сетей, число клиентов, загрузка страниц, ведение журнала, отладка.

Продолжительность выполнения теста задается в минутах. Максимальное время определяется числом потомков и емкостью памяти, выделяемой для каждого клиента. Многократное повторение теста позволяет устранить элемент случайности, неизбежный при работе в сети, и выявить устойчивые закономерности.

Количество страниц, представляющих собой документ в формате HTML (текст, картинки в форматах GIF или JPEG), задается при формировании тестируемой конфигурации, максимально приближенной к реальной. Обычно страницы, подобранные в тестовом файле, являются типичными страницами Web, используемыми на наиболее распространенных узлах WWW.

При описании операционного окружения для работы теста необходимо задать конфигурацию программ и аппаратуры, число потомков Webchildren, страниц или файлов, загружаемых с сервера. Это позволяет имитировать различные реальные сетевые комплексы. Варьируя параметры и анализируя результаты тестирования, можно выявить оптимальные параметры для решения конкретной задачи. Для имитации нескольких сетей, управляемых одним сервером, достаточно задать параметр "количество сетей", не заботясь об именовании серверных узлов и организации потоков клиентов. Задание числа клиентов н их потомков позволяет имитировать различные режимы использования ресурсов, необходимых для работы каждого клиента и собственно процесса WebMASTER. При варьировании значений данного параметра можно моделировать клинчевые ситуации, когда много потомков одновременно запрашивают один и тот же ресурс. Каждая страница в тестовом наборе WebSTONE обладает весом, задающим активность использования страницы - чем выше вес, тем чаще будет осуществляться обращение к данной странице. Иногда для более подробного анализа работы клиента требуется точный протокол его работы, который не включается в результирующий отчет, формируемый процессом WebMASTER, а используется отдельно.

Основные понятия теста включают следующие определения.

Клиенты - один или несколько процессов, работающих с сервером. Увеличивая число одновременно работающих клиентов, можно выявить максимально допустимую для каждого конкретного сервера конфигурацию.

Число соединений в секунду - число успешных соединений TCP/IP, выполненных сервером за одну секунду при работе со всеми клиентами. Кроме собственно установления связи в процедуру соединения входят передача подтверждающего сообщения, получение ответа н закрытие ТСР/IР-соединения. Чем больше количество соединений, тем выше производительность конфигурации. Данный показатель определяет, с какой скоростью сервер способен отвечать на новые запросы, одновременно завершая текущие.

Число ошибок в секунду - количество сбоев, произошедших в процессе взаимодействия сервера с клиентом, например ошибка типа ConnectionRefused, возникающая при попытке установить соединение TCP/IP. Чем меньше значение данной характеристики, тем лучше и эффективнее работает конфигурация.

Латентность - среднее время, затрачиваемое на соединение клиента и сервера, а также на обработку запроса. Чем меньше латентность, тем лучше.

Закон Литтла ( Little - s Law ) - отношение времени, затрачиваемого на посылку сообщения, к времени ожидания ответа. Чем ближе значение этого показателя к числу клиентов, обслуживаемых данным сервером, тем лучше его производительность. Термин взят из теории очередей.

Пропускная способность - суммарное количество мегабит в секунду, проходящих через всех клиентов. Чем выше пропускная способность, тем лучше производительность.



Глава 2. Описание модуля электронного учебника по теме "Методы организации сложных экспертиз компьютерных систем"

2.1 Понятие и требование к электронному учебнику

Большие трудности часто возникают при оперативной подготовке, изготовлении и распространении учебных пособий различных видов. Данные факторы негативно сказываются на качестве подготовки обучаемых. В связи с этим большое внимание уделяется применению прогрессивных методик обучения, в том числе предполагающих использование вычислительной техники. Это позволяет существенно повысить качество и эффективность учебного процесса. Одной из форм повышения эффективности обучения являются электронные учебники.

В настоящее время существует множество определений электронного учебника, вот некоторые из них:

- это компьютерное, педагогическое программное средство, предназначенное, в первую очередь, для предъявления новой информации, дополняющей печатные издания, служащее для индивидуального и индивидуализированного обучения и позволяющее в ограниченной мере тестировать полученные знания и умения обучаемого.

- это электронный учебный курс, содержащий систематическое изложение учебной дисциплины или ее раздела, части, соответствующий государственному стандарту и учебной программе и официально утвержденный в качестве данного вида издания.

- это комплекс информационных, методических и программных средств, который предназначен для изучения отдельного предмета и обычно включает вопросы и задачи для самоконтроля и проверки знаний, а также обеспечивает обратную связь.

- основное учебное электронное издание, созданное на высоком научном и методическом уровне, полностью соответствующее федеральной составляющей дисциплины Государственного образовательного стандарта специальностей и направлений, определяемой дидактическими единицами стандарта и программой.

Электронные учебники позволяют решать такие основные педагогические задачи, как:

- начальное ознакомление с предметом, освоение его базовых понятий и конструкций;

- базовая подготовка на разных уровнях глубины и детальности;

- контроль и оценивание знаний и умений;

- развитие способностей к определенным видам деятельности;

- восстановление знаний и умений.

Электронные учебники могут быть использованы на всех уровнях образования: в школах и колледжах, институтах и университетах, для повышения квалификации. Поэтому электронные учебники разрабатываются во многих странах.

Основные требования к методике составления электронного учебника следующие:

1. Учебный материал должен быть разбит на блоки.

2. Каждый блок должен быть снабжен иллюстрациями.

3. Иллюстрации должны подбираться таким образом, чтобы более подробно и просто разъяснить трудновоспринимаемый студентами материал.

4. Основной материал блока должен быть объединен в одно целое с помощью гиперссылок. Гиперссылки могут связывать собой и отдельные блоки электронного учебника.

5. Целесообразно, дополнить материал электронного учебника всплывающими подсказками.

Одним из достоинств электронных средств обучения и, в частности, электронных учебников, относят индивидуальный темп обучения.

К недостаткам электронного учебника можно отнести не совсем хорошую физиологичность дисплея как средства восприятия информации (восприятие с экрана текстовой информации гораздо менее удобно и эффективно, чем чтение книги) и более высокую стоимость по сравнению с книгой.



Заключение

В данной работе были рассмотрены методы организации сложных экспертиз компьютерных систем, в частности тесты DHRYSTONE, LINPACK, "ЛИВЕРМОРСКИЕ ЦИКЛЫ", методика SPEC, тестICOMP 2.0, методика AIM, методика оценки скоростей обработки транзакций, методика оценки графических возможностей, методика оценки производительности суперкомпьютеров и методика оценки конфигураций WEB.

Результатом данной работы является разработка модуля электронного учебника по теме "Методы организации сложных экспертиз компьютерных систем". Практическая значимость исследования заключается в том, что разработанный модуль электронного учебника по теме "Методы организации сложных экспертиз компьютерных систем" может быть использован для создания электронных учебников по дисциплинам информатики.



Библиографический список

1. Анфилатов B.C. Вычислительные системы. - СПб.: Изд-во ВУС, 1998. - 278 с

2. Волкова В.Н., Денисов А.А. Основы теории систем и системного анализа. - СПб: Изд-во СПбГТУ. - 510 с.

3. Кукушкин А.А. Теоретические основы автоматизированного управления. Ч. 1: Основы анализа и оценки сложных систем. - Орел: Изд-во ВИПС, 1998. - 254 с.

4. Кукушкин А.А. Теоретические основы автоматизированного управления. Ч. 2: Основы управления и построения автоматизированных информационных систем. - Орел: Изд-во ВИПС, 1999.-209 с.

5. Французов Д., Волков Д. Новое поколение тестов SPEC // Открытые системы. - 1996. - № 4 (18). - С. 58 - 64

Размещено на Allbest.ru

...