Файл: Методичка Лабораторная работа №2.docx

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 08.04.2024

Просмотров: 48

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

СОДЕРЖАНИЕ

Лабораторная работа №2

Пример выполнения задания

Построение сп-модели вс

Варианты заданий

Лабораторная работа №2

МОДЕЛИРОВАНИЕ МНОГОПРОЦЕССОРНЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СТРУКТУР

Цель работы

Изучение методов использования иерархических сетей Петри при анализе многоуровневых вычислительных структур с распределенными ресурсами

Постановка задачи

Существует три различных метода, с помощью которых может быть разработана многоуровневая ВС. Первый метод (сверху вниз) заключается в том, что сначала разрабатывается самый высокий уровень, затем уровень, находящийся под ним, и т.д., пока не будет достигнут уровень, который может быть интерпретирован аппаратными средствами. Второй метод (снизу вверх) является прямой противо­положностью методу "сверху вниз". При его использовании первым разрабатывается уровень, наиболее близкий к аппаратуре, затем уровень, примыкающий к нему сверху, и т.д. до тех пор, пока не будет достигнут самый высокий уровень. При использовании третьего метода (с промежуточного уровня) проектирование начинается с одного из промежуточных уровней, а затем процесс разработки распространяется одновременно вверх и вниз.

Сети Петри с успехом могут применяться при использовании любого метода. Возможны два пути практического применения СП при проектировании и анализе систем. Первый путь заключается в использовании СП-моделей в качестве вспомогательного инструмента анализа. В этом случае построенная структура моделируется сетью Петри и модель анализируется. Любые трудности, встречающиеся при анализе, указывают на изъяны в проекте. Для их исправления необходимо модифицировать проект. Модифицированный проект затем снова моделируется и анализируется. Этот цикл повторяется до тех пор, пока проводимый анализ не приведет к успеху. Второй путь заключается в том, что весь процесс проектирования и определения характеристик ВС проводится в терминах сетей Петри.

Ниже представлены варианты ВС, назначение которых заключается в вводе, обработке и выводе информации. Предлагаемые структуры состоят из процессорных элементов (ПЭ), которые могут соединяться последовательно и параллельно, и каналов ввода-вывода, которые состоят из подканалов. Последовательное соединение ПЭi и ПЭj обозначается как - (ПЭi−ПЭj), параллельное соединение ПЭi и Пэj - как - (ПЭi||ПЭj).

Практическое задание

  1. Построить структурную схему для заданного варианта ВС.

  2. Построить модель ВС в терминах иерархической сети Петри (СП). Дать интерпретацию вершин СП-модели в терминах блоков и функций ВС.

  3. Описать построенную модель с помощью матричных методов, а также с помощью алгебраических выражений.

  4. Провести анализ полученной СП-модели при помощи матричных методов и дерева достижимых разметок.

  5. Провести анализ построенной СП-модели с использованием программного комплекса. Убедиться в корректном функционировании СП (отсутствие тупиковых ситуаций и бесконечно размеченных позиций).

  6. На основе исследования сделать выводы о корректности модели, предложить варианты устранения недостатков в случае их обнаружения.

  7. Сделать выводы по работе.

  8. Оформить отчет.

Контрольные вопросы

  1. Какова интерпретация позиций и переходов при описании СП вычислительных структур?

  2. Как можно доказать корректность иерархической СП-модели?

  3. Как определяется степень детализации иерархической СП-модели ВС?

  4. Какие Вы знаете пути практического применения СП при про­ектировании и анализе ВС?

  5. Какие методы проектирования многоуровневых ВС Вам известны? В чем достоинства и недостатки данных методов?

Пример выполнения задания

Задание

Имеется многопроцессорная вычислительная система (ВС), состоящая из трех параллельно включенных процессорных элементов ПЭ1, ПЭ2 и ПЭ3. Ввод и вывод данных в процессорную систему осуществляет канал ввода-вывода КВВ, состоящий из двух подканалов ПКВ1 и ПКВ2. Из входного буфера сообщения поступают на обработку в один из процессорных элементов (ПЭ). Передача сообщений ПЭ осуществляется при одновременном занятии подканалов ПКВ1 и ПКВ2. Обработка сообщений производится на параллельном процессоре, процессорные элементы которого имеют равные приоритеты. Каждый процессорный элемент в конкретный момент времени может обрабатывать только одно сообщение.. Если заняты все ПЭ, сообщение ожидает очереди во входном буфере. Вывод обработанных сообщений из ПЭ в выходной буфер (БФвых) происходит при занятии только подканала ПКВ2. Приоритеты ПЭ на подканал ПКВ2 одинаковы.

Построение сп-модели вс

  1. Структурная схема заданной ВС представлена на рис.1. Работу ПЭ разобьем на три этапа: ввод данных в ПЭ, обработка данных и вывод данных из ПЭ.

  2. СП-модель заданной ВС представлена на рис.2. При этом введена следующая интерпретация вершин СП-модели:

Интерпретация переходов ПЭ1:

t11 – начало ввода данных в ПЭ1,

t12 – окончание ввода данных в ПЭ2

t13 – начало обработки данных в ПЭ1,

t14 – конец обработки данных в ПЭ1,

t15 – начало вывода данных из ПЭ1,

t4 – окончание вывода данных из ПЭi,

t5 – передача данных из ПЭi в выходной буфер.

Рис.1

Аналогично интерпретируются переходы ПЭ2 и ПЭ3.

Интерпретация позиций ПЭ1:

p11 – идет вод данных в ПЭ1,

p12 – данные готовы для обработки в ПЭ1,

р13 – идет обработка данных в ПЭ1,

р14 – данные готовы к выводу из ПЭ1,

р5 – данные выводятся из ПЭi,

р6 – данные готовы для передачи в выходной буфер из ПЭi.

Аналогично интерпретируются позиции ПЭ2 и ПЭ3.

Интерпретация переходов и позиций КВВ:

t1 – генерация данных для ввода в ВС,

t3 – окончание ввода данных в ВС и помещение данных во входной буфер,

t4 – данные из ПЭi поступили в выходной буфер;

t5 - окончание вывода данных из ВС,

р1 – на входе в ВС присутствуют данные,

р2 – данные вводятся в ВС,

р4 – данные поступили во входной буфер ВС,

р5 – данные поступили в выходной буфер ВС,

р6 – данные выводятся из ВС,

р7 – обработка данных завершена,

р8 – ПКВ1 свободен,

р9 – ПКВ2 свободен,

Примечание: в СП-модели позицией р1 и переходом t1 сформирована петля для постоянной генерации меток в СП-модели. Также позиция р7 и переход t5 образуют «ловушку» для поглощения меток.

Варианты заданий

1.

Дана вычислительная структура, которая состоит из двух независимых подканалов ПКВ1, который вводит данные, и ПКВ2, который выводит данные. Обработка данных ведется на конвейерном процессоре, состоящем из трех процессорных элементов. Если работает процессор, то ввод данных запрещен.

2.

Дана вычислительная структура, которая включает канал ввода-вывода, состоящий из подканалов ПКВ1, ПКВ2, ПКВ3, и параллельный процессор, состоящий из трех процессорных элементов ПЭ1, ПЭ2, ПЭ3. Ввод данных выполняют подканалы ПКВ1 и ПКВ2, вывод - подканал ПКВ2. Подканал ПКВ3 управляет передачей данных в процессорные элементы: ПЭ1 занимает подканал ПКВ3 на все время обработки данных, ПЭ2 - только на время ввода и вывода, ПЭ3 - только на время вывода.

3.

Даны вычислительные структуры BC1 и ВС2. BС1 имеет параллельный процессор, состоящий из двух процессорных элементов. ВС2 имеет конвейерный процессор, также состоящий из двух процессорных элементов. Канал ввода-вывода включает два подканала ПКВ1 и ПКВ2. Ввод и обработка данных в ВС1 производится под управлением подканала ПКВ1, а в ВС2 - под управлением подканала ПКВ2. Вывод данных из BC1 и ВС2 требует занятия канала ввода-вывода полностью.

4.

Даны вычислительные структуры BC1 и ВС2, которые имеют соответственно параллельный (ПЭ1||ПЭ2||ПЭЗ) и последовательный (ПЭ1−ПЭ2) процессоры. Обработка данных в процессорах BC1 и ВС2 начинается одновременно. Канал ввода-вывода имеет один подканал и выполняет ввод и вывод данных в каждой вычислительной структуре.

5.

Даны вычислительные структуры BC1, BC2, ВСЗ и канал ввода-вывода, состоящий из подканалов ПКВ1, ПКВ2, ПКВ3. BC1 выполняет ввод данных с использованием подканалов ПКВ1 и ПКВ2. BC2 выполняет обработку данных на процессоре со следующей структурой ((ПЭ1||ПЭ2) −ПЭЗ). ВC3 выполняет вывод данных с использованием подканалов ПКВ2 и ПКВ3.

6.

Даны вычислительные структуры BC1, BC2, ВСЗ и канал ввода-вывода, который включает два подканала ПКВ1 и ПКВ2. BC1 вводит данные с использованием подканалов ПКВ1 и ПКВ2. ВС2 выводит данные с использованием подканала ПКВ2. Обработка ведется ВСЗ на последовательно-параллельном процессоре со структурой (ПЭ1 (ПЭ2||ПЭЗ)).

7.

Дана вычислительная структура и канал ввода-вывода, который может использоваться при вводе и выводе данных одновременно. Обработке данных ведется на параллельном процессоре со структурой (ПЭ1||ПЭ2||ПЭ3).

8.

Дана конвейерная система, которая включает вычислительные структуры ВС1, BC2, BС3 и канал ввода-вывода с подканалами ПКВ1 и ПКВ2. BC1 и подканал ПКВ1 вводят данные, ВС2 и подканал ПКВ2 выводят данные, ВСЗ выполняет обработку. Обработка ведется на процессоре со структурой ((ПЭ1||ПЭ2) −ПЭ3−(ПЭ4||ПЭ5)).

9.

Дана параллельная система, которая включает вычислительные структуры BС1, BC2, ВСЗ и канал ввода-вывода, который вводит и выводит данные во все структуры синхронно. Каждая вычислительная структура имеет последовательный процессор, состоящий из двух процессорных элементов ПЭ1 и ПЭ2. Условием начала работы ПЭ2 в BC2 является окончание обработки данных в ВС3, а условием начала работы ПЭ2 в BC1 является окончание обработки данных в BC2.

10.

Даны вычислительные структуры BC1, BC2, ВС3 и ВС4. Все вычислительные структуры обмениваются данными с одним и тем же буфером. Передача данных осуществляется каналом ввода-вывода, содержащим подканал ПКВ1. Процессоры вычислительных структур являются последовательными и состоят из двух процессорных элементов. Обработку данных вычислительные структуры ведут в следующем порядке: BС1, ВС3, ВС4, BC2.

11.

Даны вычислительные структуры BC1, BC2 и ВС3, работа которых организована параллельно. Канал ввода-вывода вводит и выводит данные для всех вычислительных структур синхронно. Процессоры вычислительных структур имеют следующий вид: BС1 - (ПЭ1−ПЭ2), BC2 - (ПЭ1||ПЭ2), ВС3 - (ПЭ1−(ПЭ2||ПЭ3)). На работу BC1 и BC2 накладывается следующее ограничение: BC2 может начать обработку данных только после того, как началась обработка данных в BС1.

12.

Даны вычислительные структуры BC1, BC2 и ВСЗ, связанные по кольцевой системе. ВС1 и ВС3 осуществляют ввод и обработку данных, BC2 только обработку. Дан один канал ввода-вывода, который занимается на все время работы вычислительной структуры. Процессоры вычислительной структуры имеют следующую организацию: BC1 - (ПЭ1||((ПЭ2||ПЭ3) −ПЭ4)), BC2 - (ПЭ1−ПЭ2−ПЭ3), ВС3 - (ПЭ1||(ПЭ2−ПЭЗ−ПЭ4)).

13.

Дана вычислительная структура, которая состоит из двух независимых подканалов ПКВ1, который вводит данные, и ПКВ2, который выводит данные. Обработка данных ведется на конвейерном процессоре, состоящем из трех процессорных элементов. Если работает процессор, то ввод и вывод данных запрещен.

14.

Дана вычислительная структура, которая включает канал ввода-вывода, состоящий из подканалов ПКВ1, ПКВ2 и параллельный процессор, состоящий из трех процессорных элементов ПЭ1, ПЭ2, ПЭ3. Ввод данных выполняют подканалы ПКВ1 и ПКВ2, вывод - подканал ПКВ2.

15.

Даны вычислительные структуры BC1 и ВС2. BС1 имеет параллельный процессор, состоящий из двух процессорных элементов. ВС2 имеет конвейерный процессор, также состоящий из двух процессорных элементов. Канал ввода-вывода включает два подканала ПКВ1 и ПКВ2. Ввод данных в ВС1 производится под управлением подканала ПКВ1 и ПКВ2, а ввод данных в ВС2 - под управлением подканала ПКВ2. Вывод данных из BC1 и ВС2 требует занятия канала ввода-вывода полностью.

16.

Даны вычислительные структуры BC1 и ВС2, которые имеют соответственно параллельный (ПЭ1||ПЭ2) и последовательный (ПЭ1−ПЭ2) процессоры. Обработка данных в процессорах BC1 и ВС2 начинается одновременно. Канал ввода-вывода имеет один подканал и выполняет ввод и вывод данных в каждой вычислительной структуре.

17.

Даны вычислительные структуры BC1, BC2, ВСЗ и канал ввода-вывода, состоящий из подканалов ПКВ1, ПКВ2, ПКВ3. BC1 выполняет только ввод данных с использованием подканалов ПКВ1 и ПКВ2. BC2 выполняет обработку данных на процессоре со следующей структурой ((ПЭ1||ПЭ2) −ПЭЗ). ВC3 выполняет вывод данных с использованием подканалов ПКВ2 и ПКВ3.

18.

Даны вычислительные структуры BC1, BC2, ВСЗ и канал ввода-вывода, который включает два подканала ПКВ1 и ПКВ2. BC1 вводит данные с использованием подканалов ПКВ1 и ПКВ2. ВС2 выводит данные с использованием подканала ПКВ2. Обработка ведется ВСЗ на последовательно-параллельном процессоре со структурой (ПЭ1 ПЭ2 - ПЭЗ).

19.

Дана вычислительная структура и канал ввода-вывода, который может использоваться при вводе и выводе данных одновременно. Обработка данных ведется на процессоре со структурой (ПЭ1 - ПЭ2 - ПЭ3).

20.

Дана конвейерная система, которая включает вычислительные структуры ВС1, BC2, BС3 и канал ввода-вывода с подканалами ПКВ1 и ПКВ2. BC1 и подканал ПКВ1 вводят данные, ВС2 и подканал ПКВ2 выводят данные, ВСЗ выполняет обработку. Обработка ведется на процессоре со структурой ((ПЭ1||ПЭ2) - (ПЭ3||ПЭ4)).

21.

Дана параллельная система, которая включает вычислительные структуры BС1, BC2, ВСЗ и канал ввода-вывода, который может вводить и выводить данные во все структуры. Каждая вычислительная структура имеет последовательный процессор, состоящий из двух процессорных элементов ПЭ1 и ПЭ2. Условием начала работы ПЭ2 в BC2 является окончание обработки данных ПЭ1 в ВС3, а условием начала работы ПЭ2 в BC1 является окончание обработки данных в ПЭ1 в BC2.

22.

Даны вычислительные структуры BC1, BC2, ВС3 и ВС4. Все вычислительные структуры обмениваются данными с одним и тем же буфером. Передача данных осуществляется каналом ввода-вывода, содержащим подканал ПКВ1. Процессоры вычислительных структур являются последовательными и состоят из двух процессорных элементов. Обработку данных вычислительные структуры ведут в следующем порядке: BС1, ВС3, ВС4, BC2.

23.

Даны вычислительные структуры BC1, BC2 и ВС3, работа которых организована параллельно. Канал ввода-вывода вводит и выводит данные для всех вычислительных структур. Процессоры вычислительных структур имеют следующий вид: BС1 - (ПЭ1−ПЭ2), BC2 - (ПЭ1||ПЭ2), ВС3 - (ПЭ1−(ПЭ2||ПЭ3)). На работу BC1 и BC2 накладывается следующее ограничение: BC3 может начать обработку данных только после того, как началась обработка данных в BС2 и началась обработка данных в ВС1.

24.

Даны вычислительные структуры BC1, BC2 и ВСЗ, связанные по кольцевой системе. ВС1 и ВС3 осуществляют ввод и обработку данных, BC2 только обработку. Дан один канал ввода-вывода, который занимается на все время работы ВС1 и ВС2. Процессоры вычислительной структуры имеют следующую организацию: BC1 - (ПЭ1||((ПЭ2||ПЭ3) −ПЭ4)), BC2 - (ПЭ1−ПЭ2−ПЭ3), ВС3 - (ПЭ1||(ПЭ2−ПЭЗ−ПЭ4)).

25.

Даны вычислительные структуры ВС1, ВС2, ВС3 и ВС4, и канал ввода-вывода с подканалами ПКВ1, ПКВ2 и ПКВ3. Ввод и обработка данных в ВС1 производится под управлением подканала ПКВ1, ВС2 - под управлением подканала ПКВ2, а ВС3- под управлением подканала ПКВ3. ВC4 выполняет вывод данных с использованием подканалов ПКВ1, ПКВ2 и ПКВ3.

26.

Даны вычислительные структуры BC1, BC2 и ВС3, связанные по кольцевой системе. Канал ввода-вывода вводит и выводит данные для всех вычислительных структур. Процессоры вычислительных структур имеют следующий вид: BС1 - (ПЭ1||ПЭ2), BC2 - (ПЭ2||ПЭ3), ВС3 - ((ПЭ1−ПЭ2) −ПЭ3).

27.

Дана вычислительная структура, которая включает канал ввода-вывода, состоящий из подканалов ПКВ1, ПКВ2, ПКВ3 и параллельный процессор, состоящий из трех процессорных элементов ПЭ1, ПЭ2, ПЭ3. Ввод данных выполняют подканалы ПКВ1, ПКВ2, ПКВ3 вывод - подканал ПКВ3. Обработка данных ведется на процессоре со структурой (ПЭ1 ПЭ2 - ПЭ3).

28.

Даны вычислительные структуры ВС1 и ВС2 и канал ввода-вывода состоящих из подканалов ПКВ1, ПКВ2 и параллельный процессор состоящих из двух процессорных элементов ПЭ1, ПЭ2. BC1 выполняет ввод данных с использованием подканалов ПКВ1. BC2 выполняет обработку данных на процессоре со следующей структурой (ПЭ1||ПЭ2). Подканал ПКВ2 выполняет вывод данных.

29.

Даны вычислительные структуры BC1, ВС2, ВС3 и ВС4 которые имеют соответственно параллельный (ПЭ1||ПЭ2) и последовательный (ПЭ1−ПЭ2-ПЭ3) процессоры. Обработка данных в процессорах BC1 и ВС2 начинается одновременно. Канал ввода-вывода имеет подканалы ПКВ1 И ПКВ2. Ввод данных выполняет подканал ПКВ1, вывод - подканал ПКВ2

30.

Даны вычислительные структуры BC1, BC2, ВС3, ВС4, ВС5. Все вычислительные структуры обмениваются данными с одним и тем же буфером. Передача данных осуществляется каналом ввода-вывода, содержащим подканал ПКВ1. Процессоры вычислительных структур являются параллельными и состоят из двух процессорных элементов. Обработку данных вычислительные структуры ведут в следующем порядке: BС1, ВС5, ВС4, BC2, ВС3.

31.

Даны вычислительные структуры BC1, ВС2 ВС3, ВС4. BС1 и ВС2 имеют параллельный процессор, состоящий из двух процессорных элементов. ВС3 и ВС4 имеет конвейерный процессор, также состоящий из двух процессорных элементов. Канал ввода-вывода включает три подканала ПКВ1, ПКВ2, ПКВ3. Ввод данных в ВС1 и ВС2 производится под управлением подканала ПКВ1, а ввод данных в ВС3 и ВС4 - под управлением подканала ПКВ1 и ПКВ2. Вывод данных из BC1, ВС2, ВС3 и ВС4 требует занятия канала ввода-вывода полностью.

32.

Дана параллельная система, которая включает вычислительные структуры BС1, BC2, ВСЗ, ВС4 и канал ввода-вывода, который вводит и выводит данные во все структуры синхронно. Каждая вычислительная структура имеет последовательный процессор, состоящий из трех процессорных элементов ПЭ1 ПЭ2 и ПЭ3. Условием начала работы ПЭ3 в BC4 является окончание обработки данных ПЭ2 в ВС3, а условием начала работы ПЭ2 в BC2 является окончание обработки данных в ПЭ1 в BC1.

33.

Дана конвейерная система, которая включает вычислительные структуры ВС1, BC2, BС3 и канал ввода-вывода с подканалами ПКВ1, ПКВ2, ПКВ3. BC1 и подканал ПКВ1 вводят данные, ВС2 и подканал ПКВ2 выводят данные, ВСЗ и подканал ПКВ3 выполняют обработку. Обработка ведется на процессоре со структурой ((ПЭ1−(ПЭ2||ПЭ3||ПЭ4) −ПЭ5)).

34.

Даны вычислительные структуры BC1, BC2, ВС3 и ВС4 работа которых организована параллельно. Канал ввода-вывода вводит и выводит данные для всех вычислительных структур. Процессоры вычислительных структур имеют следующий вид: BС1 - (ПЭ1−ПЭ2), BC2 - (ПЭ1||ПЭ2), ВС3 - (ПЭ1−(ПЭ2||ПЭ3)), ВС4 – (ПЭ1||ПЭ2||ПЭ3). На работу BC1 и BC2 накладывается следующее ограничение: BC4 может начать обработку данных только после того, как началась обработка данных в BС2 и началась обработка данных в ВС1.

35.

Дана вычислительная структура, которая включает канал ввода-вывода, состоящий из подканалов ПКВ1, ПКВ2, ПКВ3, ПКВ4 и параллельный процессор, состоящий из двух процессорных элементов ПЭ1, ПЭ2. Ввод данных выполняют подканалы ПКВ1 и ПКВ2, вывод - подканал ПКВ3. Подканал ПКВ4 управляет передачей данных в процессорные элементы: ПЭ1 занимает подканал ПКВ3 на все время обработки данных, ПЭ2 - только на время ввода и вывода.

36.

Даны вычислительные структуры BC1, ВС2 и ВС3, которые имеют соответственно параллельный (ПЭ1||ПЭ2||ПЭЗ) и последовательный (ПЭ1−ПЭ2-ПЭ3) процессоры. Обработка данных в процессорах BC1, ВС2, ВС3 начинается одновременно. Канал ввода-вывода имеющий два подканала ПКВ1 и ПКВ2. Подканал ПКВ1 выполняет ввод данных, а подканал ПКВ2 выполняет вывод данных.

37.

Даны вычислительные структуры BC1, BC2, ВСЗ и канал ввода-вывода, состоящий из подканалов ПКВ1, ПКВ2, ПКВ3, ПКВ4. BC1 выполняет только ввод данных с использованием подканалов ПКВ1 и ПКВ2. BC2 выполняет обработку данных на процессоре со следующей структурой ((ПЭ1||ПЭ2) −(ПЭЗ||ПЭ4)). ВC3 выполняет вывод данных с использованием подканалов ПКВ3 и ПКВ4.

38.

Дана вычислительная структура, которая состоит из двух независимых подканалов ПКВ1, который вводит данные, и ПКВ2, который выводит данные. Обработка данных ведется на конвейерном процессоре, состоящем из трех процессорных элементов. Если работает процессор, то вывод данных запрещен.

39.

Даны вычислительные структуры BC1 и ВС2. BС1 имеет параллельный процессор, состоящий из двух процессорных элементов. ВС2 имеет конвейерный процессор, состоящий из трех процессорных элементов. Канал ввода-вывода включает два подканала ПКВ1, ПКВ2, ПКВ3. Ввод данных в ВС1 производится под управлением подканала ПКВ1 и ПКВ2, а ввод данных в ВС2 - под управлением подканала ПКВ3. Вывод данных из BC1 и ВС2 требует занятия канала ввода-вывода полностью.

Смотрите также файлы