Здесь только второе слагаемое характеризует потерю машинного времени на связь с периферийными устрой ствами. Следовательно, коэффициент работоспособности программы может быть выражен в виде
П
K - ' - ' Z y . - |
(9-6) |
і=і |
|
Проиллюстрируем возможность применения формул (9-1), (9-2) и (9-6) на примере системы, состоящей из запоминающего устройства на магнитной ленте (ЗУЛ) и двух преобразующих устройств для связи с обьектом управления (ПУ). Параметры устройств, более или ме нее близкие к реальным, приведены в табл. 9-1.
Т а б л и ц а 9-1
|
Название |
Количество |
Номер |
м ксек |
мксек. |
мксек |
|
устройства |
и* |
тг |
|
|
устройства |
устройств |
(приоритет) |
|
|
5 |
20 |
2 |
|
З У Л |
1 |
1 |
|
П У |
2 |
2,3 |
5 |
50 |
2 |
В соответствии с (9-1) |
и (9-6) имеем: |
ty = |
20 |
+ |
2 |
|
502 А |
= |
0,63 < 1; |
2 |
|
А |
+ |
= |
0,55 . |
/? = |
1 - |
|
|
|
|
Таким образом, |
эта |
|
система обеспечивает одновре |
20 |
|
50 |
|
|
менную работу перечисленных устройств без потери ин формации, причем более 50% машинного времени ис пользуется для полезной работы. Можно увеличить чис ло устройств в системе, добавив, например, еще три уст ройства ПУ. Тогда
tz = 0,95 < 1;
R = 0,25.
Полезное использование машинного времени сокра
щается до 25% ■ Для того чтобы более детально проследить влияние
количества параллельно работающих устройств, их вре
менных характеристик и параметров канала на полез ное использование машинного времени, рассмотрим слу чай, когда параметры всех устройств одинаковы, т. е.
/,• = const = /;
(9-7)
Г, = const = Т.
Практически этот случай является достаточно об щим, так как для многих систем информация из пери ферийных устройств передается порциями по одному слову (или слогу), а время передачи слова, определяе мое схемами центрального устройства, постоянно. Раз личия в скорости устройств можно приблизительно учесть, считая более быстродействующие устройства эк вивалентными нескольким медленнодействующим. В то же время принятое нами предположение значительно сократит дальнейшие выкладки.
При условии (9-7) уравнение (9-2) приобретает вид
|
^макс (fo + о = |
j |
|
|
|
т |
|
|
|
|
|
|
и, следовательно, нагрузочная способность канала |
|
|
« макс = |
——г— . |
(9-8) |
|
|
|
*0 |
I * |
|
|
устройств п = |
Для |
случая максимального количества |
—« м а к с , |
используя (9-6) — (9-8), |
|
получаем: |
|
п |
п |
_ |
l |
^0 |
ѵ • |
|
|
А |
Амин |
|
|
I |
|
|
|
|
|
*0 |
|
Г |
t |
|
Можно считать, что при дальнейшем увеличении чис ла устройств сверх «макс коэффициент R останется неиз менным и равным Rм и н > так как центральное ядро систсмы не будет успевать воспринимать часть запросов и они будут игнорироваться.
Таким образом, коэффициент работоспособности программы имеет вид:
Я = |
1 — « Y |
при п < «макс; |
|
|
(9-9) |
Я - |
Ямин = |
~Т~7~ при п > «макс. |
|
|
*р “Г к |
На рис. 9-5 графически представлена |
зависимость R |
от п при различных соотношениях t0 и t |
в соответствии |
с уравнениями (9-9). Прежде всего можно отметить, что для каждого значения пф.пмакс данный канал работа ет так же эффективно, как и более быстродействующий
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
канал |
(с меньшим t0). |
Повышение скорости работы схем |
канала |
в этом |
случае |
бессмысленно, так как канал |
бу |
дет просто недогружен, в то |
|
|
|
|
же время |
увеличение быст |
|
|
|
|
родействия |
может привести |
|
|
|
|
к существенному росту зат |
|
|
|
|
рат оборудования. |
|
из |
|
|
|
|
С |
другой |
стороны, |
|
|
|
|
рис. 9-5 видно, что с умень |
|
|
|
|
шением to возрастает нагру |
|
|
|
|
зочная |
способность канала, |
|
|
|
|
однако |
падает |
доля |
полез |
|
|
|
|
ного времени, |
характеризу |
Рис. 9-5. |
Зависимость |
работо |
емая |
коэффициентом |
R, |
и |
способности программы |
от |
ко |
наоборот. Можно поставить |
личества |
периферийных |
уст |
вопрос, каковы должны быть |
|
ройств. |
|
|
характеристики |
оптималь |
|
|
|
|
ного канала, т. е. канала с наилучшим соотношением ме жду числом параллельно работающих периферийных устройств и долей полезного использования машинного времени.
Оптимальность канала удобно характеризовать про изведением нагрузочной способности на коэффициент ра ботоспособности программы при п — пыакс\ назовем эту величину коэффициентом оптимальности канала:
|
|
|
К ~ Rmw |
|
|
|
|
|
Дифференцируя |
К |
по to, |
используя^маке- |
(9-8) и |
(9-9) |
и |
учитывая, |
что |
Т ф 0, |
можно |
определить |
максимум |
К: |
(Щ |
d Г |
t0T |
|
|
|
Т |
|
2tpT |
0; |
|
dtо |
|
(to + |
О2 . |
О<о+П2 |
|
|
= |
|
di~o |
|
(t0 + 0 3 |
|
|
|
|
1 |
|
|
2<о |
= |
0. |
|
|
|
|
|
(to + |
О2 |
|
to+ 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Так как учитываются только конечные и положитель ные значения to, первый сомножитель последнего урав нения не равен нулю. Приравнивая нулю второй сомно житель, получаем условия оптимальности канала:
Для такого канала
|
1 Г |
I |
|
|
|
пма (с |
(9-11) |
|
|
R мни |
— независимо от / и t, |
|
|
2 |
|
Сравнительная оценка некоторых видов каналов вво да-вывода. Используя выводы, полученные в этом пара графе, проведем сравнительную оценку для некоторых структур канала ввода-вывода.
Вслучае мультиплексного канала с прямым доступом
ихранением текущих параметров подканалов в опера тивной памяти задержка в обслуживании периферийных устройств составляет:
to tЗ . у ,
где t3.у — длительность цикла памяти.
Длительность сеанса связи периферийного устройст ва определяется длительностью цикла памяти, затрачи ваемого на ввод (вывод) слова, и временем считывания, изменения и записи управляющего слова. Если считать, что изменения регистра текущего адреса и счетчика слов производятся за время одного обращения к памяти (между циклами чтения и регистрации), то для данного типа канала
t = 2/3.у.
В соответствии с (9-8) и (9-9) получаем:
Т |
1 |
Т |
ПмаКС ~ t0 + t - |
3 |
; |
/?м-в = г т т ~ 0 - 3 3 -
t0 -Г t
Если, например, в качестве периферийных устройств использовать устройства связи с управляемым объектом с Т— 50 мксек, a t3.у считать равным 2 мксек, то канал обеспечивает одновременную работу 8 таких устройств, однако при этом около 70% машинного времени будет тратиться на обслуживание периферийных устройств.
Для улучшения характеристик канала можно вынес ти зону для хранения параметров подканала из общей памяти и организовать память подканалов внутри ка нала.
Рассмотрим систему, в которую включено несколько селекторных каналов с задержанным доступом к памя ти. Считая длительность команды (в одноадресном ва рианте) равной двум циклам обращения к памяти, по лучаем:
tn = 2tз . у , t = t.з.у
Следовательно,
з.у
Ямин— 0,67.
Таким образом, при том же максимальном количест ве устройств, что и в предыдущем случае, на обслужи вание периферийных устройств тратится только 30% машинного времени.
Если селекторные каналы построены на основе не медленного доступа к памяти, то
to t3.у, t t.з.у
Следовательно,
2 tз.у
Ямин 0,5.
В такой системе обеспечивается более высокая на грузочная способность. При использовании периферий ных устройств с Т= 50 мксек и при t3,y= 2 мксек их максимальное количество составит 12 против 8 в пре дыдущих примерах. Коэффициент работоспособности программы не хуже, чем в предыдущих случаях: Я » »0,67 при п = 8.
Г л а в а д е с я т а я
ИНТЕРФЕЙСЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
10-1. С Т Р У К Т У Р А С В Я З Е Й М Е Ж Д У У С Т Р О Й С Т В А М И В Ы Ч И С Л И Т Е Л Ь Н О Й С И С Т Е М Ы . Т И П Ы И Н Т Е Р Ф Е Й С О В
Современные вычислительные системы проектируются на основе агрегатного (или модульного) принципа, ко торый заключается в том, что устройства системы вы полняются в виде отдельных агрегатов (модулей), кото-
