Рассмотрим задачу синтеза оптимальной структуры программного и информационного обеспечения СОД РВ по критерию максимальной производительности системы в режиме разделения времени в процессе обслуживания входных потоков на решение задач. Задача формулируется следующим образом:
,
при ограничениях на: время обслуживание -й заявки для заданного алгоритма организации очереди
;
устойчивость режима функционирования системы
общее число дублируемых процедур
число процедур в составе модуля
число информационных элементов в составе массива базы данных
дублирование информационных элементов в массивах
однородность включения процедур в программные модули
общее число информационных элементов, используемых модулями задач
.
Переменные и обозначения в данной постановке определены следующим образом:
где - булевая матрица взаимосвязей задач и процедур обработки данных, и - матрицы взаимосвязей информационных элементов с процедурами обработки данных соответственно при считывании и записи:
Переменные и определяют взаимосвязи системы разрабатываемых модулей задачи с отдельными информационными элементами и массивами информационной базы соответственно при считывании и записи данных в процессе обмена с внешней памятью ЭВМ, а переменная - взаимосвязи задач с программными модулями.
Среднее время решения -й задачи СОД РВ определяется следующим образом:
Где - среднее процессорное время решения задачи; - среднее время поиска и перезаписи -го модуля из внешней памяти в оперативную память; - среднее время считывания -го массива из внешней памяти; - среднее время записи результатов обработки данных в -й массив. Среднее время решения всех задач обработки данных в СОД РВ определяется в соответствии с соотношением
Среднее время обслуживания заявки для алгоритма кругового циклического обслуживания с послеприбытием имеет вид
где - среднее время нахождения заявок в системе; - квант времени обслуживания заявки; - случайное положительное число, имеющее геометрическое распределение; - интенсивность поступления заявок -го типа; - интенсивность потока заявок.
Поставлены и решены следующие задачи разработки оптимальных модульных СОД РВ: определение системы модулей программного и информационного обеспечения, формализуемой в виде блок-схемы обработки данных функциональных задач, использующих дисциплины диспетчеризации заявок с относительными, абсолютными и смешанными приоритетами; определение оптимальной и допустимой последовательности приоритетов уровней и выбор методов организации вычислительного процесса, определение структур базы данных и ее характеристик. В качестве основных критериев оптимальности рассматриваются минимум межмодульного интерфейса, минимум число обращений системы программных модулей к внешней памяти, минимум суммарного времени ожидания заявок на решения задач, минимум суммарного штрафа за ожидание заявок на решение задачи системы.
Задачи синтеза решены при ряде технологических и эксплуатационных ограничений, основными из которых являются ограничения на устойчивость режима функционирования системы, на среднее время ожидания заявок на решения задач, сложность интерфейса. Поставленные задачи синтеза модульных СОД РВ сведены к моделям целочисленного нелинейного программирования, для решения которых предложены алгоритмы, основанные на схеме «ветвей и границ».
Диалоговые системы. Современный уровень развития вычислительной техники и особенно персональных ЭВМ обусловил резкое расширение числа и возможностей диалоговых систем в модульных СОД, а также круга их пользователей.
Разработка эффективных диалоговых систем представляет собой комплексную проблему, включающую в себе анализ и типизацию информационных требований пользователей, синтез типовой модели диалога для заданного множества пользователей, информационные запросы которых принадлежат одной предметной области, синтез информационного и модульного программного обеспечения диалоговых систем (ДС) [130].
При синтезе оптимальных модульных ДС используется следующие системные и технические характеристики: затраты на разработку и внедрение системы в целом и ее подсистемы, время разработки и внедрения, эксплуатационные расходы, потери в системе от несвоевременного представления информации пользователю, конфигурация, качество и загрузка технических средств, используемых при решении задач пользователей, достоверность обрабатываемой информации, информационная производительность системы, надежность программного и технического обеспечения ДС, релевантность выполняемых системой запросов, время реакции ДС при выполнении запросов пользователей по заданным сценариям, время и удобство формирования пользователем запросов, степень приближения к работе в реальном масштабе времени (так режиме формирования запроса так и при реализации интерфейса ДС-БД) [131], объем оперативной памяти для размещения программных модулей и информационных массивов системы, быстродействие, время обращения к периферийному оборудованию, стоимость комплекса технических средств (КТС) и его комплектация с учетом эргономических требований, степень распределенности КТС в случае сетевой его архитектуры [56-57].
В зависимости от постановки задач синтеза ДС, а также от степени важности той или иной характеристики для проектируемой системы в качестве критерия оптимальности синтезируемой ДС принимают одну из вышеперечисленных характеристик качества, а другие являются ограничениями.
Наиболее общей задачей синтеза ДС является определение по заданным критериям эффективности сценарии (С), программного обеспечения (Р), информационного обеспечения (I) и комплекса технических средств (Г) диалоговой системы на основе анализа характеристик пользователей (П), решаемых ими задач (Ф) и требований пользователей к основным характеристикам решаемых задач.
К частным задачам синтеза ДС относятся определение оптимального сценария С диалоговой системы на основе локальных сценариев, выбор КТС из множества возможных, синтез Р и I на основе информации о сценарии С и характеристиках выбранного КТС.
Критерии эффективности при синтезе ДС целесообразно разбить на несколько уровней: ДС в целом, процесс диалога, обеспечивающие подсистемы ДС (программное, информационное и техническое обеспечение ДС),
Наиболее характерными критериями эффективности при синтеза ДС являются: минимум общего времени разработки и внедрения, максимум информационной производительности ДС, максимальный уровень достоверности при обработке информации, релевантность заданного множества запросов, максимальный уровень, защиты ДС от несанкционированного доступа, минимум загрузки ЭВМ.
Наиболее характерными критериями эффективности процесса диалога в ДС являются: максимум мощности диалога, информационной производительности, минимум среднего времени, прохождения запроса, минимум числа обращения к внешней памяти при прохождении запроса, максимум одновременно работающих пользователей ДС, минимум времени, непроизводительно затрачиваемого пользователем на диалог.
При разработке программного и информационного обеспечения ДС затраты и время на их разработку и внедрение в значительной степени определяются сложностью взаимосвязей между отдельными программными модулями ДС, а расходы на эксплуатацию ДС - временем реализации отдельных запросов, сложностью сценариев диалога и технической сложностью алгоритмов их реализации, необходимым уровнем достоверности обработки данных. Поэтому основными показателями качества разрабатываемого программного и информационного обеспечения ДС является сложность межмодульных информационных связей (интерфейса), сложность сценариев диалога и технологическая сложность алгоритмов их реализации. Эти показатели и доминируют при разработке, отладке, внедрении и модификации ДС.
К другому множеству показателей эффективности программного и информационного обеспечения ДС относятся показатели, определяющие эффективность решения задач обработки запросов в ДС. Показатели этой группы определяются производительностью используемых вычислительных средств, временно прохождения запросов в ДС, которое, в свою очередь, зависит от типа, структуры и объема используемой памяти, структуры программных модулей и информационных массивов ДС, множества и последовательности реализуемых запросов в ДС.
При выборе технического обеспечения ДС целесообразно использовать в основном экономические показатели.
В рамках синтеза модульных диалоговых систем поставлена и решена задача оптимального выделения подсистем ДС в соответствии с определенным локальными сценариями диалогов, разбиения некоторого мультиграфа с помеченными или раскрашенными дугами на подграфы, обеспечивающего минимум суммарного веса дуг различного цвета, связывающих подграфы при ряде структурных ограничений.
Данная задача сведена к целочисленной нелинейной задаче квадратичного программирования, которая введением дополнительных переменных и ограничений, в свою очередь, сводится к линейному виду, что позволяет применить для ее решения стандартные пакеты прикладных программ.
Поставлены и решены задачи синтеза программных модулей ДС при заданных сценариях диалога, известной структуре и характеристиках информационного обеспечения системы с учетом временных характеристик обслуживания запросов пользователей. Диалоговые системы при этом предложено моделировать в виде стохастической замкнутой сети системы массового обслуживания (СМО), что позволяет исследовать эффективность модульных ДС, реализуемых на базе вычислительных систем. Показатели эффективности ДС и ее компонент определяется как показатели эффективности отдельных СМО и сети в целом.
Решены также задачи синтеза оптимальной модульной структуры программного обеспечения ДС при условии, что запросы пользователей обслуживаются в соответствии с различными (бесприоритетными и приоритетными) дисциплинами обслуживания.
Функционирование ДС при этом моделируется в виде СМО с простейшими входящими потоками заявок и произвольными потокам обслуживания. Определены аналитически зависимости показателей эффективности рассматриваемой системы и зависимости от длительности обслуживания заявок каждого типа и интенсивности их поступления, а так же необходимые условия существования установившегося режима в ДС.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16
