БЫСТРОДЕЙСТВИЕ ЦВМ

— характеристика скорости работы цифровой вычислительной - машин»; измеряемая количеством операций машинных (команд) за единицу времени. Диапазон значений В. ЦВМ — от до операций за Напр., Б. малой ЦВМ «Про-мшь» — порядка операций за 1 сек, а сверхбольшой вычислительной системы «ILLIAC-IV» — порядка 109 операций за 1 сек. В связи — с тем что длительность разных операций неодинакова, Б. можно выразить одним числом, определяя длительность условной «средней» операции, которая зависит от того, сколько часто встречаются разные операции в разных программах. Такая частота зависит от состава рассматриваемых программ, а состав — от. вида применения ЦВМ, характеризуемого классом решаемых задач. Оценку Б. в настоящее время связывают с классом задач, пользуясь представительной (характер-. ной, типичной) смесмо команд, или с типовой (образцовой) задачей. Смесь задается частотами встречи (типов) операций, а типовая задача — общематем. - формулировкой алгоритма и заданием численных значений осн. исходных параметров. Примеры смесей — т. н. смеси Гибсона, примеры типовых задач — обращение матрицы, составление ведомости на зарплату. С помощью смеси Б. можно выразить числом операций за 1 сек, а с помощью типовой задачи — временем ее решения.

Разнообразное применение ЦВМ потребовало использования близких по смыслу Б. скоростных характеристик. -К характеристикам относятся: пропускная способность ЦВМ, работающей в контуре управления; время реакция в различных системах взаимодействия с ЦВМ (в т. ч. в диалога режиме); производительность ЦВМ, измеряемая количеством задач, решенных за сутей (или за год) на ЦВМ вычислительного центра.

Теория и практика построения ЦВМ, кроме понятия Б. машины в целом, используют также понятия скоростных характеристик более низкого уровня. К ним относятся: быстродействие элементов (напр., время переключения, задержка сигнала, рабочая частота), узлов (нанр.г число тактов рабочей частоты, затрачиваемых на исполнение некоторого элементарного действия), устройств (напр., время выполнения операции арифметическим устройством, время обращения к запоминающему устр-ву), некоторых функциональных систем (напр., время прерывания — возобновления программы системой прерывания ЦВМ). Быстродействие верхнего уровня зависит от быстродействия нижнего уровня, напр., от быстродействия элементов зависит быстродействие узлов, устройств, функциональных систем и Б. ЦВМ в целом. Физико-технологический прогресс вычисл. техники обеспечивает увеличение быстродействия элементов вплоть до приближения времени переключения ко времени распространения сигнала. Одновременно происходит уменьшение габаритов и удешевление аппаратуры, что позволяет усложнить элементы до уровня узлов и укрупнить элементарные (однотактные) действия, т. е. повысить быстродействие нижнего уровня.

В первых ЦВМ порядок следования этапов машинной обработки был простой: одна задача последовательно проходила этапы ввода, обработки и вывода, занимая на каждом этапе соответствующую часть оборудования и вызывая простаивание остального оборудования. Тогда ввод — вывод был небольшим по объему и занимаемому времени по сравнению со временем переработки. Б. ЦВМ определялось, по существу, самым узким местом машины — арифм. устр-вом. Затем ввод—вывод стал большим по объему (из-за расширения эконом, применений) и по доле занимаемого времени (т. к. быстродействие оборудования обработки увеличивалось с большей скоростью, чем быстродействие оборудования ввода — вывода и «быстродействие» пользователей и персонала). Для устранения простоев дорогостоящего быстродействующего оборудования в ЦВМ ввели мультипрограммную обработку (см. Мультипрограммирование) и режим разделения времени. Это позволило увеличить производительность ЦВМ путем совмещения операций в машине во времени (ввода — вывода с обработкой). Совмещены были также отдельные этапы исполнения команд и операций. Все это повысило интенсивность работы (загрузку) ЦВМ на всех уровнях, а также интенсивность взаимодействия человека с вычислительной машиной, т. е. фактическое быстродействие приблизилось к максимальному при заданном оборудовании. Далее Б. ЦВМ повышалось путем введения мультипроцессорной обработки и построения вычислительных сред.

В связи с описанным выше усложнением организации ЦВМ, связанным с увеличением количества единиц оборудования ввода, вывода, обработки и запоминания, которое может работать одновременно и независимо, возникла необходимость иметь средства, обеспечивающие автомат, слежение за всем этим оборудованием и его загрузкой. Такими средствами стали спец. функциональные узлы и системы ЦВМ, прежде всего система прерывания и управляющие программы (см. Операционная система). Исполнение управляющих и обслуживающих программ может занимать значительную долю

времени работы ЦВМ, вызывая простаивание решаемых задач, т. е. потерю производительности, или фактического Б. ЦВМ.

Так, например, программы планирования загрузки периферийного оборудования и реакции на прерывания вызывают простаивание задач при мультипрограммной обработке, а транслятор влияет на производительность при работе на языке высокого уровня. Следовательно, при определении фактического Б. ЦВМ или ее производительности нужно учитывать, кроме быстродействия аппаратуры, быстродействие программ операционной системы и системы программирования. Упомянутое выше удешевление аппаратуры позволит повысить Б. ЦВМ путем увеличения количества аппаратуры при той же стоимости. Спец. дополнительная аппаратура может принять на себя и ряд ф-ций управляющих и обслуживающих программ, в связи с чем снизятся непроизводительные потери Б. ЦВМ.

Определение Б., данное в начале статьи, относится к аппаратной скоростной характеристике ЦВМ, причем из аппаратуры рассматривается только центр, процессор (ЦП), который производит осн. переработку данных, т. к. он пропускает через себя последовательность команд исполняемой программы. Обычно предполагается, что быстродействие ЦП согласовано с быстродейстиием оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), т. е. ЦП не простаивает из-за невозможности обращения к ОЗУ, связанной с недостаточным быстродействием последнего. Кроме того, при заданном быстродействии ЦП объем и быстродействие ОЗУ должны быть такими, чтобы это устр-во могло вместить достаточное к-во обрабатываемой и готовой к обработке в ЦП информации и одновременно вместить и допустить обращение (со стороны устр-в ввода — вывода) к вводимой и выводимой информации.

Иногда для характеристики центр, части ЦВМ используют быстродействие ЦП и объем ОЗУ, называя их вычисл. мощностью. Характеризуя некоторый парк ЦВМ, используют, в частности, их суммарное быстродействие. Полная аппаратная скоростная характеристика современной ЦВМ может быть представлена набором выраженных в соответствующих единицах скоростных характеристик ЦП, ОЗУ, периферийных устр-в и, возможно, линий связи, поскольку нельзя указать единственную компоненту, определяющую быстродействие (узкое место). Сравнение двух ЦВМ по таким наборам затруднительно. Существует общий подход к аналитическому определению единых сравнительных оценок (эффективного быстродействия и его цены), основанному на учете некоторых весовых коэфф., характеризующих работу ЦВМ в целом и ее частей. На практике при определении Б. ЦВМ используются методы цифрового моделирования и испытания на образцовых типовых задачах или на синтетических представительных смесях команд.