Устройство для моделирования вычислительных систем

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 3 А 1 09) (11) 1) 4 .С 06 Г 15 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙКОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(56) Авторское свидетельство СССР 9 482759, кл, С 06 Р 1.5/20, 1973.Авторское свидетельство СССР М 922756, кл, С 06 Е 15/20, 1980, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ(57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для статистического моделирования работы вычислительныхсистем, Цель изобретения - расширение функциональных возможностей эасчет моделирования работы вычислительных систем, сопряженных с каналами связи. Устройство содержит генераторы случайного потока удаленныхи местных заявок, блоки приоритеткоммутаторы импульсов, блоки обслуживания заявок, генераторы случайногочисла, генератор тактовых импульсов,блок счетчиков импульсов, блок синхронизации, элементы И. 10 ил.рректор М, Иа ктор С. Латруш шине Заказ 6339/48 Тираж 671 ВНИИПИ Государственного комитета ССС по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., писное 4 5 Проектная, 4 роизводственно-полиграфическое предприятие72339 510 1 12Изобретение относится к вычислительной технике и может быть испольэовано для статистического моделирования широкого класса вычислительных систем, сопряженных с каналами связи, в частности, для моделирования главных и коммутационных ЭВМ в распределенных информационно-вычислительных системах различного назначения.Цель изобретения - расширение Функциональных воэможностей устройства за счет моделирования работы вычислительных систем, сопряженных с каналами связи.На Фиг,1 приведена схема устройства; па фиг.2 - вариант структурной схемы блока обслуживания заявок; на Фиг,З - блок моделирования очереди; на Фиг,4 - узел поиска свободных каналов, на фиг,5 - управляемый регистрсдвига; на Фиг,б - блок синхро. низации; на Фиг.7 - пересчетная схема, на Фиг.8 - блок приоритетов, на фиг.9 - коммутатор импульсов; на Фиг,10 - блок счетчиков импульсов.Устройство содержит генераторы случайных потоков удаленных 1 и местных 2 заявок, первый 3 и второй 4 блоки приоритетов, первый 5 и второй б коммутаторы импульсов, первый 7, четвертый 8, второй 9, третий 10, пятый 11 элементы И, первый 12 и второй 13 генераторы случайного числа 1первый 14 и второй 15 блоки обслуживания заявок, блок 16 синхронизации, генератор 17 тактовых импульсов, блок 18 счетчиков импульсовБлоки 14 и 15 обслуживания заявок выполнены в виде (фиг,2) совокупности узлов 19 моделирования очереди, поиска свободных каналов 20, управляемого регистра 21 сдвига. 15 20 25 ЗО 35 40 ресчетную схему ЗЗ,.триггер 34, триг гер 35, элемент ИЛИ 36, и элемент37 задержки, переключатель 38.Пересчетная схема 33 содержит(Фиг.7) счетчики 39 и 40, элементИ 41,. установочные входы 42.Блок приоритетов содержит (фиг,8)элемент И-НЕ 43, первый 44 и второй45 элементы И, элемент 46 задержкии элемент ИЛИ 47.Коммутатор импульсов (фиг,9) содержит регистры 48 и 49, блок 50 сравнения, генератор 51 равномернораспределенных случайных чисел, элементы И 52 и 53, элемент 54 задержки,Блок счетчиков импульсов (фиг.10)содержит управляемые генераторы 55и 56 импульсов, суммирующие счетчики 57 - 65, реверсивные счетчики бби 67, узлы 68 и 69 индикации.На чертежах обозначены управляющие входы 70 и 71 устройства, входыи выходы блоков 72-100,Устройство может использоватьсядля моделирования вычислительныхсистем коллективного пользования,сопряженных с каналами связи, обслу-.живающих как местные, так и удаленные заявки. В таких системах задания на обработку поступают от местных пользователей, а также от удаленных по каналам связи, Задания отудаленных пользователей в распредепенных информационно-вычислительныхсистемах поступают в узел, где установлена ЭВМ.В зависимости от адресных признаков эти задания поступают на обработку в ЭВМ или же следуют транзитом в один из соседних узлов. Частьзаданий, обработанных на ЭВМ, можетвыдаваться местным пользователем и50 55 Узел 19 моделирования очереди со-. держит (фиг.З) группу вычитающих счетчиков 22, группу блоков 23 элементов И, блок 24 элементов И и эле мент ИЛИ 25.Узел 20 поиска свободных каналов выполнен в виде (фиг,4) группы триггеров 26, первой 27, и второй 27 групп элементов И, элемента И-НЕ 28 и элемента ИЛИ 29.Управляемый регистр 21 сдвига выполнен в виде (Фиг,5) триггеров 30, элементов И 31.Блок 16 синхронизации содержит ,(фиг,б) генератор 32 импульсов, пе 1 на этом их история заканчивается.Другая часть после обработки передается с помощью канала связи удаленным пользователям,Вероятность, с которой производится выбор путем дальнейшего обслуживания заданий, поступающих в узел (каналы связи - блок коммутации - ЭВМ или каналы связи - блок коммутации- канал связи) и заданий, обслуженных на ЭВМ (ЭВМ-пользователь или ЭВМ- узел коммутации-канал связи), задаются с помощью входных шин 70 и 71 устройства (фиг.1).1272339 Блок синхронизации (фиг,6) выдает на узел 19 моделирования очереди пачки импульсов: количество импульсов в пачке соответствует величине квантов обслуживания, последовательно выделяемых для обработки заданий в режиме разделения времени. Интервалы между пачками моделируют временные потери"на переключение программ, При работе в пакетном режиме блок выдает непрерывную последовательность импульсов на выход 99 и далее на один из входов элемента И 10Выбор режимов (разделение времени, пакетный), осуществляется переключателем 38. Длительность квантаи временные потери на переключение программ 3 задаются с помощью пере - счетной схемы 33.Коэффициент пересчета К счетчика 39 задает величину, а коэффициНазначение и принцип действия отдельных блоков устройства определяется следующим,Моделирование процесса обслуживания заявок осуществляется с помощью блока обслуживания заявок, Устройство содержит два таких блока -14 и 15 (фиг.1),Узел моделирования очереди (фиг.3)состоит иэ вычитающих счетчиков, 1 Околичество которых определяет максимальное число заданий, которые могутодновременно находиться в системе.Узел 19 моделирует процесс обработкизаданий, Очередные задания в виде5случайных двоичных чисел, значениекоторых соответствует времени обработки задания, поступают по входам75 на все блоки элементов И 23. Одиниз блоков элементов И 23 открывается 20сигналом, поступающим от узла 20 поодному из входов 81, и число записывается в соответствующий счетчик.Вычитающие входы счетчиков через блокэлементов И 24, управляемый сигналами, поступающими по входам 79 иэ регистра 21 (фиг2), соединены с входом 77. На этот вход из блока 16через элемент И 10 поступают пачкиимпульсов, имитирующих кванты обслу- З 0живания.Счетчики 22 содержат текущее значение оставшегося времени обработкизадания. Когда обработка одного иззаданий завершается, то соответствую-Зщий счетчик 22 переходит в нулевоесостояние, при этом на его выходе появляется импульс. Этот импульс выполняет следующее: по одному иэвыходов 82 поступает в узел 2040(фиг.2) и устанавливает соответствующий триггер 26 (фиг.4) в состояние,при котором открыт элемент И 27через элемент ИЛИ 25 поступает навыход 76 и далее на вычитающий вход45реверсивного счетчика 66, с выхода76 импульс поступает в блок 16, прекращая поступление импульсов обслу -живания в блок 14.Узел 20 поиска свободных каналов(фиг.4) выполняет следующие функции,При наличии хотя бы одного свободного канала блок 20 выдает сигнал,открывающий элемент И 7. Состояниеканалов (" Свободен", "Занят" ) модели руется триггерами 26 (фиг.4), которые последовательно устанавливаютсяв состояние "Занят" сигналами с вы 4хода элемента И 7 и в состояние "Свободен сигналами с выходов вычитающих счетчиков.По сигналу с выхода элемента И 7 осуществляется поиск свободного канала путем последовательного опроса элементов И 27, При наличии свободного канала генератор 12 вырабатывает случайное число, которое записывается в один иэ вычитающих счетчиков узла 19. Выбор счетчика осуществляется сигналом поступающим по одно 1му из выходов группы выходов 81.Узел 20 выдает сигналы .управления на управляемый регистр сдвига при занятости хотя бы одного канала на выход 72, открывающий элементы И 9 и 10.Регистр 21 сдвига (фиг.5) обеспечивает последовательное циклическое подключение заданий на обработку. Подключаются только задания занятых каналов. Если канал свободен йли заблокирован, то соответствующие триггеры 26 (фиг.4) будут в состоянии "1", поэтому при сдвиге единицы в управляемом регистре сдвига с помощью элементов И 31 "пропускаются" все разряды, связанные со свободными каналами,.и единица попадает только в тот разряд, который связан с занятым каналом. Сигналы с единичных выходов триггеров 30 управляемого регистра поступают по выходам 79 в узел 19 и подключают на обработку задания соответствующих каналов с помощью блока элементов И 24.12723 45 5ент пересчета К счетчика 40 определяет величину=.К - К . ТриггеруФ35 вырабатывает сигнал, разрешающийвыдачу импульсов обслуживания черезэлемент И 10 в блок 14, Триггер 35устанавливается в состояние "0", запрещая выдачу импульсов в течениеинтервалов о при работе в режимеразделения времени и на время переходных процессов при смене заданий. 1 ОЭто время определяется задержкой импульса, поступающего на вход 100в элементе 37 задержки,Обслуживание заявок буферным накопителем и каналами связи моделируется с помощью блока 15 обслуживания заявок, который по структурнойсхеме и принципу действия идентиченблоку 14, Управление БОЗ 15 осуществляется с помощью элемента И 11, который открывается на время обслуживания каналом очереди заявки. Частотагенератора 17 выбирается пропорциональной быстродействию моделируемого канала связи. Количество вычитающих счетчиков в БОЗ 15 определяетсяколичеством зон буферного накопителя моделируемой системы.Блоки 3 и 4 приоритетов служат,для обеспечения более высокого при- ЗОоритета в обслуживании заявки, поступающей по вхоцу 84 (фиг.8), приодновременном поступлении заявокна входы 83 и 84, При одновременномпоступлении заявок на входы 83 и84 первой на выход поступает заявкас входа 84. Импульс запроса с входа 84 через элемент ИЛИ 47 без за. держки поступает на выход 85, Импульс запроса с входа 83 поступает 40на выход 85 с задержкой через элемент И 45, элемент 46 задержки,элемент И 31 И 47.Коммутаторы импульсов 5 и 6(фиг,1) обеспечивают разделениевходного потока заявок, поступающих по входу 86, с заданной вероятностью на два потока, которые выдаются на выходы 87 и 88.Импульс, имитирующий поступление очередной заявки с входа 86,поступает на элемент 54 задержки,на регистр 49 и генератор 51 чисел,Регистр 49 очищается, а генераторвырабатывает случайное числоХ с равномерным распределением винтервале ОХ 61, которое записывается в очищенный регистр 49. На блок 50 сравнения поступают два двоичных числа: с выходной шины 70(71)на регистр 48 и далее на блок 50сравнения число Р, а с регистра49 число Х. Блок сравнения вырабатывает один из сигналов , =(А 1) илиЯ = ), при этом открывается одиниз элементов И 52, И 53 поэтому импульс, задержанный элементом 54 задержки, проходит на один из выходов87 или 88,Блок 18 счетчиков импульсов обеспечивает накопление и частичную обработку статистических данных, характеризующих процесс функционированиямоделируемой вычислительной системы,сопряженной с каналами связи,В процессе моделирования накапливаются следующие данные в счетчиках:57 - суммарное количество удаленныхзаявок, поступающих по каналам связи в узел, 58 - суммарное количество местных заявок; 59 - количествоудаленных и местных заявок, обработанных вычислительной системой;60 - количество удаленных и местныхзаявок, поступающих на обработку ввычислительную систему, 61 - количество удаленных и местных заявок,поступающих в каналообразующую аппаратуру для передачи; 62 - количество удаленных и местных заявок, обслуженных каналообразующей аппаратурой,63 - суммарное время, затраченноевсеми заявками на их обработку в вычислительной системе, 64 - суммарноевремя, затраченное всеми заявкамипри их обслуживании каналом связи,65 - количество удаленных иместныхзаявок, обслуживание которых завершено в данном узле.гРеверсивные счетчики 66 и. 67 впроцессе моделирования содержат.текущее число заявок, обслуживаемыхвычислительной системой и каналомсвязи соответственно. Узлы 68 и 69индикации служат для визуальногойаблюдения за динамикой измененияОчереди и определения ее вероятностНых характеристик.Управляемые генераторы 55 и 56вырабатывают импульсы с частотой,слецования, определяющей точность измерения интервалов времени прибываниязаявок в системе. Импульсы с генераторов 55 и 56 поступают в счетчики63 и 64, в которых накапливаются значения суммарного времени пребывания1272339 7заявок в вычислительной системе и в системе передачи данных.Устройство работает следующим образом.Генератор 1 вырабатывает импульсы, имитирующие появление удаленных заявок, поступающих по каналам связи в случайные моменты времени в узел сети ЭВМ, где установлена моделируемая вычислительная системаОбщее 1 О 8Поток импульсов с выхода блока 14 обслуживания заявок поступает также на коммутатор 6 импульсов, где с вероятностьюзаданной с помощью входной шины 71, поток разделяется: заявки, обслуживание которых завершается в вычислительной системе, подсчитываются счетчиком 65, а заявки, которые после обработки в вычислительной системе пере число удаленных заявок подсчитывается счетчиком 57. Поток удаленных заявок в коммутаторе 5 разделяется на два потока: часть заявок с вероятностью Р, задаваемой с помощью входной шины 70, поступает на обработку в вычислительную систему, другая часть с вероятностью 1-Р следует транзитом через блок 4 приоритетов на блоки устройства, моделирующие процесс обслуживания заявокканалом связи.Генератор 2 вырабатывает импульсы,имитирующие появление местных заявок, т.е, заданий пользователей, 25непосредственно взаимодействующихс вычислительной системой с помощьютерминальных устройстн. Общее числоместных заявок подсчитывается счетчиком 58.30Импульсы, имитирующие удаленные,и местные заявки, через блок 3 приоритетов поступают на вход элементаИ 7 и на вход счетчика 60, которыйподсчитывает число заявок, поступив- З 5ших на вход моделируемой вычислительной системы. При наличии свободныхканалов ввода элемент И 7 будет открыт и импульс поступает на суммирующий вход реверсивного счетчика 66 40и на вход генератора 12. Генератор12 вырабатывает случайное число, имитирующее поступление в систему задания, время обработки которого пропорционально этому случайному числу, 45Число таких заданий подсчитываетсясчетчиком 59,После обработки каждого заданияв блоке 14 обслуживания заявок на 50его выходе появляются импульсы, которце поступают на вычитающий входреверсивного счетчика 66. Такимобразом, ренерсивный счетчик 66 влюбой момент времени содержит число, 55равное числу заданий, обрабатываемых в данный момент вычислительной системой. даются удаленным пользователем по каналам связи, поступают на блок приоритетов,С выхода блока 4 приоритетов заявки поступают на вход суммирующегосчетчика 61, подсчитывающего общее число заявок, поступивших для передачи по каналу связи. При наличии свободной эоны буферного накопителя элемент И 8 открыт и заявка поступает на генератор 13, в блок 15обслуживания заявок, в счетчик 62,который подсчитывает общее число заявок, поступивших на обслуживаниев каналообразующую аппаратуру, атакже на суммирующий вход реверсивного счетчика 67,1.Процесс обслуживания заявок каналообразующей аппаратурой моделируется блоком 15 обслуживания заявокВэтот блок по входу 77 через элементИ 11 поступают импульсы от генератора17. Частота генератора 17 выбираетсяв зависимости от быстродействия моделирующего канала связи. ЭлементИ 11 открыт, если в буферном каковпителе будет хотя бы одна заявка.Зоны моделируемого буферного накопителя имитируются вычитающими счетчиками 22 (фиг.3). Процесс передачиочередной заявки каналом связи мо-.делируется путем подачи импульсов отгенератора 17 через элемент И 11 навычитающие входы одного иэ счетчиков 22. Завершение передачи наступает при установке вычитающего счетчикана нуль, при этом на выходе 76 блока15 появляется импульс, который запрещает генерацию импульсов генератором 17 на время переходных процессов при смене обслуживаемой заявкив блоке 15, Этот же импульс по нходу 78 обеспечивает сдвиг единицы вуправляемом регистре 30 сдвига(фиг.5), при этом к генератору 17подключается очередной вычитающийсчетчик 22 и начинается процесс обслуживания ионой заявки. Все импульсыпоявляющиеся на выходе 76 блока 15,подаются на вычитающий вход реверсивного счетчика б 7, который содержиттекущее значение заявок, обслуживаемых каналообразующей аппаратурой. Формула и з о б р е т ения И, первый генератор случайного числа,блок счетчиков импульсов и первыйблок обслуживания заявок, состоящийиэ узла поиска свободных каналов,управляемого регистра сдвига и узламоделирования очереди, состоящего из группы. вычитающих счетчиков импульсов,блока элементов И, группы блоков эле ментов И и элемента ИЛИ, входы которого подключены соответственно к выходам обнуления вычитающих счетчиков группы вычитающие входы которых соединены соответственно с выходами блока элементов И, выходы каждого блокаэлементов И группы подключены к разрядным входам соответствующего вы.читающего счетчика импульсов группы, узел поиска свободных каналов содержит элемент И-НЕ, элемент ИЛИ, группу триггеров и дне группы элементов И, прямые выходы триггеров группы подключены соответственно к первым входам элементов И первой группы и входам элементов И-НЕ и ИЛИ, инверсные выходы триггеров группы подключены соответственно к первым входам элементов И второй группы, вторые входы К-х элементов И первой и второй групп подключены к выходу (К)- го элемента И первой группы (К=2, Ю, выходы элементов И второй группы узла поиска свободных каналов соединены соответственно с первыми входами триггеров группы узла поиска свободных каналов и с управляющими входами блоков элементов И группы узла моделирования очереди, выходы обнуления вычитающих счетчиков импульсов которого подключены соответственно к вторым входам триггеров группы узла поиска свободных каналов, выход элемента И-НЕ которого подключен к первому входу первого элемента И устройства, а выход элемента ИЛИ уз 30 35 40 45 50 55 ла поиска свободных каналов соединен с первыми входами второго и третьего Устройство для моделирования вычислительных систем, содержащее гене ратор случайного потока местных заявок, первый, второй и третий элементы элементов И устройства, выходы триггеров группы узла поиска свободных каналов соединены соответственно с разрядными входами управляемого регистра сдвига, вход сдвига которого подключен к выходу второго элемента И устройства, а разрядные выходы управляемого регистра сдвига соединены соответственно с управляющими входами блока элементов И узла моделирования очереди, информационный вход блока элементов И узла моделирования очереди соединен с выходом третьего элемента И устройства, выход первого элемента И подключен к первому информационному входу блоФ ка счетчиков импульсов, входу запуска первого генератора случайного числа и вторым входам первых элементов И первой и второй групп узла поиска свободных каналов, выходы первого генератора случайного числа соединены соответственно с информационными входами блоков элементов И группы узла моделирования очереди, выход элемента ИЛИ которого подключен к второму информационному входу блока счетчиков импульсов и входу запуска блока синхронизации, первый 1 выход которого соединен с вторым входом второго элемента И устройства, а второй и третий выходы подключены соответственно к второму и третьему входам третьего элемента И устройства, выход генератора случайного потока местных заявок подключен к третьему информационному входу блока счетчиков импульсов, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расши- рения функциональных возможностей Ьа счет моделирования работы вычислительных систем, сопряженных с каналами связи, оно дополнительно содержит генератор случайного потока удаленных заявок, два коммутатора импульсов второй генератор случайного числа, четвертый и пятый элементы И, второй блок обслуживания заявок, генератор тактовых импульсов и два блока приоритета, каждый из которых содержит элемент И-НЕ, элемент ИЛИ, элемент задержки и два элемента И, выходы первого и второго элементов И соединенысоответственно с первым входом элемента ИЛИ и входом элемента задержки, выход которого подключен к второму входу элемента ИЛИ, а выход элемента И-НЕ блока приоритетов соединенс первым входом первого элемента Иблока приоритетов, причем выход генератора случайного потока местныхзаявок соединен с первым входом элемента И-НЕ, вторым входом первого 5и первым входом второго элементов Ипервого блока приоритетов, выходэлемента ИЛИ которого подключен кчетвертому информационному входу блока счетчиков и второму входу первогоэлемента И устройства, выход генератора случайного потока удаленных заявок соединен с пятым информационнымвходом блока счетчиков импульсов иинформационным входом первого коммутатора импульсов, первый выход которого подключен к вторым входам элемента И-НЕ и второго элемента И итретьему входу элемента ИЛИ первогоблока приоритета, а второй выход пер- ового коммутатора импульсов соединенс вторыми входами элемента И-НЕ ивторого элемента И и третьим входомэлемента ИЛИ второго блока приоритетов, выход элемента ИЛИ которого соецинен с шестым информационным входомпока счетчиков импульсов и первым8 ходом четвертого элемента И устрой"тва, выход которого подключен кседьмому информационному входу блока 30счетчиков импульсов, вХоду запускавторого генератора случайного числаи вторым входом первых элементов Ипервой и второй групп узла поискасвободных каналов второго блока обслуживания, выходы элементов И-НЕ иИЛИ узла поиска свободных каналов 1272339 12второго блока обслуживания заявоксоединены соответственно с вторымвходом четвертого элемента И устройства и первым входом пятого элементаИ устройства, выход которого подключен к информационному входу блокаэлементов И узла моделирования очереди второго блока обслуживания заявок,информационные входы блоков элементовИ группы узла моделирования очередикоторого подкЛючены соответственнок выходам второго генератора случайного числа, а выход элемента ИЛИ узла модеЛирования очереди второгоблока обслуживания заявок соединенс восьмым информационным входом блокасчетчиков импульсов, входу сдвигауправляемого регистра сдвига второгоблока обслуживания заявок и входу запуска генератора тактовых импульсов,выход которого подключен к второмувходу пятого элемента И устройства,выход элемента ИЛИ узла моделирования очереди первого блока обслуживания заявок подключен к информационному входу второго коммутатора импульсов, первый выход которого соединенс девятым информационным входом блока счетчиков импульсов, а второй выход второго коммутатора импульсовсоединен с первыми входами элементаИ-НЕ и второго элемента И и вторымвходом первого элемента И второгоблока приоритета, управляющие входыпервого ивторого коммутаторов импульсов являются соответственно первым ивторым управляющими входами устройства,