Анализ производительности вычислительных систем

Министерство образования Российской Федерации Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА дисциплины Анализ производительности вычислительных систем Для подготовки инженеров по специальности 2204 – “Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем”

Санкт - Петербург 2002

1

Министерство образования Российской Федерации Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”

“УТВЕРЖДАЮ” Проректор по учебной работе д.т.н., проф. Ушаков В.Н. “____”____________ 2002 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА дисциплины Анализ производительности вычислительных систем

Факультет компьютерных технологий и информатики Кафедра математического обеспечения и применения ЭВМ Курс –5 Семестр – 9 Лекции

30 ч.

Экзамен (или текущий контроль)

9 семестр

Лабораторные занятия

15 ч.

Зачет

9 семестр

Аудиторные занятия Самостоятельные занятия Всего часов

45 ч. 53 ч. 98 ч.

Санкт-Петербург 2002

2

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры математического обеспечения и применения ЭВМ “____”_______________2001 г., протокол №______. Рабочая программа согласована с рабочими программами изученных ранее дисциплин: 1) Теория вычислительных структур 2) Метрология программного обеспечения 3) Архитектура вычислительных систем Рабочая программа одобрена методической комиссией факультета компьютерных технологий и информатики “____”_____________2001г.

3

Цель и задачи дисциплины: Анализ производительности вычислительных систем - дисциплина, изучающая основные модели выполнения программ на ВС с различной архитектурой и методы исследования производительности ВС с целью выбора, проектирования или модификации программных или аппаратных средств ВС. В результате изучения курса студенты должны хорошо ориентироваться в принципах построения моделей вычислительных процессов, архитектурных решениях, направленных на повышение производительности вычислительных систем, и средствах автоматизации анализа производительности ВС. Требования к уровню освоения дисциплины В результате изучения курса студенты должны: 1. ЗНАТЬ модели описания функционирования и методы анализа производительности различных архитектур современных вычислительных систем (ВС); 2. УМЕТЬ разрабатывать модели алгоритмов и ВС, а также планировать и проводить исследования по анализу производительности и согласованию алгоритмов (программ) и ВС; 3. ИМЕТЬ представление о проблемах разработки программных систем для автоматизации анализа производительности ВС.

Содержание рабочей программы ВВЕДЕНИЕ Цель и задачи курса, его связь с другими дисциплинами учебного плана. Основные понятия и ключевые слова: ресурс, ресурсоемкость, трудоемкость, вычислительная сложность, производительность, эффективность, качество, оптимизация. Назначение и сущность исследований по анализу производительности вычислительных систем. Рекомендуемая литература по курсу и ее характеристика. Тема 1. Основные понятия метрической теории и анализа производительности ВС. Уровни и способы представления ВС при анализе производительности (АП). Количественные характеристики производительности ВС, их связь с параметрами ВС и решаемых задач. Понятия микро- и макроанализа производительности. Критерии и оценки эффективности функционирования ВС. Классификация работ по АП ВС. Особенности и области применения измерительных, имитационных и аналитических методов АП ВС. Описание и построение рабочей нагрузки ВС. Тема 2. Модели функционирования ВС при анализе производительности. Марковский вероятностный подход к моделированию ВС, его возможности и ограничения. Графовые операционные модели вычислительных процессов. Сети Петри и их расширения, ориентированные на количественный анализ. Стохастические сети Петри (ССП) и их изоморфизм с марковскими процессами. Открытые и замкнутые

4

стохастические сети массового обслуживания. Многоуровневые модели ВС как основное средство анализа их производительности. Взаимодействие моделей ВС различных уровней. Примеры использования моделей на основе строго иерархических ССП. Тема 3. Методы оценивания характеристик производительности последовательных ВС фон-Неймановского типа. Аналитические методы расчета графовых моделей программ на основе эргодических и поглощающих марковских цепей: метод взвешенной маршрутизации, алгебраический анализ цепей Маркова с дискретным и непрерывным временем, метод эквивалентных преобразований. Имитационно-аналитические методы на основе сетевых моделей. Анализ моделей с очередями. Методы и средства измерения характеристик ВС. Тема 4. Методы анализа производительности параллельных ВС. Имитационно-аналитические методы анализа производительности параллельных ВС с контроллерным управлением: оценка быстродействия конвейерных структур, векторных и матричных процессоров. Использование ССП и строго иерархических ССП для анализа характеристик производительности параллельных ВС. Принципы моделирования и анализа нетрадиционных параллельных ВС: машин с потоковым и запросным управлением. Тема 5. Контрольные тесты анализа производительности ВС. Единицы измерения производительности ВС, стандартные тесты Whetstone, Dhrystone, Linpack, Perfect, контрольные тесты TPC, контрольно-оценочные тесты SPEC, рекомендации по использованию тестов производительности ВС. Тема 6. Средства автоматизации анализа производительности ВС. Особенности функциональной организации пакета программ для автоматизации АП ВС. Примеры отечественных и зарубежных пакетов и комплексов программ. Выбор и разработка входного языка пакета для описания моделей алгоритмов, архитектуры используемой ВС и плана проведения анализа. Использование пакета при проектировании аппаратных и программных средств ВС. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Перспективы развития моделей, методов и систем автоматизации анализа производительности ВС.

5

Перечень лабораторных работ

№

Наименование работы

Номер темы

1

Построение и исследование операционных графовых моделей (ОГМ) типовых управляющих конструкций последовательных программ

2

2

Построение ОГМ последовательных программ и алгебраический анализ соответствующих им эргодических и поглощающих цепей Маркова

3

3

Анализ операционных графовых моделей последовательных программ методом эквивалентных преобразований

3

4

Исследование с помощью ССП и СИССП моделей временных характеристик выполнения программ, реализуемых в последовательном и параллельном вариантах

3,4

5

Использование стандартных тестов производительности для выбора архитектуры ВС для системы сбора и обработки данных

5

Распределение учебных часов по темам и видам занятий

Объем учебных часов № те мы

Название разделов и тем

Лек

Лаб. Раб.

Прак. занят

Ауд. Занят

Сам. Раб.

Всего

Сем.

1

9

Введение

1

1

1

Основные понятия метрической теории и анализа производительности ВС

3

3

4

7

9

2

Модели функционирования ВС при анализе производительности

6

3

9

10

19

9

3

Методы оценивания характеристик производительности последовательных ВС фон-Неймановского типа

6

4

10

12

22

9

4

Методы анализа параллельных ВС

6

4

10

12

22

9

5

Контрольные тесты анализа производительности ВС

3

2

5

8

13

9

6

Средства автоматизации анализа производительности ВС

3

2

5

5

10

9

7

Заключение

2

2

2

4

9

45

53

98

производительности

ИТОГО:

30

15

-

6

ЛИТЕРАТУРА

Основная

№

Название, библиографическое описание

Л.

Лр

Пз (С)

К-во экз. в библ. (на каф.)

1

Феррари Д. Оценка производительности вычислительных систем.- М.: Мир, 1981.

2

2

Байцер Б. Микроанализ производительности вычислительных систем.- М.: Радио и связь, 1981.

3

3

Головкин Б.А. Расчет характеристик и планирование параллельных вычислительных процессов.- М.: Радио и связь, 1983.

2

Дополнительная №

Название, библиографическое описание

4

Разработка САПР: в 10 кн. Кн.8. Математические методы анализа производительности и надежности САПР: Практ.пособие/В.И.Кузовлев, П.Н.Шкатов. М.: Высшая школа, 1990. Ray Jain The Art of Computer Systems Performance Analysis Techniques for Experimental Design, Measurement, Simulation and Modeling, John Wiley & Sons, 1991. Сигнаевский В.А., Коган Я.А. Методы оценки быстродействия вычислительных систем.- М.: Наука, 1991.

5 6

К-во экз. в библ. 4

1 3

7

Автор к.т.н., доцент

Кирьянчиков В.А.

Рецензент к.т.н., доцент

Казак А.Ф.

Зав. кафедрой МОЭВМ д.т.н., профессор

Лисс А.Р.

Декан факультета КТИ д.т.н., профессор

Герасимов И.В.

Программа согласована: Зав.отделом учебной литературы

Смирнова О.Н.

Председатель методической комиссии факультета КТИ Руководитель методического отдела, к.т.н., доцент

Марасина Л.А.

8