Задачи синтеза ВС и методы их решения

Синтез – это процесс разработки вычислительной системы, наилучшим образом соответствующей своему назначению. Исходными данными для проектирования являются:

a) рабочая нагрузка;

b)ограничения на характеристики системы в целом;

c) критерий эффективности, позволяющий оценить качество ВС.

При проектировании систем применяются те же модели, что и при анализе. Они позволяют определить структуру ВС, наилучшим образом сбалансированную с ее рабочей нагрузкой.

Результатами проектирования являются: состав устройств и связи между ними, а также режимы обработки задач.

Математически задача проектирования вычислительной системы формулируется следующим образом. Пусть Q = (q₁, q₂, …, q_M) – вектор параметров, характеризующих класс задач A, решение которых является функцией системы; S = (s_1, ..., s_N) – вектор параметров, характеризующий конфигурацию (структуру) системы; С = (с_1, ..., с_R) – вектор параметров режима обработки; Y = (y₁,..., y_N) – вектор характеристик системы, связанный с параметрами задач Q, конфигурации S и режима обработки С зависимостью Y = F(Q, S, С); S = {S_i} – множество возможных конфигураций вычислительных систем; C = {C_j} – множество возможных режимов обработки.

Ограничения на параметры и характеристики системы z_a,..., z_w Î (Y È X) представляются в виде

z_a Î z^*_a,..., z_w Î z^*_w,

где z^*_a,..., z^*_w - области допустимых значений соответствующих характеристик и параметров.

Критерий эффективности системы представляется заданной функцией E = Ф(Y), зависящей от характеристик системы, которые в свою очередь предопределяются ее параметрами Y = F(q, S, С). В установленных обозначениях задача проектирования вычислительной системы формулируется так: определить конфигурацию S и режим обработки C, максимизирующие эффективность системы

max E = max Ф(Y) (1)

^{SÎ S, CÎ C}

при выполнении ограничений

z_a Î z^*_a,..., z_w Î z^*_w. (2)

В отличие от задачи анализа, направленной на определение характеристик системы Y по заданным параметрам X, задача проектирования состоит в определении параметров конфигурации S и режима обработки C, соответствующих параметрам рабочей нагрузки Q и характеристикам системы Y, заданным в виде (1), (2). Для задач проектирования характерны два следующих момента. Во-первых, предполагается наличие модели Y = F(Q, S, С), устанавливающей зависимость характеристик системы от ее параметров. Во-вторых, задача синтеза представляет собой оптимизационную задачу и предполагает использование метода оптимизации, соответствующего виду целевой функции (1) и ограничениям (2). Метод оптимизации должен гарантировать определение глобального оптимума целевой функции E = Ф(Y), определенной на множестве конфигураций S и режимов обработки С.

В общей постановке размерность задачи проектирования и разнообразие моделей превосходят возможности современных методов расчета. Поэтому на практике проектирование разбивается на этапы, на каждом из которых используются свои классы моделей и методы расчета. Основными этапами являются:

1)выбор класса ВС;

2)определение ее базовой конфигурации;

3)оптимизация структуры в соответствии с заданными ограничениями;

4)выбор режима обработки.