Министерство образования и науки Украины

Севастопольский национальный технический университет

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторным занятиям

по дисциплине

«АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ

УПРАВЛЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЕМ»

для магистрантов специальности «Компьютерные системы и сети»

Севастополь Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Методические указания к лабораторным занятиям по дисциплине «Автоматизированные системы управления предприятием» для магистрантов специальности «Компьютерные системы и сети»/Сост. В.В.Кирюхин – Севастополь:

Изд-во СевНТУ, 2007. – 44с.

Цель указаний – методическая помощь магистрантам в выполнении лабораторных работ и решению задач на практических занятиях по параметрическому анализу и синтезу оптимальных вычислительных систем и сетей, включая локальные сети.

Методические указания рассмотрены и утверждены на заседании кафедры кибернетики и вычислительной техники, протокол № 3 от 28.11.2007 г.

Рецензент: Скороход Б.А., доктор технических наук, профессор кафедры технической кибернетики.

Допущено учебно-методическим центром СевНТУ в качестве методических указаний.

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………………………………………………………………. 1. Лабораторная работа №1.Синтез вычислительной системы оперативной обработки с заданным временем реакции ………………………………….. 2. Лабораторная работа №2. Синтез системы оперативной обработки заданной стоимости…………………………………………………………… 3. Лабораторная работа №3. Синтез вычислительной системы оперативной обработки на заданном множестве устройств………………………………. 4. Лабораторная работа №4. Синтез надежной вычислительной системы заданной стоимости…………………………………………………………… 5. Лабораторная работа №5. Синтез сети передачи данных с минимальной задержкой сообщений…………………………………………………………. 6. Лабораторная работа №6. Построение матрицы терминальных пропускных способностей многополюсной сети …………………………………… 7. Лабораторная работа №7. Построение модели оптимальной сети с коммутацией каналов………

8. Лабораторная работа №8. Надёжностный синтез централизованной локальной вычислительной сети…………………………………………….. 9. Лабораторная работа №9. Расчёт характеристик ЛВС шинной структуры 10. Лабораторная работа №10. Расчёт характеристик ЛВС кольцевой структуры………………………………………………………………………. 11. Лабораторная работа №11. Расчёт характеристик систем ALOHA…….. Библиографический список…………………………………………………... Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

ВВЕДЕНИЕ

Настоящие методические указания касаются лабораторных занятий семестрового курса «Автоматизированные системы управления предприятием» (АСУП) для магистрантов, обучающихся по специальности «Компьютерные системы и сети».

Указаниями могут воспользоваться студенты заочной формы обучения этой специальности.

Как и в предшествующей дисциплине, «Вычислительные системы», в этом курсе лабораторные работы выполняются фронтальным методом в том порядке, в котором следуют параграфы данных указаний. Каждый студент (магистрант) получает индивидуальное задание в соответствии с номером своего варианта, назначаемым преподавателем.

Каждый параграф соответствует одной лабораторной работе, которая выполняется за два либо четыре часа аудиторных занятий плюс необходимое внеаудиторное время для самостоятельной подготовки и оформления отчета. При подготовке к работе студент использует конспекты лекций по дисциплине и данные указания, а также учебники и другую методическую литературу, перечисленную в библиографическом списке, в соответствии со ссылками на него. Параграф содержит формулировку цели работы, описание порядка ее выполнения, краткую теоретическую справку и требования к содержанию отчета, а также список контрольных вопросов.

Следует подчеркнуть, что ответы на эти вопросы учитываются преподавателем при защите отчёта по работе. Частично их можно найти в теоретической справке, однако основной материал для подготовки к защите содержится в конспектах лекций и рекомендованной литературе.

Программой предусмотрено также несколько работ в форме практических занятий по расчёту основных характеристик локальных вычислительных сетей – в параграфах 9-11. На этих занятиях студенты должны решить несколько задач в аудитории и закрепить полученные навыки, выполнив соответствующие домашние задания.

Все расчеты, а также экспериментальные исследования, предусмотренные при выполнении работ, производятся на вычислительных средствах типа ПЭВМ. Как исключение могут быть использованы программируемые микрокалькуляторы. Однако при этом следует помнить, что время на самостоятельную работу может превысить рекомендованную норму (не более одного часа на два часа аудиторной работы).

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1. СИНТЕЗ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

ОПЕРАТИВНОЙ ОБРАБОТКИ С ЗАДАННЫМ ВРЕМЕНЕМ РЕАКЦИИ

- овладение методом параметрического синтеза оптимальной вычислительной системы оперативной обработки (СОО) по критерию минимальной стоимости СОО при заданном среднем времени ответа (времени реакции) на запрос пользователя.

1.2.1. Изучить раздел 1.3 настоящих указаний и соответствующие разделы рекомендованной литературы [1].

1.2.2.Синтезировать вычислительную систему оперативной обработки минимальной стоимости Сmin, обеспечивающую время реакции не более заданного значения u* секунд. СОО содержит процессор с модулем оперативной памяти и два селекторных канала, каждый из которых обслуживает по одному НМД. Поток заданий от пользователей СОО – простейший, с интенсивностью 0 заданий в секунду. Средняя трудоемкость одного этапа счета в процессоре равна 1 млн. оп., трудоемкости и 3 обращений к НМД1 и НМД2 соответственно равны по 1 операции. Известны вероятности: – выполнения задания за один этап счета, 2 и 3 – обращения к НМД и НМД2 соответственно. Известны также стоимостные коэффициенты: b1 условных единиц (у.е.) стоимости на млн. оп/с – для процессора; b2 и b3 у.е. на одну оп/с – для 1) Рассчитать оптимальные быстродействия (скорости) V1, V2, V3 указанных устройств: процессора и агрегатов СК-НМД;

1) Определить минимальные стоимости С1, С2, С3 устройств;

2) Вычислить минимальную стоимость Сmin СОО;

4) Построить график функции Сmin(u*), произвести анализ результатов и сделать выводы.

Исходные данные для расчетов взять из таблицы 1.1. При выборке данных обратить внимание на масштабные коэффициенты.

1.2.3. Оформить отчет по работе (см. раздел 1.4).

1.3. СИНТЕЗ СОО С ЗАДАННЫМ ВРЕМЕНЕМ РЕАКЦИИ

Задача синтеза математически формулируется следующим образом: требуется определить быстродействия (скорости) Vi устройств, минимизирующие стоимость С(V1, …, Vn) СОО, Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) где n – количество устройств (агрегатов) СОО, bі – удельная стоимость i -го устройства (т.е. стоимость устройства единичного быстродействия), u – время реакции u* – заданное время реакции, і – коэффициент передачи i-го устройства, і – трудоемкость однократного выполнения задания в нём, і – интенсивность потока заданий к этому устройству.

Решение задачи заключается в следующем.

1) Оптимальные скорости устройств рассчитываются по формулам:

2) Минимальная стоимость СОО может быть определена по формуле где Ci biVi – стоимость i-го устройства, либо по формуле, показывающей зависимость Сmin от заданного времени u*:

Формулу (1.6) рекомендуется использовать для проверки правильности расчетов зависимости (1.7) в точке u*.

Таблица 1.1 – Варианты заданий для расчетов Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Продолжение таблицы 1. Постановка задачи, расчетные соотношения, результаты синтеза, график зависимости Сmin(u*) и выводы.

1) Чем характерен режим оперативной обработки ВС?

2) Что такое «время реакции» вычислительной системы?

3) Как выглядит структурная схема ВС в режиме оперативной обработки?

4) Какая стохастическая сеть является моделью ВС в режиме оперативной обработки?

5) Какие агрегаты ВС рассматриваются в данной работе?

6) Каким образом. зная быстродействие агрегата СК-НМД, можно определить

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2. СИНТЕЗ СИСТЕМЫ ОПЕРАТИВНОЙ

ОБРАБОТКИ ЗАДАННОЙ СТОИМОСТИ

- освоение методики параметрического синтеза оптимальной вычислительной системы оперативной обработки (СОО) по критерию минимального среднего времени ответа (времени реакции) при заданной стоимости системы.

2.2.1. Изучить п. 2. 3 указаний и соответствующие разделы рекомендованной литературы [1].

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) 2.2.2. Синтезировать СОО, обеспечивающую минимальное время реакции umin при заданной общей стоимости СОО, равной С* у.е. Структура и параметры устройств системы совпадают с СОО, рассмотренной в л.р. № 1.

При синтезе рассмотреть три случая: (а) С* = Сmin; (б) С* min, (в) С* = 2Сmin,, где Сmin – значение минимальной стоимости СОО, рассчитанной в лабораторной работе №1. Для этих случаев рассчитать оптимальные скорости V1, V2, V3 устройств СОО и определить минимальное время реакции umin. Построить график функции umin(С*); проанализировать результаты и сделать выводы. Обратить внимание на совпадение umin с u* из л.р. № 1 в случае (а).

2.2.3. Оформить отчет по работе (см. раздел 2.4).

2.3. СИНТЕЗ СОО ЗАДАННОЙ СТОИМОСТИ

Математически задача указанного синтеза формулируется следующим образом: требуется определить быстродействия (скорости) Vi устройств, минимизирующие время u(V1, …, Vn) реакции СОО, где n – количество устройств СОО, і – коэффициент передачи і-го устройства, і – интенсивность потока заданий к этому устройству, і – трудоемкость однократного выполнения задания в нем, bi – стоимость i-го устройства единичного быстродействия.

Синтез производится по следующему алгоритму [1]:

1. Ввести параметры C*, 0, і, і, bі, і = 1, …, n.

2. Вычислить величину 3. Проверить условие Если оно выполняется, то перейти к п.4. Иначе выдать сообщение «РЕШЕНИЯ НЕ СУЩЕСТВУЕТ» и выйти на конец.

4. Рассчитать оптимальные скорости Vі и стоимости Cі устройств по формулам:

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) 5. Вычислить минимальное время реакции:

6. Вывести результаты синтеза: V (V1,...,Vn ), C (C1,...,C n ), u min.

Постановка задачи, расчетные формулы, результаты синтеза, график зависимости umin(С*) и выводы.

1) К какому классу задач математического программирования относится задача (2.1) – (2.3)?

2) Почему в соотношении (2.2) знак неравенства можно опустить?

4) В каком соотношении находятся оптимальные структуры в данной и предыдущей работах?

5) Как практически можно использовать график функции umin(С*)?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3. СИНТЕЗ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

ОПЕРАТИВНОЙ ОБРАБОТКИ НА ЗАДАННОМ МНОЖЕСТВЕ УСТРОЙСТВ

- освоение метода параметрического синтеза оптимальной вычислительной системы оперативной обработки (СОО) по критерию минимального времени реакции при известной стоимости СОО на заданном множестве устройств.

3.2.1. Изучить п.3.3 указаний и соответствующие разделы рекомендованной литературы [1].

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) 3.2.2. Произвести синтез СОО, обеспечивающей минимальное время реакции umin при заданной общей стоимости С*. Структура системы и её параметры 0,, 2, 3, b1 совпадают с СОО, рассмотренной в л.р. № 1 и 2. Однако устройства 2 и 3 синтезируются из элементов заданного множества, а именно: устройство 2 проектируется из агрегатов СК-НМД с временем обращения 2 = 0,1 с и стоимостью с2 = у.е., устройство 3 – из агрегатов с 3 = 0,05 с стоимостью с3 = 900 у.е. Значение С* задаётся преподавателем. В частности, оно может быть равным Сmin – значению минимальной стоимости СОО из л.р. №1.

При синтезе рассчитать оптимальное быстродействие V10 процессора и оптимальные количества K 20 и K 30 агрегатов в устройствах 2 и 3, вычислить минимальное время реакции umin( V10, K 20, K 30 ), а также стоимость С ВС в целом; проанализировать результаты и сделать выводы.

3.2.3. Оформить отчет по работе (см. раздел 3.4).

3.3. СИНТЕЗ СОО НА ЗАДАННОМ МНОЖЕСТВЕ УСТРОЙСТВ

Математически задача синтеза СОО на заданном множестве устройств формулируется следующим образом: найти вектор ( V10, …, Vn, K n 1, …, K 0 ), миниn мизирующий функцию где n – количество устройств СОО, n1 – число устройств, быстродействие Vi которых может наращиваться непрерывно, причем bі – стоимость такого устройства единичного быстродействия, і – трудоемкость выполнения задания в нем, Кі – число агрегатов в устройстве, быстродействие которых наращивается дискретно, сi и і – соответственно стоимость и время реакции одного такого агрегата. Далее, і и і – соответственно коэффициент передачи устройства и интенсивность потока заданий к нему, і = 1, …, n; С* - заданная общая стоимость СОО.

Синтез производится по следующему субоптимальному алгоритму.

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) где i i 0 и ]x[ - ближайшее целое, большее х.

Если оно выполняется, то перейти к п.4. Иначе - выдать сообщение «РЕШЕНИЯ НЕТ», и перейти на конец.

4. Рассчитать оптимальные скорости Vі, і = 1,…, n1, по формулам:

5. Рассчитать оптимальные количества K 0 агрегатов, i = n1 +1,…, n по формуi с соблюдением условия (3.2); здесь 6. Вычислить минимальное время реакции: umin( V10,…, Vn, K 7. Подсчитать стоимости устройств:

а также стоимость С ВС в целом:

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Постановка задачи, расчетные формулы, результаты синтеза и выводы.

1) В чем состоит принципиальное отличие расчета «на заданном множестве 3) Являются ли оптимальными (в математическом смысле) значения, рассчитываемые по формулам (3.7) и (3.9)?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4. СИНТЕЗ НАДЕЖНОЙ

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ЗАДАННОЙ СТОИМОСТИ

- приобретение навыка расчета высоконадежной ВС, компонуемой из подсистем, надежность которых может повышаться путем поагрегатного резервирования.

4.2.1. Изучить п.4.3 и соответствующие разделы рекомендованной литературы 4.2.2. ВС состоит из 6 подсистем. Надежность одного агрегата в подсистеме i известна и равна pi(i = 1,…,6). Надежность ВС повышается путем раздельного (поагрегатного) резервирования в каждой из подсистем. Стоимостные, массовые и габаритные параметры всех агрегатов одинаковы. ВС может использовать не более m агрегатов. Определить оптимальную структуру (x1,…, x6), максимизирующую надежность p(x1,…, x6) ВС, и вычислить эту надежность. Здесь xi– оптимальное число агрегатов в i–й подсистеме.

Исходные данные для расчетов взять из таблицы 4.1.

4.2.3. Оформить отчет по работе (см. раздел 4.4).

Таблица 4.1 – Варианты заданий для расчетов Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Продолжение таблицы 4.

4.3. СИНТЕЗ НАДЕЖНОЙ ВС ЗАДАННОЙ СТОИМОСТИ

Общая задача синтеза формулируется следующим образом. Пусть ВС состоит из n устройств. Для функционирования ВС достаточно, чтобы каждое устройство состояло из одного агрегата (например, агрегата «Пр-ОП», или «СК-ВЗУ», и т.п.).

Однако для повышения надежности каждый агрегат в устройстве i может резервироваться некоторым количеством xi - 1 дополнительных агрегатов, функционально идентичных с основным и имеющих те же самые параметры: ci - стоимость, vi - объем, gi - массу и pi – надежность, - что и основной. Известны предельные значения стоимости (C), массы (G) и объема (V) для ВС в целом. Требуется определить надежностную структуру x=(x1,…,xn), максимизирующую надежность P ВС, Вектор х, удовлетворяющий условиям (4.2) – (4.5) и максимизирующий функцию (4.1), называется оптимальной надежностной структурой ВС.