Организация вычислительного процесса

Процедура ОВП имеет различную функциональную сложность в зависимости от класса и количества решаемых задач, режимов обработки данных, топологии системы обработки данных. В наиболее полном объеме функции организации вычислительного процесса реализуются при обработке данных на больших универсальных машинах (мэйнфреймах), которые, как правило, работают в многопользовательском режиме и обладают большими ресурсами по памяти и производительности. При обработке данных с помощью ЭВМ, в зависимости от конкретного применения информационной технологии, а, значит, и решаемых задач, различают три основных режима: пакетный, разделения времени, реального времени.

При пакетном режиме обработки задачи (задания), а точнее, программы с соответствующими исходными данными, накапливаются на дисковой памяти ЭВМ, образуя „пакет“. Обработка заданий осуществляется в виде их непрерывного потока. Размещенные на диске задания образуют входную очередь, из которой они выбираются автоматически последовательно или по установленным приоритетам. Входные очереди могут пополняться в произвольные моменты времени. Такой режим, позволяет максимально загрузить ЭВМ, т.к. отсутствуют простои между заданиями. Но с точки зрения скорости этот режим дает задержки в получении решения, так как некоторое время задание простаивает в очереди.

Режим разделения времени реализуется путем выделения для выполнения заданий, определенных интервалов времени, называемых квантами. Предназначенные для обработки в этом режиме задания находятся в оперативной памяти ЭВМ одновременно. В течение одного кванта обрабатывается одно задание, затем выполнение первого задания приостанавливается с запоминанием полученных промежуточных результатов и номера следующего шага программы, и в следующий квант обрабатывается второе задание и т. д. Задание при этом режиме находится все время в оперативной памяти вплоть до завершения их обработки. При большом числе одновременно поступающих на обработку заданий возможно, для более эффективного использования оперативной памяти, временно перемещать во внешнюю память только что обрабатывавшееся задание до следующего своего кванта. В режиме разделения времени, возможно, также реализация диалоговых операций, обеспечивающих непосредственный контакт человека с вычислительной системой.

Режим реального времени используется при обработке данных в информационных технологиях, предназначенных для управления физическими процессами. В таких системах информационная технология должна обладать высокой скоростью реакции, чтобы успеть за короткий промежуток времени (лучше бы мгновенно!) обработать поступившие данные и использовать полученные результаты для управления процессом. Поскольку в технологической системе управления потоки данных имеют случайный характер, вычислительная система (ВС) всегда должна быть готова получать входные сигналы и обрабатывать их. Повторить поступившие данные невозможно, поэтому потеря их недопустима.

В ЭВМ используют также режимы называемые однопрограммными и мультипрограммными. В режиме разделения времени используется вариант мультипрограммного режима.

Задания, в виде программ и данных, подвергаются процессу обработки, поступая из системы ввода, системы хранения, по каналам вычислительной сети. В этих условиях остро ставится вопрос планирования и выполнения заданий в вычислительной системе.

Вычислительная среда, в которой протекает процесс обработки данных, может представлять собой одномашинный комплекс, работающий в режиме разделения времени (многопрограммном режиме), или многомашинный (многопроцессорный), в котором несколько заданий могут выполняться одновременно на разных ЭВМ (процессорах). Но в обоих случаях поток заданий должен подвергаться диспетчерированию, что означает организацию и обслуживание очереди. Задания, поступившие на обработку, накапливаются в очереди входных заданий. Из этой очереди они поступают на обработку в порядке, определяемом используемой системой приоритетов. Результаты решения задач накапливаются в выходные очереди, откуда они рассылаются либо в сеть, либо на устройство отображения, либо на устройство накопления.

В этой связи представляется необходимым сделать небольшое введение в теорию очередей (теорию массового обслуживания).