Книга 1 Киев „Корнійчук 2009 Кононюк Анатолий Ефимович


Сеть с топологией 2D-решетка (тор)



страница14/33
Дата18.05.2019
Размер5.66 Mb.
ТипКнига
1   ...   10   11   12   13   14   15   16   17   ...   33

Сеть с топологией 2D-решетка (тор)



Сеть с топологией 2D-гиперкуб (тор)
Термин "мультиреализатор " покрывает большинство средств типа MIMD и (подобно тому, как термин "матричный реализатор" применяется к средствам типа SIMD) часто используется в качестве синонима для средств типа MIMD. В ультрареализаторной системе каждый реализаторный элемент (РЭ) выполняет свою операцию достаточно независимо от других реализаторных элементов. Реализаторные элементы, конечно, должны как-то связываться друг с другом, что делает необходимым более подробную классификацию средств типа MIMD. В мультиреализаторах с общей памятью

(сильносвязанных мультиреализаторах) имеется память данных и команд, доступная всем РЭ. С общей памятью РЭ связываются с помощью общей шины или сети обмена. В противоположность этому варианту в слабосвязанных многореализаторных системах (средства с локальной памятью) вся память делится между реализаторными элементами и каждый блок памяти доступен только связанному с ним реализатору. Сеть обмена связывает реализаторные элементы друг с другом. Базовой моделью выплнения операций на MIMD-мультиреализаторе является совокупность независимых реализаторов, эпизодически обращающихся к разделяемым данным.

Можно создать большое количество вариантов этой модели. На одном конце спектра - модель распределенных реализаций консультационных операций, в которой процесс делится на довольно большое число параллельных задач, состоящих из множества подпроцессов. На другом конце спектра - модель потоковых реализаций консультационных операций, в которых каждая операция в процессе может рассматриваться как отдельный процесс. Такая операция ждет своих входных данных (операндов), которые должны быть переданы ей другими процессами. По их получении операция выполняется, и полученное значение передается тем процессам, которые в нем нуждаются. В потоковых моделях реализаций консультационных операций с большим и средним уровнем гранулярности, процессы содержат большое число операций и выполняются в потоковой манере.

4) Многореализаторные средства с SIMD-реализаторами.

Многие современные консультационные средства представляют собой многореализаторные системы, в которых в качестве реализаторов используются векторные реализаторы или преализаторы типа SIMD. Такие реализаторные средства относятся к реализаторным средствам класса MSIMD.

Языки программирования и соответствующие компиляторы для реализаторов типа MSIMD обычно обеспечивают языковые конструкции, которые позволяют консультанту описывать "крупнозернистый" параллелизм. В пределах каждой задачи компилятор автоматически векторизует подходящие циклы. Реализаторы типа MSIMD, как можно себе представить, дают возможность использовать лучший из этих двух принципов

декомпозиции: векторные операции ("мелкозернистый" параллелизм) для тех частей процесса, которые подходят для этого, и гибкие возможности MIMD- архитектуры для других частей процесса.

Многореализаторные консультационные системы претерпели ряд этапов своего развития. Первой осваивалась технология SIMD. Однако в настоящее время представляет достаточно большой интерес архитектура технологии MIMD. Этот интерес главным образом определяется двумя факторами:

1. Архитектура MIMD дает большую гибкость: при наличии адекватной поддержки со стороны аппаратных средств и программного обеспечения MIMD может работать как однопользовательская консультационная система, обеспечивая высокопроизводительное формирование рекомендаций для одной консультационной задачи, как многореализаторное средство, выполняющее множество задач параллельно, и как некоторая комбинация этих возможностей.

2. Архитектура MIMD может использовать все преимущества современной консультационной технологии на основе строгого учета соотношения стоимость/производительность. В действительности практически все современные многореализаторные средства строятся на тех же микрореализаторах.

Одной из отличительных особенностей многореализаторной консультационной системы является сеть обмена, с помощью которой реализаторы соединяются друг с другом или с памятью. Модель обмена настолько важна для многореализаторной консультационной системы, что многие характеристики производительности и другие оценки выражаются отношением времени формирования рекомендации к времени обмена, соответствующим решаемым задачам. Предлагается две основные модели межреализаторного обмена: одна основана на передаче сообщений, другая - на использовании общей памяти. В многореализаторной консультационной системе с общей памятью один реализатор осуществляет запись в конкретную ячейку, а другой реализатор производит считывание из этой ячейки памяти. Чтобы обеспечить согласованность данных и синхронизацию процессов,

обмен может реализовываться по принципу взаимно исключающего доступа к общей памяти методом "почтового ящика".

С ростом числа реализаторов просто невозможно обойти необходимость реализации модели распределенной памяти с высокоскоростной сетью для связи реализаторов.

С быстрым ростом производительности реализаторов и связанным с этим ужесточением требования увеличения полосы пропускания памяти, масштаб консультационных систем (т.е. число реализаторов в системе), для которых требуется организация распределенной памяти, уменьшается, также как и уменьшается число реализаторов, которые удается поддерживать на одной разделяемой шине и общей памяти.

Распределение памяти между отдельными узлами системы имеет два главных преимущества. Во-первых, это эффективный с точки зрения стоимости способ увеличения полосы пропускания памяти, поскольку большинство операций могут выполняться параллельно к локальной памяти в каждом узле. Во-вторых, это уменьшает задержку выполнения операции (время доступа) к локальной памяти. Эти два преимущества еще больше сокращают количество реализаторов, для которых архитектура с распределенной памятью имеет смысл.

Обычно устройства ввода/вывода, также как и память, распределяются по узлам и в действительности узлы могут состоять из небольшого числа (2-8) реализаторов, соединенных между собой другим способом. Хотя такая кластеризация нескольких реализаторов с памятью и сетевой интерфейс могут быть достаточно полезными с точки зрения эффективности в стоимостном выражении, это не очень существенно для понимания того, как такое средство работает, поэтому мы пока остановимся на системах с одним реализатором на узел. Основная разница в архитектуре, которую следует выделить в средствах с распределенной памятью заключается в том, как осуществляется связь и какова логическая модель памяти.
1.4.11.3. Классификация математических моделей консультационного процесса

Изучение консультационного процесса возможно на математических моделях. Система консультирования может, в частности, рассматриваться как детерминированная линейная стационарная система, в большинстве случаев одномерная.

Наряду с этим направлением возникло и другое, ха­рактеризующееся подходом к системам консультирования как к сложным (большим) системам. Основ­ной особенностью сложных систем, как отмечалось выше, принято считать иерархичность структуры. Эта иерархич­ность характерна и для структуры системы консультирования. Управление подсистемами осуществляется соответствующими регуляторами (руко­водством), а изменение параметров регуляторов данного уровня производится регулятором более высокого уровня с тем, чтобы обеспечить оптимальное управление системой консультирования в целом в условиях ограниченности людских и матери­альных ресурсов.

Для систем с иерархической структурой наиболее характерным является следующее: 1) отдельные консультационные подпроцессы автономны в том смысле, что каждый регулятор управляет ограниченным числом под­процессов; 2) управление подпроцессами происходит на основе относительно ограниченного количества информа­ции; 3) чем выше уровень управления, тем меньше тре­буется информации для его осуществления, т. е. при движении вверх по иерархии информация как бы уплотняет­ся; 4) существование цели консультирования для каждой под­системы и общей цели для всей системы; 5) взаимовлия­ние подпроцессов из-за ограничений на общую стоимость консультирования и как следствие — ограничения на штаты, оборудование и другие ресурсы.

На рис. 1.19 приводится одна из возможных класси­фикаций математических моделей консультационного процесса формирования рекомендаций по решению задач консультируемой проблемы.

Рис. 1.19. Классификация математических моделей консультационного процесса формирования рекомендаций по решению задач консультируемой проблемы


Детерминированная модель строится в тех случаях, когда факторы, влияющие на конечный результат консультационного процес­са, поддаются достаточно точной оценке, а случайные факторы либо отсутствуют, либо ими можно пренебречь.

Если факторы, влияющие на конечный результат консультационного процесса, являются случайными, то строится вероятностная (стохастическая) модель.

Поскольку формирование рекомендаций можно представить как процесс переработки информации, для описания консультационного может быть исполь­зована информационная модель.

Формирование рекомендаций, выполняемое кол­лективами специалистов, основывается в значительной степени на опыте, интуиции, аналогии и индукции, иными словами, на эвристических методах. Эвристические про­цедуры практически не получили до сего времени формализованного отображения и ограничиваются описательной формой представления. Тем не менее консультационный процесс с известной степенью приближения может быть представлен эвристической моделью.

Консультационный процесс протекает в условиях неполной информации, когда складываются конфликтные ситуации. С этих позиций консультационный процесс может быть представлен теоретико-игровой мо­делью.

Методы сетевого планирования позволяют объективно устанавливать минимально необходимое время и расход людских и материальных ресурсов для выполнения консультационных работ, выявлять критические пути, т. е. «узкие места» консультационного процесса, и вносить необходимые коррективы. Как следствие консультационный процесс может быть представлен сетевой мо­делью.

При разработке математической модели следует руко­водствоваться следующими положениями: 1) модель должна строго отвечать поставленной задаче — не должна быть точнее, чем это необходимо для решения данной конкретной задачи; 2) модель должна быть простой и удобной для анализа и в то же время предельно чувствительной к исследуемым переменным, при этом не

должны учитываться другие, второстепенные для решае­мой задачи факторы; 3) усложнение модели излишними подробностями чревато тем, что влияние интересующих нас переменных «утонет» в совокупном влиянии других



1.5. Классификация систем консультирования

1.5.1. Общие сведения об эргатических системах, как системах автоматизированного консультирования

Выше указывалось, что главной задачей, которая ста­вится перед консультантом, занимающимся автоматизацией того или иного консультационного процесса, является определение рациональной степени автоматизации. Дру­гими словами, консультант должен уметь оценить, что и насколько следует автоматизировать в данном консультационном процессе. При этом он руководствуется критериями качества консультационного процесса. Критерий качества процесса может быть достигнут минимальным или мак­симальным (в зависимости от задания) и без автомати­зации процесса, за счет лишь изменения его параметров. Так или иначе, целью является не автоматизация сама по себе, а достижение максимальной эффективности дан­ного консультационного процесса. В этом случае не все­гда выгодно (да и не всегда удается технически) автома­тизировать абсолютно все консультационные операции. Отсюда следует, что человек часто остается в данной системе консультирования, однако в этой системе он уже имеет дело с некоторой совокупностью оборудования и аппаратуры управления, а потому становится консультантом-оператором данной автоматизированной консультационной системы. Естественно, что для консультанта-оператора необходимо не только создавать условия труда на основе знания его психофизиологических возможностей и иных требований такого свойства. Необходимо также обеспе­чить высокую эффективность консультационного процесса, так как требова­ние высокой эффективности остается независимо от то­го, имеется ли в системе человек или система полностью автоматизирована.

Введем понятие эргатической консультационной си­стемы.

Д'Аддио Э. определил эргатическую систему как «любую физическую целенаправленную систему, нужда­ющуюся в участии человека».

В процессе непосредственного воз­действия на систему автоматизированного консультирования консультант-оператор изменяет показатели консультационного процес­са, воздействует на его критерий качества непосредствен­но. В то же время воздействие консультанта на управляемую им систему может осуществляться и не только в виде изменения ее показателей. Например, в случае отказа автоматической консультационной системы человек осуществляет поиск неисправности. Здесь действует новая система, связывающая человека с поставленной задачей: найти причину отказа системы в заданное (или мини­мальное) время. Ясно, что воздействие человека на отказавшую консультационную систему осуществляется не в процессе формирования рекомендаций (т. е. не в процессе вы­полнения данной консультационной системой своей зада­чи). Влияние вмешательства человека здесь оказывается на работе консультационной системы косвенно. Тем не менее, человек в рассматриваемом случае осуществляет функции управляющего звена в новой системе, задачей которой является наискорейшее восстановление отказавшей консультационной системы. Указанные процессы отно­сятся к роду информационных, что предопределяет ме­тоды исследования.

Тогда приведенное выше определение следует допол­нить и в дальнейшем считать эргатической такую замк­нутую консультационную систему, в которой консультант осуществляет функции управляющего и решающего звена.

При проектировании консультационного процесса с участием специалистов-операторов необходимо выявить основ­ные количественные и качественные особенности эргатических пконсультационных систем, дать описания этих особенностей и приспособить к ним соответствующий математический аппарат, т. е. сделать эти особенности доступными расчетам. И здесь возникают определенные трудности, связанные с неоднородностью классификаци­онной картины. В самом деле, эргатические системы могут быть осуществлены с участием одного или нескольких специалистов-операторов. При этом в зависимости от взаимосвя­зи специалистов -операторов характеристики всей системы будут различными. Так, если несколько операторов одновремен­но осуществляют операции А1, А2,...,Ап, где п —число специалистов -операторов в эргатической системе, причем каж­дая Ai операция характеризуется показателем Хi, а все п показателей характеризуют критерий качества системы F(Xi), то очевидно, что экстремум функции F(Xi) находится в зависимости от трудовой деятельности всех п операторов системы. Обозначим рассмотренную эргатическую консультационную систему символом М1. Теперь рассмотрим эргатическую консультационную систему М2, в которой также имеется п операторов. Однако в данном случае работу этих операторов представим по-иному. Пусть специалисты-операторы системы М2 действуют таким образом: в каждый момент времени в системе работает один оператор. По прошествии некото­рого времени (например, по графику консультирования или при наступлении усталости) оператора О1 заменяет оператор О2 и т. д. Ясно, что в данном случае мы имеем дело с систе­мой, характеристи­ки которой в сред­нем (усреднение повыбранному промежутку времени) зависят от функциони­рования одного оператора. Система М2 отличается от системы M1 не только формально — по числу консультантов-операторов, непосредственно участвующих в работе системы,— но и по существу. Последнее отличие заключается в раз­личии психологических моментов, необходимости учета таких факторов, как психологическая совместимость консультантов-операторов и т. д. Например, фактор психологической совместимости консультантов-операторов весьма существенно сказывается при длительной работе обособленного кол­лектива.

При классификации эргатических консультационных систем будем исхо­дить из таких особенностей этих систем:

а) количество специалистов-операторов;

б) степень непрерывности участия специалиста-операто­ра в консультационном процессе эргатической консультационной системы;

в) вид связи специалиста-оператора с консультируемой проблемой.

Рис. 1.20. Эргатическая консультационная система
В эргатической консультационной системе можно выделить (см. рис. 1.20):

1) рецептор R — биологический датчик, с помощью

которого специалист-оператор получает информацию о состоянии консультируемой проблемы Об;

2) эффектор Э — орган специалиста -оператора, воздейст­вующий на консультируемый проблема Об;

3) центральную нервную систему N специалиста -опера­тора;

4) индикатор Ин, с помощью которого специалист-опе­ратор может наблюдать за состоянием x(t) консультируемой проблемы Об и за своими действиями, а также сравнивать текущее состояние x(i) консультируемой проблемы с за­данным y(t); индикатор делает консультируемую проблему наблюдаемой; он, в сущности, призван усилить (или заменить) рецептор;

5) исполнительный механизм Им, с помощью которо­го в консультируемую проблему вводится консультационные воздействие u(t) эф­фектора Э; исполнительный механизм призван, в сущно­сти, усилить или заменить эффектор;

6) вспомогательный механизм ВМ, с помощью кото­рого специалист -оператор может принять (сформировать) рациональную рекомендацию при наличии на его входе многоальтернативных рекомендаций и т. п.; вспомогательный механизм ВМ призван, в сущности, усилить (а в некоторых случаях и заменить) центральную нервную систему (часто это — компьютер);

7) консультируемая проблема Об, поведение x(t) которой определяет, по существу, поведение всей эргати­ческой консультационной системы; сам факт создания данной системы определяется задачами, поставленными консультантом, но выполнение которых возможно лишь при использовании данной проблемы Об, консультировать которую призван специалист-оператор.

Приведенные в схеме рис. 1.20 исполнительные механиз­мы могут быть нерегулируемые и регулируемые. То же самое относится и к индикаторам.

В принятой нами схеме к индикаторам относятся и датчики. Таким образом, индикаторы здесь — некоторые инструменты, с помощью которых можно производить и измерения состояния консультируемой проблемы, результаты же этих измерений «выдаются» специалисту-оператору в ииде наблюдаемого сигнала (т. е. сигнала, который специалист-оператор может распознать, расшифровать, выде­лив из него требуемую информацию).

Вспомогательный механизм в виде, например, компьютера используется в качестве контролера и советчика специалиста-оператора в эргатической консультационной системе. При этом под вспомогательным механизмом будем понимать обобщенный аппарат, с помощью которого можно произвести тре­буемые логические или арифметические операции, даже если этот аппарат — набор формул.

Перейдем к рассмотрению отдельных признаков эрга­тических систем в соответствии с классификационной схемой (рис. 1.21).


Рис. 1.21. Классификационная схема эргатических систем
1.5.2. Классификация эргатических консультационных

си­стем по количеству операторов.
Согласно классификаци­онной схеме, по количеству специалистов-операторов эргатические консультационные системы будем подразделять на моноэргатические — при од­ном — и полиэргатические — при числе опе­раторов большем одного. Необходимость такой классификации обуслов­ливается практическим опытом создания и иссле­дования эргатических консультационных систем. В самом деле, даже в обыденной жизни согласовать какую-либо деятельность с одним человеком легче, чем то же самое сделать с груп­пой людей. Причем, если бы в каждом случае мы имели дело с одним человеком, деятельность которого не за­висела бы от деятельности остальных людей, входящих в сферу согласования, то исход решался бы функцио­нированием ряда моноэргатичгских систем. Сложнее об­стояло бы дело, если бы действие каждого из людей зависело от деятельности любого другого человека, вхо­дящего в группу «согласователей». Тогда система резко усложнилась бы в структурном и информационном от­ношении. Рассмотрим два типа систем отдельно.

Моноэргатические системы. Обобщенная схема моноэргатической системы (рис. 1.22) не отличается в прин­ципе от обобщенной схемы любой системы консультирования.

Рис. 1.22. Обобщенная схема моноэргатической системы


Здесь имеется объект воздействия (консультируемая проблема) Об (1), специалист-оператор (2), индикатор Ин (3) и пульт управления (воздействия) Им (4). Координата объекта воздействия (консультируемой проблемы) x(t) поступает на индикатор 3, куда подается также значение задающей величины y(t) (задание). Операция сравнения осуществляется специалистом-оператором, в результате чего определяется ошибка ε(t) системы и на вход пульта управления 4 подается управляющее воздействие оператора μ(t) (сигнал с выхода эффектора), которое с помощью пульта управ­ления (исполнительного механизма) преобразуется в управляющий сигнал u(t). Управляющий сигнал u(t) воз­буждает консультируемую проблему 1; в результате чего на вы­ходе системы получается сигнал x(t)—координата

Сформированной рекомендации. При­мером моноэргатической консультационной системы служит любая система «консультант — компьютер — консультируемая проблема». Моноэргатическую систему составляет консультант, пишущий какой-либо текст при условии, что текст пи­шется не под диктовку.

Моноэргатические систе­мы составляют большую долю эргатических консультационных систем и пото­му наиболее часто становят­ся объектом исследования.

Полиэргатические консультационные системы, приме­ром полиэргатической консультационной системы может служить полуавтоматическая линейная система консультирования, в которой специалисты-операторы располагаются в ли­нию по ходу консультационного процесса и взаимозависимы друг от друга. Последнее обстоятельство означает, что показатели каж­дого последующего специалиста-оператора находятся в не­посредственной зависимости от показателей предыдуще­го оператора. Если же показатели трудовой деятельности оператора и не изменятся от того, насколько качествен­но работал предыдущий оператор, то на показатели все­го консультационного процесса это явно повлияет.

Итак, отметим лишь главную особенность полиэрга­тической производственной системы: в информационном смысле специалисты-операторы полиэргатической консультационной системы, находятся в последовательной связи (рис. 1.23).



Рис. 1.23. Обобщенная схема полиэргатической системы с т

операторами:

1 — специалисты -операторы; индекс 1, 2,..., т означает номер оператора; ит-1 (t) — выходной сигнал i-оператора; u(t) — управляющий сигнал системы; x(t) — выходной сигнал системы (координата); у(t) —зада­ющий сигнал; ε(t) сигнал сшиб­ки
При создании полиэргатических консультационных систем недостаточн учитывать лишь последовательность связи операторов, хотя такой учет необходим. Если моноэргатическая си­стема управляется индивидуумом, то полиэргатическая система управляется коллективом. В самом деле, кол­лектив — это совокупность людей, объединенных целью и корректирующих свою деятельность в соответствии с це­лью системы, в ко­торую они входят в качестве управляю­щих звеньев. В по­лиэргатической консультационной си­стеме часто можно выделить отдельные моноэргатические консультационные системы, пример которой приведен на рис. 1.24.

Рис. 1.24. Схема полиэргатической по­следовательной консультационной системы:



у0 — задающий сигнал; xi — выходной сиг­нал i-й моносистемы

(i=1, 2..... k); Обii-й объект воздействия (консультируемая проблема); Oпi1-й специалист-оператор



Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   10   11   12   13   14   15   16   17   ...   33


База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница