Контрольная работа: Расчет задач вычислительных систем

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

“ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”

Кафедра “Обчислювальна техніка та програмування”

РГЗ

з курсу “Комп’ютерні системи”

Варіант № xxxx

Виконав:

Студент групи xxxx

xxxxxx.

Перевірив:

xxxxxxxxx.

Харків 2007

Задача №1

Составить алгоритм и программу вычисления функции на параллельной структуре, используя разложение функции в ряд Маклорена.

,

де – условие окончания расчетов.

Решение

Однопроцессорный алгоритм решения заданной задачи:

Многопроцессорный алгоритм решения задачи:

Программа на параллельном Паскале:

Program par_pascal;

Var

R, S, x, f, L, e : real;

K : longinteger;

BEGIN

FORK;

begin

read(e);

R := 0;

K = 1;

end;

begin

read(x) ;

S := x;

F := x*x;

end;

JOIN;

repeat

FORK;

begin

R := R + S;

L = S*(-1);

end;

begin

K = K + 2;

Z=1/(K*(K-1))

end;

JOIN;

S := L*z;

until (ABS(S) > e);

writeln(R);

END.

Задача №2

Спроектировать два универсальных программируемых конвейера с числом звеньев m1 и m2 для вычисления массивы С длинной n элементов. Определить и сравнить эффективности конвейеров и выполнить анализ полученных результатов. Определить размер буферной памяти между звеньями.

Длительность операций:

Чтение, запись	4
+, —	3
*, /	5
,	6
инкремент, декремент	1

m1 = 5, m2 = 6.

Решение

Составим таблицу операций:

№ п/п	Операция	Количество тактов
1	чтение	4
2	чтение	4
3	вычисление	5
4	вычисление	5
5	вычисление	3
6	вычисление	3
7	вычисление	5
8	вычисление	5
8	вычисление	3
9	вычисление	3
10	вычисление	6
11	вычисление	5
12	вычисление	5
13	запись	4
14	n = n -1	1
15	if n >…, goto п. 1	1

Тпосл = 6т + 6Ч5т +3Ч4т + 4Ч3т + 2Ч1т = 62т

при m = 4 Тзв.треб.1 62т / 5 = 12,4 = 13;

при m = 6 Тзв.треб.2 62т / 6 = 10,33 = 11;

Распределение операций между звеньями конвейера при m = 5:

Входные данные поступают на первое ( и ) звено, обратной линией отмечено управление конвейером (когда на первом звене выполняется условие n>0, то на пятом звене оно соответствует условию n-4>0; это условие проверяется на пятом, и сигнал о чтении следующего значения или прекращение чтения поступает на первое звено).

Распределение операций между звеньями конвейера при m = 6:

Графики загрузки процессоров

Для m = 5 Тдейств = 13.

Для m = 6 Тдейств = 11.

Для m = 5

при .

Для m = 6

при ,

– эффективность конвейера на 6-ть шагов выше.

Размер буферной памяти между звеньями:

при m = 5 – 5 элементов;

при m = 6 – 5 элементов.

Критическая длина массива

m=5 m=6

=1 =1

Вывод: Наиболее эффективна конвейерная обработка при наибольшем числе звеньев конвейера. Критическая минимальная эффективная длина массива для обработки конвейером – 2.

Задача №3

Реализовать заданные функции на вычислительных системах с программируемой структурой.

а)

б)

Решение

a)

Схема элементарного процессора:

б) =

Схема элементарного процессора:

Задача №4

Вероятностные модели. По матрице вероятностных переходов составить граф марковской цепи и систему линейных алгебраических уравнений. Определить среднюю продолжительность пребывания вычислительной системы в каждом состоянии.

Составили граф-схему модели:

Система уравнений:

Решили систему уравнений:

Определили середнюю продолжительность каждого состояния:

t0=; t1=; t2=; t3= .

Задача №5

По заданной структуре вычислительной системы сформулировать и при необходимости дополнить исходные данные. Составить таблицу состояний, граф переходов и систему уравнений (систему не решать). Преобразовать полученный граф переходов и систему уравнений в задачу Шерра II рода.

Каждый модуль может находиться в одном из состояний: рабочее – “1”, нерабочее – “0”.

Состояния системы:

S0 — все ЭВМ рабочие;

S1 — одна из ЭВМ 2, ЭВМ 3 не работает, а ЭВМ 1 работает;

S2 — ЭВМ 2, ЭВМ 3 не работают, ЭВМ 1 работает;

S3 — ЭВМ 2, ЭВМ 3 работают, ЭВМ 1 не работает;

S4 — одна из ЭВМ 2, ЭВМ 3 не работает, а ЭВМ 1 не работает;

S5 — все ЭВМ не работают.

Таблица состояний:

Si	ЭВМ2, ЭВМ3	ЭВМ1	Состояние системы
S0	11	1	1
S1	01v10	1	1
S2	00	1	1
S3	11	0	1
S4	10v01	0	0
S5	00	0	0

Система уравнений:

Граф переходов имеет вид:

Исключим выходящие стрелки из отказных состояний и получим граф переходов для задачи Шерра II рода:

Система уравнений:

Задали и . Решили данные системы уравнений в математическом пакете MathCad:

Полученные вектор-матрицы – решения сформулированных систем уравнений, задающих вероятности состояний вычислительной системы.