Transcript تکامل معماری سیستم های کامپیوتری

1
‫مرور فصل‬
‫‪ ‬ارزیابی و پیش بینی کارایی سیستم های کامپیوتری چیست ؟‬
‫‪ ‬چرا با کاهش هزینه سیستم های کامپیوتری هنوز هم تکنیک های ارزیابی کارایی مورد نیاز‬
‫هستند ؟‬
‫‪ ‬درطراحی و ساخت سیستم های کامپیوتری ‪ 3‬فاکتور مهم وجود دارد ‪:‬‬
‫‪ ‬زمان‬
‫‪ ‬بودجه‬
‫‪ ‬کیفیت‬
‫‪ ‬باید بین این فاکتور ها سبک و سنگین کرد‬
‫‪ ‬هدف این کتاب تشریح متد های گوناگون تحلیل کارایی در حین طراحی و ساخت سیستم های‬
‫کامپیوتری است ‪.‬‬
‫‪2‬‬
‫کلیات‬
‫‪ ‬تکامل معماری سیستم های کامپیوتری‬
‫‪ ‬تکامل سیستم های پایگاه داده‬
‫‪ ‬تکامل سیستم عامل ها‬
‫‪ ‬تکامل شبکه های کامپیوتری‬
‫‪ ‬نیاز به ارزیابی کارایی‬
‫‪ ‬نقش ارزیابی کارایی در مهندس ی کامپیوتر‬
‫‪ ‬مروری بر روش های ارزیابی کارایی‬
‫‪ ‬متریک های کارایی و معیار های ارزیابی‬
‫‪3‬‬
‫تکامل معماری سیستم های کامپیوتری‬
‫‪ ‬اولین کامپیوتر ‪) Electronic Numerical Integrator And Computer( ENIAC :‬‬
‫‪ ‬به سفارش ارتش آمریکا در طول جنگ جهانی دوم در دانشگاه پنسیلوانیا و توسط آقایان ‪John Presper‬‬
‫‪ Eckert‬و ‪ John Mauchly‬طراحی شد‬
‫‪ ‬توسعه آن در سال ‪ 1943‬شروع شد‬
‫‪ ‬در سال ‪ 1946‬به پایان رسید‬
‫‪ ‬تا سال ‪ 1955‬از آن استفاده می شد‬
‫‪ ‬به بزرگی یک اتاق بود‬
‫‪ 30 ‬تن وزن داشت‬
‫‪4‬‬
‫تکامل معماری سیستم های کامپیوتری‬
‫‪ ENIAC ‬قادر بود در هر ثانیه ‪ 5000‬عمل جمع یا ‪ 357‬عمل ضرب یا ‪ 38‬عمل تقسیم انجام دهد‬
‫‪ ‬ایننن کامپیوترهننای اولیننه فاقنند سیسننتم عامننل هننای پی یننده ه پایگنناه داده هننا ه شننب ه هننا و ز ننان هننای‬
‫برنامه نویس ی سطح باال برای ساده سازی کارهایشان بودند‬
‫‪ ‬از معماری ‪ von Neumann‬استفاده می کرد‬
‫‪ ‬در این معماری ه یک کامپیوتر پایه از ‪ 5‬بخش اصلی تش یل شده است ‪:‬‬
‫‪5‬‬
‫تکامل معماری سیستم های کامپیوتری‬
‫‪ ‬واحد کنترل دستور العمل های برنامه را یکی یکی از حافظه واکش ی می کند و آنها راتفسیر می کند‬
‫‪ ‬اگر دستور العمل به داده اضافی نیاز نداشته باشد کنترل مشخص می کنند کنه ‪ ALU‬چنه عملنی را‬
‫با استفاده از کدام رجیستر ها انجام دهد‬
‫‪ ‬اگ ننر بن ننه داده اضن ننافی نین نناز بن ننود واحن نند کنتن ننرل بن ننا اسن ننتفاده از رجیسن ننتر ‪ MAR‬عملونن نند من ننورد نین نناز را از‬
‫حافظه واکش ی کرده و در رجیستر ‪ MDR‬قرار می دهد‬
‫‪ ‬پس از این ه تمام داده های مورد نیاز در جای خود قرار گرفتند‬
‫واحد کنترل به ‪ ALU‬فرمان می دهد که عملیات مورد نظر‬
‫( جمع ه تفریق ه ضرب ه شیفت ه م مل و ‪ ) ...‬را اجرا کند‬
‫‪6‬‬
‫تکامل معماری سیستم های کامپیوتری‬
‫‪ ‬معماری ‪CPU‬‬
‫‪ CPU ‬قلب یک سیستم کامپیوتری است‬
‫‪ CPU ‬از ترکیب واحد کنترل و ‪ ALU‬به وجود می آید‬
‫‪ CPU ‬جریان دستور العمل ها و داده ها در یک سیستم کامپیوتری را کنترل می کند‬
‫‪ CPU ‬هم نین دارای حافظه های کوچک و سریعی مانند رجیسترها و حافظه نهان ( ‪ ) cache‬است‬
‫‪7‬‬
‫تکامل معماری سیستم های کامپیوتری‬
‫‪ ‬معماری ‪CPU‬‬
‫‪ CPU ‬برای اجرای دستورات ‪ 6‬مرحله زیر را به صورت ت راری انجام می دهد‬
‫‪ ‬مثال ‪ :‬دستورالعمل ‪ ADD‬در یک کامپیوتر مبنا‬
‫)‪T2 : MAR  IR(0-11) , I IR(15‬‬
‫]‪T3 : MARM[MAR‬‬
‫]‪T4 : MDR  M[MAR‬‬
‫‪8‬‬
‫))‪T2 : D0,…,D7  Decode (IR(12-14‬‬
‫‪T5 : AC  AC+ MDR, E Cout , SC  0‬‬
‫‪T0 : MAR  PC‬‬
‫‪T1 : IR  M[MAR],‬‬
‫‪PC  PC + 1‬‬
‫تکامل معماری سیستم های کامپیوتری‬
‫‪ ‬معماری دستورالعمل ها‬
‫‪ ‬یکی از مسائل مهم در معماری کامپیوتر ه طراحی دستورات برای پروسسور است‬
‫‪ ‬کامپیوتر های اولیه تعداد کمی دستورات ساده داشتند‬
‫‪ ‬با پیشرفت مدارهای مجتمع و سخت افزار ه تعداد و پی یدگی دستورات بیشتر شد‬
‫‪ CPU ‬ها از نظر معماری دستورالعمل به دودسته کم دستور ( ‪ ) RISK‬و پر دستور ( ‪ ) CISC‬تقسیم می شوند‬
‫‪ ‬کامپیوتر های ‪RISK‬‬
‫‪‬‬
‫ً‬
‫دستورات نسبتا کمی دارند‬
‫‪‬‬
‫ً‬
‫حالت های آدرس دهی نسبتا کمی دارند‬
‫‪‬‬
‫طول دستورات ثابت است ( رمز گشایی ساده تر )‬
‫‪ ‬کامپیوتر های ‪CISK‬‬
‫‪9‬‬
‫‪‬‬
‫تعداد زیادی دستور دارند‬
‫‪‬‬
‫طول دستورات متغیر است‬
‫‪‬‬
‫گونه های زیادی حالت آدرس دهی دارند‬
‫تکامل معماری سیستم های کامپیوتری‬
‫‪ ‬معماری دستورالعمل ها‬
‫‪ ‬حالت های آدرس دهی‬
‫‪ ‬روش ی که عملوند دستور از حافظه انتخاب و به ‪ CPU‬آورده می شود تابع حالت آدرس دهی دستور است‬
‫‪ ‬بننه برنامننه نننویس ایننن امکننان را مننی دهنند کننه برنامننه خننود را از نظننر تعننداد دسننتورات و زمننان اج نرای آن بننا راننندمان هتننری‬
‫بنویسد‬
‫‪ ‬آدرس دهی بالفصل‬
‫‪ ‬آدرس دهی مستقیم‬
‫‪ ‬آدرس دهی شاخص‬
‫‪ ‬آدرس دهی با ثبات پایه‬
‫‪ ‬آدرس دهی غیر مستقیم‬
‫‪ ‬آدرس دهی دو‪-‬عملوندی‬
‫‪10‬‬
‫تکامل معماری سیستم های کامپیوتری‬
‫‪ ‬معماری ورودی‪/‬خروجی‬
‫‪ ‬معمناری هنای ‪ I/O‬بنه وسننیله سیسنتم هنای کننامپیوتری بنرای انتقنال اطالعنات بننه و ینا از حافظنه اصننلی‬
‫کامپیوتر استفاده می شود‬
‫‪ ‬م نندار ه ننای واس ننط تس ننهیالت الزم بن نرای ارتب ننا ب ننین دس ننتگاه ه ننای ورودی – خروج ننی و حافظ ننه اص ننلی‬
‫کامپیوتر به منظور نزدیک کردن تفاوت های اصولی این دستگاه ها و کامپیوتررا فراهم می کند‬
‫‪11‬‬
‫تکامل معماری سیستم های کامپیوتری‬
‫‪ ‬رسانه ذخیره سازی ثانویه و معماری سلسله مراتبی حافظه ها‬
‫‪ ‬روند روز افزون رشد داده ها ه وجود انواع وسایل ذخیره سازی با حجم های متفاوت را می طلبد‬
‫‪ ‬حافظنه هننا را مننی تننوان بننر اسناس نزدیکننی بننه ‪ CPU‬و سننرعت دسننتیاهی بننه صنورت سلسننله مراتننب زیننر طبقننه بننندی‬
‫کرد‬
‫‪12‬‬
‫تکامل معماری سیستم های کامپیوتری‬
‫‪ ‬معماری شب ه‬
‫‪ ‬بننه خنناطر نینناز برنامننه هننای کننار ردی و سننازمان هننا بنرای بننه اشننتراا گننااری اطالعننات و توزیننع پننردازش هننا بننه وج نود‬
‫آمدند‬
‫‪ ‬پی ننره بننندی هننای مختلف ننی ب نرای شننب ه ه ننای کننامپیوتری بننر اس نناس درجننه همزمننانی و کنت ننرل مننورد نینناز و هم ن ننین‬
‫نحوه توزیع فیزیکی کامپیوتر ها وجود دارد که در فصل ‪ 2‬بررس ی خواهد شد‬
‫‪13‬‬
‫تکامل معماری سیستم های کامپیوتری‬
‫‪ ‬معماری کامپیوتر‬
‫‪ ‬چگونگی اتصال قطعات سخت افزاری به هم و حا لت انتقال داده و چگونگی پردازش را نشان می دهد‬
‫‪ ‬پی ره بندی های مختلفی برای معماری به منظور تسریع انتقال داده و افزایش پردازش داده ها توسعه داده شده است‬
‫‪14‬‬
‫کلیات‬
‫‪ ‬تکامل معماری سیستم های کامپیوتری‬
‫‪ ‬تکامل سیستم های پایگاه داده‬
‫‪ ‬تکامل سیستم عامل ها‬
‫‪ ‬تکامل شبکه های کامپیوتری‬
‫‪ ‬نیاز به ارزیابی کارایی‬
‫‪ ‬نقش ارزیابی کارایی در مهندس ی کامپیوتر‬
‫‪ ‬مروری بر روش های ارزیابی کارایی‬
‫‪ ‬متریک های کارایی و معیار های ارزیابی‬
‫‪15‬‬
‫تکامل سیستم های پایگاه داده‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫مورد استفاده در تحلیل کارایی سیستم های کامپیوتری‬
‫ایجاد ‪(DBMS‬سیستم عامل های چند کار رههدسترس ی همزمان)‬
‫تبدیل فایلها از حالت غیرساختیافته به ساختیافته(رکوردها)‬
‫تولید اولین مدل سیستم مدیریت بانک اطالعاتی مدل شب ه ای‬
‫مدل های سلسله مراتبیهرابطه ایهش ی گرا‬
‫اواخر دهه ‪ 1990‬مدل ش ی‪-‬رابطه(ترکیب ش ی گراو رابطه ای)‬
17
‫تکامل سیستم های پایگاه داده‬
‫پردازش فایل به صورت فایلینگ (کالسیک)‬
‫•‬
‫سیستم های فایلینگ حاوی فایل های ی نواختی هستند که هر فایل ی نواخت‬
‫شامل آرایه های دو بعدی از اقالم اطالعاتی است‪.‬‬
‫• در این نوع پردازش؛داده ها از یک برنامه به برنامه دیگر وارد‬
‫می شوند ‪ .‬اصوال فایل های داده به منظور تامین یک سری نیازهای خاص‬
‫پردازش ی ایجاد می شوند‪.‬‬
‫• در این حالت هر برنامه یا سیستم کار ردی حاوی داده هایی است که‬
‫هدف آن رفع نیازهای یک واحد خاص یا یک گروه خاص ی از کار ران می باشد‪.‬‬
‫‪18‬‬
‫گزارشات‬
‫برنامه کاربردی‬
‫مشتری‬
‫فایل مشتری‬
‫پرسش‬
‫گزارشات‬
‫برنامه کاربردی‬
‫فروشنده‬
‫فایل فروشنده‬
‫پرسش‬
‫گزارشات‬
‫برنامه کاربردی‬
‫قطعات‬
‫فایل قطعات‬
‫پرسش‬
‫‪19‬‬
‫محیط پردازش فایل به صورت فایلینگ (کالسیک)‬
‫تکامل سیستم های پایگاه داده‬
‫مدیریت پایگاه داده ها‪:‬‬
‫در محیط پایگاه داده ها‪:‬‬
‫‪ ‬کانون توجه؛داده ها است ونه شیوه های پردازش آنها‬
‫‪ ‬داده ها به عنوان یک منبع مشترا مورد استفاده کار ران مختلف قرارمی گیرد‪.‬‬
‫‪ ‬هر برنامه بجای آن ه مستقیما با داده ها در ارتبا باشد با سیستم مدیریت پایگاه داده ها (‪ ) DBMS‬در‬
‫ارتبا است‬
‫مسئول تنظیم و برقراری دسترس ی به تمام داده های موجود درسیستم است‬
‫‪ِ :)DBMS( ‬‬
‫‪20‬‬
‫گزارشات‬
‫برنامه کاربردی‬
‫حقوق ودستمزد‬
‫گزارشات‬
‫برنامه کاربردی‬
‫حضور و غیاب‬
‫گزارشات‬
‫برنامه کاربردی‬
‫فروش‬
‫گزارشات‬
‫برنامه کاربردی‬
‫انبار‬
‫داده های‪:‬‬
‫سیستم مدیریت‬
‫پایگاه داده ها‬
‫(‪)DBMS‬‬
‫حقوق ودستمزد•‬
‫حضور و غیاب •‬
‫فروش•‬
‫انبار •‬
‫نگرش پایگاه داده ها در مدیریت داده ها‬
‫‪21‬‬
‫تکامل سیستم های پایگاه داده‬
‫مزایای سیستم مدیریت پایگاه داده ها‪)DBMS(:‬‬
‫‪.1‬‬
‫‪.2‬‬
‫‪.3‬‬
‫‪.4‬‬
‫‪.5‬‬
‫‪22‬‬
‫جامعیت داده ها‬
‫دسترس ی سریع به داده ها‬
‫افزایش کنترل داده ها‬
‫سهولت استفاده از برنامه کار ردی و مدیریت آن‬
‫امنیت مناسب داده ها‬
‫تکامل سیستم های پایگاه داده‬
‫مدل سلسله مراتبی داده ها‬
‫فروش‬
‫‪ ‬بشکل درختی وارونه؛‬
‫متشکل از گره ها‬
‫‪ ‬رابطه پدر فرزندی؛‬
‫باالدست‪/‬زیردست‬
‫‪ ‬قابلیت نمایش تمام رابطه‬
‫ها بجز رابطه‬
‫چند به چند‬
‫‪23‬‬
‫منطقه‬
‫غربی‬
‫اجاق‬
‫گاز‬
‫منطقه‬
‫شرقی‬
‫فریزر یخچال یخچال فریزر‬
‫اجاق‬
‫گاز‬
‫تکامل سیستم های پایگاه داده‬
‫مدل شب ه ای‬
‫فروشنده‬
‫مشتری‬
‫‪ ‬این مدل جهت پویا سازی روابط بین‬
‫داده ها‬
‫‪ ‬مرتفع نمودن محدودیت مدل سلسله‬
‫مراتبی‬
‫‪ ‬حمایت از رابطه چند به چند‬
‫‪ ‬کسب حداقل افزونگی‬
‫مشخصات‬
‫عرضه کننده‬
‫انبار‬
‫‪24‬‬
‫سفارش‬
‫قیمت‬
‫کاال‬
‫شماره سریال‬
‫تکامل سیستم های پایگاه داده‬
‫مدل رابطه ای‬
‫مولفه‬
‫شماره‬
‫دانشجو‬
‫رشته‬
‫نام نام‬
‫خانوادگی تحصیلی‬
‫سال تعداد‬
‫ورود واحدها‬
‫‪ ‬ازمتداولترین وسهل ترین‬
‫شیوه های سازماندهی داده‬
‫ها‬
‫‪ ‬انعطاف الزم درتعریف و‬
‫تغییر داده ها‬
‫‪ ‬ازسوی کار ران براحتی قابل‬
‫درا‬
‫‪25‬‬
‫معدل‬
‫سطر‬
‫ستون‬
‫سلول‬
‫تکامل سیستم های پایگاه داده‬
‫مدل ش ئ گرا‬
‫‪ ‬ش ئ مرکب در ردارنده اشیا‬
‫دیگری است‪.‬‬
‫‪ ‬هر ش ئ برای نمایش رابطه شمولیت غالبا‬
‫ساختار سلسله مراتبی پیدا می کند‪.‬‬
‫‪ ‬مدل سازی اشیا مرکب به‬
‫ایجاد بانک اطالعات ش ئ گرا می انجامد‬
‫‪ ‬بین مفاهیم برنامه نویس ی ش ئ گرا بانک‬
‫اطالعات رابطه ای تو در تویی حاکم‬
‫است‪.‬‬
‫‪26‬‬
‫کلیات‬
‫‪ ‬تکامل معماری سیستم های کامپیوتری‬
‫‪ ‬تکامل سیستم های پایگاه داده‬
‫‪ ‬تکامل سیستم عامل ها‬
‫‪ ‬تکامل شبکه های کامپیوتری‬
‫‪ ‬نیاز به ارزیابی کارایی‬
‫‪ ‬نقش ارزیابی کارایی در مهندس ی کامپیوتر‬
‫‪ ‬مروری بر روش های ارزیابی کارایی‬
‫‪ ‬متریک های کارایی و معیار های ارزیابی‬
‫‪27‬‬
‫تکامل سیستم های عامل‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫تعامل با قطعات سخت افزاری‬
‫به اشتراا گااری منابع بین برنامه های کار ردی‬
‫پیدایش سیستم های عامل چندبرنامه ای و چند کار ری‬
‫سرویسهای سیتم عامل های جدید‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫مدیریت سخت افزار‬
‫همگام سازی داخل پروسه ای و ارتباطات‬
‫مدیریت فرآیندها‬
‫تخصیص منابع‬
‫مدیریت رسانه های دستیاهی‬
‫مدیریت حافظه و ‪....‬‬
‫تکامل سیستم هاي عامل‬
‫‪-1‬پردازش سريال(‪.)Serial Processing‬‬
‫‪-2‬پردازش دسته ای (‪)Batch Processing‬‬
‫‪-3‬سیستم های چند برنامگي (‪)Multi Programming‬‬
‫‪-4‬سيستم هاي اشتراك زماني(‪)Time Sharing‬‬
‫‪ -5‬سيستم هاي بال درنگ (‪)Real Time‬‬
‫‪-6‬سيستم هاي توزيع شده(‪)Distributed system‬‬
‫‪29‬‬
‫تکامل سیستم هاي عامل‬
‫پردازش سريال(‪.)Serial Processing‬‬
‫ به علت دسترس ی به کامپیوتر به صورت ردیفی این نام را دارند‪.‬‬‫ در سال ‪ 1950-1940‬به وجود آمد‪.‬‬‫ کار ر با سخت افزار در ارتبا بود‪.‬‬‫ سیستم عامل وجود نداشت‪.‬‬‫ دارای یک میز فرمان بود‪.‬‬‫ به ز ان ماشین و به وسیله دستگاه ورودی بار گااری می شد‪.‬‬‫‪ -‬خروجی در چاپگر ظاهر می شد‪.‬‬
‫‪30‬‬
‫سير تکاملي سیستم هاي عامل‬
‫پردازش دسته ای (‪)Batch Processing‬‬
‫خودكارنمودن ترتيب عمليات جهت اجراي برنامه ‪.‬‬‫استفاده از فرامین ‪ JCL‬جهت بارگااري و اجراي برنامه ها و اعالم نيازمندي هاي منابع سيستم‪.‬‬‫ اولین سیتم عامل دسته ای (‪ )1950‬به وسیله ‪General motors‬و برای استفاده ‪ IBM 701‬به وجود آمد‪.‬‬‫ پردازش دسته ای ساده توسط نرم افزار ناظر‪.‬‬‫‪ -‬کار ر دسترس ی مستقیم به ماشین ندارد‪.‬‬
‫‪31‬‬
‫تکامل سیستم هاي عامل‬
‫سیستم های چند برنامه ساده‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪32‬‬
‫حافظه را برای سه یا چهار برنامه تخصیص می داد‪.‬‬
‫موضوع اصلی سیستم عامل های امروزی است‪.‬‬
‫هدفه افزايش هروري پردازنده است‪.‬‬
‫باعث افزایش سرعت کار می شود ‪.‬‬
‫به خصوصیت سخت افزار ت یه دارد‪.‬‬
‫از سيستمهاي تك برنامه اي پيجيده تر است‬
‫نيازمند نوعي مديريت حافظه است‪.‬‬
‫در زماني كه يك كار به ‪ I/O‬نياز دارد پردازنده به كار ديگر اختصاص مي يابد‪.‬‬
‫تکامل سیستم هاي عامل‬
‫سیتم های اشتراا زمانی‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪33‬‬
‫از چند برنامگی برای رسیدن به حالت محاوره ای استفاده می کند‪.‬‬
‫پردازنده بین کار ران به اشتراا گااشته می شود‪.‬‬
‫داشتن کار ران متعددی که از طریق پایانه خود به طور هم زمان از سیستم عامل استفاده می کنند‪.‬‬
‫اگر ‪ N‬کار ر داشته باشد هر كار ر از ‪ 1/N‬زمان مفید پردازنده استفاده می کند‪.‬‬
‫تکامل سیستم هاي عامل‬
‫سيستم هاي بالدرنگ‬
‫‬‫‬‫‬‫‪-‬‬
‫‪-‬‬
‫‪34‬‬
‫يك سيستم بالدرنگ اغلب بعنوان يك دستگاه كنترلي در يك كار رد خاص بكار مي رود‪.‬‬
‫حسگرها داده را به كامپيوتر مي آورند‪.‬‬
‫پاسخ به محرك هاي خارجي در زماني معین تضمین مي شود‪.‬‬
‫سيستم هاي بالدرنگ با سيستم هاي اشتراك زماني تناقض دارند‪.‬‬
‫سيستم هاي بالدرنگ هي گاه از حافظه مجازي استفاده نمی كنند‪.‬‬
‫تکامل سیستم هاي عامل‬
‫سيستم هاي توزيع شده‬
‫توزيع محاسبات بين چند پردازنده‪.‬‬‫‪ -1‬سيستم هاي با اتصال محكم(‪)Tightly Coupled‬‬
‫پردازنده ها از حافظه و پالس ساعت مشترك استفاده مي كنند‪.‬‬
‫‪ -2‬سيستم هاي با اتصال ضعيف(‪)Loosely Coupled‬‬
‫پردازنده ها از حافظه و پالس ساعت مشترك استفاده نمي كنند‪ .‬نياز به يك شبكه كامپيوتري دارد‪.‬‬
‫‪35‬‬
‫کلیات‬
‫‪ ‬تکامل معماری سیستم های کامپیوتری‬
‫‪ ‬تکامل سیستم های پایگاه داده‬
‫‪ ‬تکامل سیستم عامل ها‬
‫‪ ‬تکامل شبکه های کامپیوتری‬
‫‪ ‬نیاز به ارزیابی کارایی‬
‫‪ ‬نقش ارزیابی کارایی در مهندس ی کامپیوتر‬
‫‪ ‬مروری بر روش های ارزیابی کارایی‬
‫‪ ‬متریک های کارایی و معیار های ارزیابی‬
‫‪36‬‬
‫تکامل شبکه های کامپیوتری‬
‫در سال ‪ 1968 -69‬اتحاد جماهير شوروی آن زمان موشكی با نام «اسپونیك» )‪ (Spotnik‬را به فضا‬
‫می فرستد و نشان می دهد دارای قدرتی است كه میتواند شبكه های ارتباطی آمریكا را توسط‬
‫موشكهای بالستیك و دوربرد خود از بين ببرد‪ .‬آمریكاییها در پاسخگویی به این اقدام روسها‪ ,‬درخواست‬
‫خود را به آژانس پروژه های تحقیقاتی ”‪ “ARPA‬واگذار کرد‪ .‬هدف از پروژه‪ ،‬پژوهش و آزمایش برای‬
‫پیدا كردن روش ی بود كه بتوان از طریق خطوط تلفنی‪ ,‬كامپیوترها را به هم مرتبط نمود‪ .‬به طوری كه‬
‫چندین كاربر بتوانند از یك خط ارتباطی مشترك استفاده كنند‪ .‬در اصل شبكهای بسازند كه در آن داده‬
‫ها به صورت اتوماتیك بين مبدا و مقصد حتی در صورت از بين رفتن بخش ی از مسيرهاجابهجا و منتقل‬
‫شوند‪.‬‬
‫تکامل شبکه های کامپیوتری‬
‫‪ARPANET‬‬
‫‪Advanced Research Projects Agency‬‬
‫در اصل هدف ”‪ “ARPA‬ایجاد یك شبكه اینترنتی نبود و فقط یك اقدام احتیاطی در مقابل حمله احتمالی‬
‫موشك های اتمی دور رد بود‪ .‬هر چند اكثر دانش امروزی ما در اره شبكه بهطور مستقیم از طرح آرپانت‬
‫”‪“ARPPA NET‬گرفته شده است ‪.‬شب ه ای که هم ون یک تار عن بوت باشد و هر کامپیوتر آن از‬
‫مسیرهای مختلف بتواند با همتایان خود ارتبا داشته باشد واگر اگر یک یا چند کامپیوتر روی شب ه یا‬
‫پیوند بین انها از کار بیافتاد بقیه باز هم بتوانستند از مسیر های تخریب نشده با هم ارتبا بر قرار کنند‪.‬‬
‫تکامل شبکه های کامپیوتری‬
‫‪ ARPANet ‬در سال ‪ 1969‬چهار کامپیوتر را در کالیفرنیا و یوتا به هم متصل نموده بود‪.‬‬
‫‪ ‬در سال ‪ 1972‬ایمیل به این پروژه افزوده شد‪.‬‬
‫‪ ‬در سال ‪ ARPANET ، 1973‬شبکه ای در انگلیس و نروژ را به متصل نمود‪.‬‬
‫‪ ARPANET ‬به سرعت رشد پیدا نمود‪:‬‬
‫‪ ‬درسال ‪ 213 : 1981‬کامپیوتر‬
‫‪ ‬در سال ‪ 1000 : 1984‬کامپیوتر‬
‫‪ ‬در سال ‪10000 :1987‬کامپیوتر‬
‫تکامل شبکه های کامپیوتری‬
‫‪ 1982 ‬پروژه ‪ ARPANET‬به )‪NSF(the National Science Foundation‬‬
‫واگذار گردید‪.‬‬
‫‪ ‬در سال ‪ TCP/IP ، 1983‬به این پروژه افزوده شد‪.‬‬
‫‪ ‬در اوایل سال ‪ ، 1990‬اینترنت به عنوان ارتباط میان دانشگاهها استفاده گردید‪.‬‬
‫‪ ‬شخص ی به نام باران نظریه های اصلی شبکه اینترنت را تحت مقاله ای مطرح نمود‪.‬‬
‫کلیات‬
‫‪ ‬تکامل معماری سیستم های کامپیوتری‬
‫‪ ‬تکامل سیستم های پایگاه داده‬
‫‪ ‬تکامل سیستم عامل ها‬
‫‪ ‬تکامل شبکه های کامپیوتری‬
‫‪ ‬نیاز به ارزیابی کارایی‬
‫‪ ‬نقش ارزیابی کارایی در مهندس ی کامپیوتر‬
‫‪ ‬مروری بر روش های ارزیابی کارایی‬
‫‪ ‬متریک های کارایی و معیار های ارزیابی‬
‫‪41‬‬
‫نیاز به ارزیابی کارایی‬
‫‪ ‬انتخاب یک معماری کامپیوتر خاص برای یک کار رد ه یک سیسنتم عامنل ه ینک سیسنتم پایگناه داده و ینک شنب ه ‪ LAN‬ینا‬
‫‪ WAN‬که سرویس های هینه ای را برای کار ران فراهم کند نیازمند تحلیل دقیق و دانش است‬
‫‪ ‬اگر یک معماری خاص ه یک سیستم عامل ه یک ‪ DBMS‬و یک شب ه خیلنی خنوب بنرای ینک سیسنتم کنامپیوتری انتخناب‬
‫شوند ولی به صورت صحیح استفاده نشوند و نتوانند با همدیگر کار کنند آنگاه هره وری کاهش خواهد یافت ‪.‬‬
‫ً‬
‫‪ ‬مثال ‪ OS‬می تواند برروی همروندی تأثیر گاار باشد ه استفاده از منابع را هیننه کنند و ینا بنا مسندود کنردن دسترسن ی تبندیل‬
‫به یک گلوگاه شود ( همینطور ‪ DBMS‬و شب ه )‬
‫‪ ‬ب نرای ی ننک ک ننار ر ع ننادی ه م نندیریت من ننابع سیس ننتم عام ننل ه ننا ه پ ننردازش داده ه ننا ه اس ننتخرا داده ه ننا ه ارتباط ننات داده ه ننا ه و‬
‫شب ه های ‪ LAN‬ه سیاهچالی از انواع پروتکل ها ه شماهای دسترس ی ه الگوریتم هنای مسنیر یناهی ه روش هنای سنیم کشن ی‬
‫و غیره است ‪.‬‬
‫‪42‬‬
‫نیاز به ارزیابی کارایی‬
‫‪ ‬بنرای غلبننه بننر ایننن مشن الت ه کننار ر باینند در مننورد مبننانی معمنناری کننامپیوتر ه سیسننتم عامننل هننا ه سیسننتم هننای پایگناه داده و‬
‫ت نولوژی های شب ه های کامپیوتری آموزش ببیند و متریک ها و ابزار هنایی بنرای او فنراهم شنود کنه بنه کمنک آن بتوانند بنه‬
‫میزان کافی از میان روش های گوناگون گار کند و یک سیستم کامپیوتری مطابق با نیازهایش انتخاب کند‬
‫‪ ‬یک سیستم کامپیوتری می تواند خیلی ساده باشد و یا می تواند خیلی پی یده باشد‬
‫‪ ‬خرینداران باینند در منورد نننوع ‪ motherboard‬ه نننوع حافظنه ه وی گننی هننای ال تریکنی ه نحننوه سننیگنال دهنی ه پروتکننل هننای‬
‫انتقننال اطالعننات ه نحننوه مسننیر ینناهی ه توپولننوژی شننب ه و ‪ ...‬تصننمیم گیننری کنننند و ایننن تصننمیم گیننری مسننتلزم ارزینناهی کننارایی‬
‫است تا بتوانند سیستمی که پاسخگوی نیازهایشان است را خریداری کنند‬
‫‪43‬‬
‫کلیات‬
‫‪ ‬تکامل معماری سیستم های کامپیوتری‬
‫‪ ‬تکامل سیستم های پایگاه داده‬
‫‪ ‬تکامل سیستم عامل ها‬
‫‪ ‬تکامل شبکه های کامپیوتری‬
‫‪ ‬نیاز به ارزیابی کارایی‬
‫‪ ‬نقش ارزیابی کارایی در مهندس ی کامپیوتر‬
‫‪ ‬مروری بر روش های ارزیابی کارایی‬
‫‪ ‬متریک های کارایی و معیار های ارزیابی‬
‫‪44‬‬
‫نقش ارزیابی کارایی در مهندس ی کامپیوتر‬
‫‪ ‬امننروزه فعالیننت هننای تحقیننق و توسننعه زیننادی در طراحننی و اسننتفاده از انننواع سیسننتم هننای کننامپیوتری از قبیننل سیس نتم هننای‬
‫متمرکز ه توزیع شده ه موازی و ‪ client/server‬انجام می شود‬
‫ً‬
‫‪ ‬این فعالیت هنا برگرفتنه از ت نولنوژی هنای سنریعا در حنال تغیینر دسنتگاه هنا ه ننرم افنزار هنا و سیسنتم هنا ه نیازمنندی هنای در‬
‫حننال افنزایش کننارایی ه افنزایش پی ینندگی مولفننه هننای پایننه هدسننتگاه هننای جننانبی ه اتصنناالت داخلننی وتقاضننای همیشننگی بنرای‬
‫‪ Reliability‬و ‪ Availability‬و افنزایش اتکنای سننازمان هنا روی اسننتفاده از کنامی یوتر در تمننام جنبنه هننای کسنب و کنار‬
‫است‬
‫‪ ‬بنننا بننر ایننن اگننر هنندف ه فنراهم کننردن سننرویس هننا ی جدینند و هبننود یافتننه روی آن ننه کننه در حننال حاضننر بنرای یننک کننار رد در‬
‫دسترس است ه باشد ه طراحی هینه و‪/‬یا انتخاب یک سیستم کامپیوتری از بیشترین اهمیت برخوردار است‬
‫‪45‬‬
‫نقش ارزیابی کارایی در مهندس ی کامپیوتر‬
‫‪ ‬حال اچگونه این کار را انجام دهیم ؟‬
‫‪ ‬چه ابزار ها و ت نیک هایی برای دستیاهی به این هدف در دسترس هستند ؟‬
‫‪ ‬و ‪....‬‬
‫‪ ‬اینها سواالتی هستند که در این کتاب سعی می شود به آنها پاسخ داده شود‪.‬‬
‫‪ ‬عناوین تحت پوشش شامل‬
‫‪ ‬ت نولوژی های پایه برای سخت افزار ه نرم افزار و شب ه‬
‫‪ ‬تشریح ت نیک های مدلسازی برای مطالعه پی ره بندی های سخت افزار و نرم افزار‬
‫‪ ‬توصیف ابزار های نرم افزاری برای مدل کردن سیستم ها‬
‫‪46‬‬
‫کلیات‬
‫‪ ‬تکامل معماری سیستم های کامپیوتری‬
‫‪ ‬تکامل سیستم های پایگاه داده‬
‫‪ ‬تکامل سیستم عامل ها‬
‫‪ ‬تکامل شبکه های کامپیوتری‬
‫‪ ‬نیاز به ارزیابی کارایی‬
‫‪ ‬نقش ارزیابی کارایی در مهندس ی کامپیوتر‬
‫‪ ‬مروری بر روش های ارزیابی کارایی‬
‫‪ ‬متریک های کارایی و معیار های ارزیابی‬
‫‪47‬‬
‫مروری بر روش های ارزیابی کارایی‬
‫‪ ‬مدل ها ه ابنزاری را بنرای منا فنراهم منی کننند کنه بنه کمنک آن منی تنوانیم ینک سیسنتم ومشن الت آن را مشنخص کنرده و ینک‬
‫نمایش موجز و مفید از آن بسازیم‬
‫‪ ‬مدل ها روش ی را ارائه می دهند که عناصر و مولفه های بحرانی سیستم را معلوم کنیم‬
‫‪ ‬مدل ها ابزاری برای بررس ی طراحی یا ترکیب و ارزیاهی راه حل های ارائه شده فراهم می کنند‬
‫‪ ‬منندل هننا هم نننین مننی توانننند بننه عنننوان پیشننگویی هننایی بنرای پننیش بیبننی و یننک ابنزار کمکننی در برنامننه ریننزی توسننعه هننای بعنندی‬
‫استفاده شوند‬
‫‪ ‬بننه طننور خالصننه ه آنهننا یننک محننیط آزمایشننگاهی فنراهم مننی کنننند کننه بننه وسننیله آن مننی تننوان حتننی سیسننتم هننا را قبننل از این ننه‬
‫وجود داشته باشند مطالعه و تحلیل کرد‬
‫ً‬
‫‪ ‬مدل ها اساسا بر اساس اصول و قوانین تئوری توسعه می یابند‬
‫‪48‬‬
‫مروری بر روش های ارزیابی کارایی‬
‫‪ ‬مدل ها می توانند مدل های فیزیکی ه مجموعه ای از معادالت و روابط ریاض ی و یا به صورت نمایش های گرافیکی باشند‬
‫‪ ‬خوهی یک مدل به اطالعاتی است که در آن قرار می گیردبه این معبی که مدلسازی یک سیستم راحتتر و هتر است اگر ‪:‬‬
‫‪ ‬قوانین فیزیکی در دسترس باشند که بتوان برای توصیف آن از آنها استفاده کرد‬
‫‪ ‬برای فهم هتر آن بتوان از نمایش های گرافیکی استفاده کرد‬
‫‪ ‬ورودی ها ه عناصر و خروجی ها قابل مدیریت باشند‬
‫‪ ‬چگونه بفهمیم که آیا یک مدل ‪ ( faithful‬معتبر و صحیح ) ساخته شده است ؟‬
‫‪ ‬یکی این ه یک بینش نسبت به جنبه های بحرانی یک سیستم فراهم می کند و نه همه مولفه های آن‬
‫‪ ‬چگونه بفهمیم که یک مدل در واقع انتزاعی از یک سیستم دنیای واقعی تحت بررس ی است ؟‬
‫‪49‬‬
‫مروری بر روش های ارزیابی کارایی‬
‫‪ ‬چگونه یک مدلساز می تواند عناصر مهم را انتخاب کند؟‬
‫‪ ‬چگونه این عناصر تعریف و مشخص می شوند ؟‬
‫‪ ‬تعامالت درونی این عناصر هتعامالت آنها با دیگر عناصر و دنیای خار چگونه است ؟‬
‫‪50‬‬
‫مروری بر روش های ارزیابی کارایی‬
‫‪ ‬مدل ها ( ‪) Models‬‬
‫‪ ‬مدل یک انتزاع از یک سیستم است‬
‫‪ ‬واقع بیبی مدل مبتبی بر سطح انتزاع اعمال شده است‬
‫ً‬
‫‪ ‬سیستم قسمتی از جهان واقعی است که می خواهیم آن را مدل کنیم ( مثال یک ‪ car wash‬یا ‪) ATM‬‬
‫‪51‬‬
‫مروری بر روش های ارزیابی کارایی‬
‫‪ ‬در شکل زیر سیستمی در نظر گرفته شده که به صورت یک گروه ی پارچه از اشیا است که با هم متحدشنده انند تنا دسنته‬
‫ای از عملیننات یننا فرایننند هننا را شننکل دهننند ه ایننن بننه ایننن معبننی اسننت کننه یننک منندل یننک انتنزاع از سیسننتم اسننت کننه آیننتم هنای‬
‫مهم و تعامالت آنها را استخرا می کند‬
‫‪ ‬نتیجننه این ننه یننک منندل یننک دینندگاه مدلسنناز از سیسننتم اسننت ایننن دینندگاه مشننخص مننی کننند چننه چیننزی مهننم اسننت ه هنندف ه‬
‫جزئیات ه مرز ها و غیره چه هستند‬
‫‪52‬‬
‫مروری بر روش های ارزیابی کارایی‬
‫‪ ‬ساخت مدل‬
‫‪ ‬مننا بننه عنننوان مدلسنناز بنرای سنناخت یننک منندل باینند از یننک متنندولوژی بنرای بننه دسننت آوردن نمننایش صننحیح اسننتفاده‬
‫کنیم‬
‫ً‬
‫‪ ‬ایننن متنندولوژی اساسننا شننامل یننک تجزیننه بنناال بننه پننایین اسننته وابسننته بننه هنندف اسننت و بننر مبنننای ایننن هنندف مرزهننای‬
‫سیستم مشخص می شود و جزئیات مدل توسعه می یابد‪.‬‬
‫‪ ‬متدولوژی برای توسعه سیستم از روند زیر پیروی می کند ‪:‬‬
‫‪ )1‬تعریف مسئله ی مورد مطالعه ونیز معیاری برای تحلیل‬
‫‪ )2‬تعریف یا اصالح مدل سیستم ( شامل توسعه انتزاعی از سیستم به صورت ریاض ی ه منطقی یا رویه ای )‬
‫‪ )3‬جمع آوری داده ها برای مدل ( تعریف جهان خار و آن ه که باید مدل بدهد یا بگینرد بنرای شنبیه سنازی آن جهنان‬
‫)‬
‫‪53‬‬
‫مروری بر روش های ارزیابی کارایی‬
‫‪ ‬ساخت مدل‬
‫‪ )4‬انتخاب ابزار مدل سازی مناسب و آماده سازی و ت میل مدل برای پیاده سازی توسط ابزار‬
‫‪ )5‬اثبات این ه پیاده سازی انجام شده توسط ابزار انعکاس دقیقی از مدل است‬
‫‪ )6‬اعتبننار سنننکی این ننه آیننا پینناده سننازی انجننام شننده بننه وسننیله اب نزار دارای دقننت مطلننوب یننا انطبنناق بننا سیسننتم دنیننای‬
‫واقعی است‬
‫‪ )7‬انجام آزمایش های مورد نظر با مدل برای به دست آوردن حد و حدود کارایی‬
‫‪ )8‬تحلیل نتایج به دست آمده توسط ابزار‬
‫‪ )9‬استفاده از این یافته ها برای استنتا یک طرح و هبود سیستم واقعی‬
‫‪54‬‬
‫مروری بر روش های ارزیابی کارایی‬
‫‪ ‬ابزار های مدل سازی‬
‫‪ ‬ابزار مدل سازی تحلیلی ( ‪) Analytical modeling tools‬‬
‫‪ ‬ابزار مدل سازی شبیه سازی ( ‪) Simulation modeling tools‬‬
‫‪Testbeds as modeling tools ‬‬
‫‪‬‬
‫‪55‬‬
‫تحلیل های عملیاتی به عنوان ابزار مدل سازی (‪) Operational analysis as a modeling tool‬‬
‫مروری بر روش های ارزیابی کارایی‬
‫‪ ‬ابزارهای مدلسازی تحلیلی‬
‫‪ ‬جمع آوری وی گی های برجسته(نمایش سیستم با ‪)queuing delays, service times, arrival times‬‬
‫‪ ‬فرضیات و تحلیل های واقع بینانه‬
‫‪ ‬دردسترس بودن الگوریتم های حل معادالت صف بندی‬
‫‪ ‬شبیه سازی‬
‫‪ ‬استفاده در سیستم های تجاریهاقتصادی‬
‫‪ ‬آماده کردن مدل های مر وطه و س س قرادادن عمل های گوناگون در آن‬
‫‪ ‬انواع شبیه سازی‪:‬متوالی –گسسته –صف بندی‪ -‬ترکیبی‬
‫‪ ‬بسترآزمایش(‪)Testbed‬‬
‫‪‬‬
‫متمرکز شدن بر روی زیر مجموعه ای از کل سیستم‬
‫‪Operational analysis ‬‬
‫‪ ‬نام دیگر‪ :‬مدل تجرهی – سهولت در انتزاع سازی سیستم مشکل در استخرا داده‬
‫‪ ‬ترکیب با مدل های دیگر‬
‫کلیات‬
‫‪ ‬تکامل معماری سیستم های کامپیوتری‬
‫‪ ‬تکامل سیستم های پایگاه داده‬
‫‪ ‬تکامل سیستم عامل ها‬
‫‪ ‬تکامل شبکه های کامپیوتری‬
‫‪ ‬نیاز به ارزیابی کارایی‬
‫‪ ‬نقش ارزیابی کارایی در مهندس ی کامپیوتر‬
‫‪ ‬مروری بر روش های ارزیابی کارایی‬
‫‪ ‬متریک های کارایی و معیار های ارزیابی‬
‫‪57‬‬
‫متریک های کارایی و معیار های ارزیابی‬
‫ در انتخ نناب ی ننک معم نناری سیس ننتم ک ننامپیوتری و ن ننرم اف نزار ه ننای مر وط ننه ب ننه متری ننک ه ننای ارزی نناهی ک ننارایی نی نناز اس نت در‬
‫لیست زیر چند مورد از مهمترین متریک های کارایی را مشاهده می کنید‬
Multiple processors
Distributed file server
Redundant disk drives
Word processing
Spreadsheet analysis
Electronic mail
Remote job entry
Real-time control
Interactive log on and execution or results
Physical installation layouts
Maximum node count and types
Reliability considerations
Network management
Factory automation
….
58
‫متریک های کارایی و معیار های ارزیابی‬
‫‪ ‬در انتخ نناب ی ننک معم نناری سیس ننتم ک ننامپیوتری و ن ننرم اف نزار ه ننای مر وط ننه ب ننه متری ننک ه ننای ارزی نناهی ک ننارایی نی نناز اس نت در‬
‫لیست زیر چند مورد از مهمترین متریک های کارایی را مشاهده می کنید‬
‫‪…..‬‬
‫‪Computer types‬‬
‫‪Video, audio, or both‬‬
‫‪Interconnection to existing MANs or WANs‬‬
‫‪Resource sharing‬‬
‫‪Distributed computing‬‬
‫‪Very large database‬‬
‫‪59‬‬