Расчет эффективности параллельных вычислений

Число процессоров

Доля последовательных вычислений %

 

50

25

10

5

2

 

Ускорение работы программы

2

1.33

1.60

1.82

1.90

1.96

4

1.60

2.28

3.07

3.48

3.77

8

1.78

2.91

4.71

5.93

7.02

16

1.88

3.36

6.40

9.14

12.31

32

1.94

3.66

7.80

12.55

19.75

512

1.99

3.97

9.83

19.28

45.63

2048

2.00

3.99

9.96

19.82

48.83

Из таблицы 1 хорошо видно, что если, например, доля последовательного кода составляет 2%, то более чем 50-кратное ускорение в принципе получить невозможно. С другой стороны, по-видимому, нецелесообразно запускать такую программу на 2048 процессорах с тем, чтобы получить 49-кратное ускорение. Тем не менее, такая задача достаточно эффективно будет выполняться на 16 процессорах, а в некоторых случаях потеря 37% производительности при выполнении задачи на 32 процессорах может быть вполне приемлемой. В некотором смысле, закон Амдала устанавливает предельное число процессоров, на котором программа будет выполняться с приемлемой эффективностью в зависимости от доли непараллельного кода. Эта формула не учитывает накладные расходы на обмены между процессорами, поэтому в реальной жизни ситуация может быть еще хуже.

Не следует забывать, что распараллеливание программы - это лишь одно из средств ускорения ее работы. Не меньший эффект, а иногда и больший, может дать оптимизация однопроцессорной программы. Чрезвычайную актуальность эта проблема приобрела в последнее время из-за большого разрыва в скорости работы кэш-памяти и основной памяти.

Если 9/10 программы исполняется параллельно, а 1/10 по-прежнему последовательно, то ускорения более, чем в 10 раз получить в принципе невозможно вне зависимости от качества реализации параллельной части кода и числа используемых процессоров (ясно, что 10 получается только в том случае, когда время исполнения параллельной части равно 0).

А какую же часть кода надо ускорить (а значит и предварительно исследовать), чтобы получить заданное ускорение? Ответ можно найти в следствии из закона Амдала: для того чтобы ускорить выполнение программы в q раз необходимо ускорить не менее, чем в q раз не менее, чем (1-1/q)-ю часть программы. Следовательно, если есть желание ускорить программу в 100 раз по сравнению с ее последовательным вариантом, то необходимо получить не меньшее ускорение не менее, чем на 99.99% кода, что почти всегда составляет значительную часть программы!

Отсюда первый вывод - прежде, чем основательно переделывать код для перехода на параллельный компьютер (а любой суперкомпьютер, в частности, является таковым) надо основательно подумать. Если оценив заложенный в программе алгоритм вы поняли, что доля последовательных операций велика, то на значительное ускорение рассчитывать явно не приходится и нужно думать о замене отдельных компонент алгоритма.

В ряде случаев последовательный характер алгоритма изменить не так сложно. Пусть, что в программе есть следующий фрагмент для вычисления суммы n чисел:

s = 0

Do i = 1, n

s = s + a(i)

EndDo

(можно тоже самое на любом другом языке) [1].

По своей природе он строго последователен, так как на i-й итерации цикла требуется результат с (i-1)-й и все итерации выполняются одна за одной. Получается 100% последовательных операций, а значит и никакого эффекта от использования параллельных компьютеров. Вместе с тем, выход очевиден. Поскольку в большинстве реальных программ (вопрос: а почему в большинстве, а не во всех?) нет существенной разницы, в каком порядке складывать числа, выберем иную схему сложения. Сначала найдем сумму пар соседних элементов: a(1)+a(2), a(3)+a(4), a(5)+a(6) и т.д. При такой схеме все пары можно складывать одновременно! На следующих шагах будем действовать абсолютно аналогично, получив вариант параллельного алгоритма.

Казалось бы в данном случае все проблемы удалось разрешить. Но представьте, что доступные вам процессоры разнородны по своей производительности. Значит будет такой момент, когда кто-то из них еще трудится, а кто-то уже все сделал и бесполезно простаивает в ожидании. Если разброс в производительности компьютеров большой, то и эффективность всей системы при равномерной загрузке процессоров будет крайне низкой.

Но что если все процессоры одинаковы? Проблемы кончились? Опять нет! Процессоры выполнили свою работу, но результат-то надо передать другому для продолжения процесса суммирования... а на передачу уходит время... и в это время процессоры опять простаивают...

Словом, заставить параллельную вычислительную систему или супер-ЭВМ работать с максимальной эффективность на конкретной программе это, прямо скажем, задача не из простых, поскольку необходимо тщательное согласование структуры программ и алгоритмов с особенностями архитектуры параллельных вычислительных систем.

Верно ли утверждение: чем мощнее компьютер, тем быстрее на нем можно решить данную задачу?

Заключительный ответ. Нет, это не верно. Это можно пояснить простым бытовым примером. Если один землекоп выкопает яму 1м*1м*1м за 1 час, то два таких же землекопа это сделают за 30 мин - в это можно поверить. А за сколько времени эту работу сделают 60 землекопов? За 1 минуту? Конечно же нет! Начиная с некоторого момента они будут просто мешаться друг другу, не ускоряя, а замедляя процесс. Так же и в компьютерах: если задача слишком мала, то мы будем дольше заниматься распределением работы, синхронизацией процессов, сборкой результатов и т.п., чем непосредственно полезной работой [1].

Коэффициент f лежит в пределах от нуля до единицы, причем f=0 соответствует полностью параллельному выполнению задач, f=1 - полностью последовательному.

Однако оценить f по ЯПФ графа достаточно сложно, так как часть задач может выполняться «частично» параллельно, т.е. использовать ресурсы двух или более, но не всех вычислительных модулей. Поэтому значение f можно определить только по результатам реального выполнения программы, которые в свою очередь зависят от результатов планирования.

Для получения приближенной оценки f будем исходить из того, что нам известен предельный коэффициент ускорения (выражение 2), который может быть достижим при числе ВМ, равным ширине графа. Преобразуем (3) в выражение:

f ? ( p - S)/(Sp - S) (4)

и подставим в качестве p - число ВМ, равное ширине графа задач, а в качестве S - значение Ку пред из выражения (2).

Теперь, пользуясь оценкой f из (4) на основании закона Амдала (3) можем получить зависимость Ку(p) предельного коэффициента ускорения от любого числа ВМ, не превосходящего ширины графа задач.

Исходя из вышесказанного, несложно рассчитать Ку пред и Ку(p). Последнюю зависимость необходимо изобразить в виде таблицы для числа вычислительных модулей p в диапазоне от одного до ширины графа.

Многообразие методов планирования ПВП порождает необходимость выбора одного из них для конкретных условий параллельной обработки информации.

Принятие решения о выборе того или иного метода планирования должно быть основано на эффективности его применения. Для оценивания эффективности необходим показатель качества планирования ПВП. Таким показателем может быть коэффициент ускорения, представляющий собой отношение длины расписания при обработке задач одним ВМ к длине расписания, полученного при распараллеливании вычислительного процесса.

Коэффициент ускорения, достигаемый при планировании ПВП различными методами, зависит от многих факторов. В частности, во многом он определяется количеством распределяемых задач, числом ВМ в ИВК, информационными связями между задачами и др.

Оценить коэффициент ускорения для каждого отдельного метода планирования можно лишь на основе статистических данных. Для этого необходимо моделирование процесса планирования для случайных параметров ПВП (длительности задач, взаимосвязями между ними и пр.). Путем многократного испытания ("прогона") такой модели планирования на различных исходных данных, формируемых случайным образом, можно получить статистические оценки эффективности применения того или иного метода планирования ПВП.

Так как коэффициент ускорения зависит от числа ВМ в ИВК, для оценивания эффективности целесообразно использовать удельный коэффициент ускорения, равный отношению абсолютного коэффициента ускорения к числу ВМ. Таким образом, удельный коэффициент будет находиться в интервале от 1/m до 1, где m - число ВМ в ИВК.

Связность графа задач представляет собой отношение числа дуг в графе к числу дуг в полносвязном графе, т.е. графе с максимально возможным числом дуг. Очевидно, что нулевая связность соответствует независимым задачам, а единичная (максимальная) - возможности обрабатывать задачи только последовательно.

Удельный коэффициент ускорения полученный для каждой функции расчета приоритетов (ФРП) задач оценивается следующими статистическими показателями:

частотой выборки - отношением числа испытаний, в которых ФРП обеспечила наибольший по сравнению с другими коэффициент ускорения, к общему числу испытаний;

математическим ожиданием (средним арифметическим) удельного коэффициента ускорения;

дисперсией коэффициента ускорения.

2.2 Алгоритм статистических испытаний методики оценивания коэффициента ускорения

Перед разработкой программного комплекса необходимо построить алгоритм (рисунок 4).

Блок 1

Блок 2

Блок 3

Блок 4

Блок 5

Блок 6

Блок 7

Блок 8

Блок 9

Блок 10

Блок 11

Рисунок 4 Алгоритм статических испытаний методики

Блок 1

Начало программы.

Блок 2

Ввод исходных данных статистических испытаний.

n - количество задач;

m - число вычислительных модулей (процессоров);

ks - коэффициент связности графа;

з - число итераций статистических испытаний

Блок 3

Установка счетчика циклов в начальное (единичное) состояние.

Блок 4

Генерация графа задач. С использованием датчика случайных чисел формируется матрица смежности задач и генерируются веса (длительности) задач.

Блок 5

На этом этапе происходит расчёт теоретического коэффициента ускорения S1 по методике, описанной выше.

Блок 6

Расчет реального коэффициента ускорения S2 с использованием приближённых методов планирования. В данной работе используется списковый метод планирования параллельных вычислений.

Каждая распределяемая задача наделяется приоритетом, обеспечивающим определенную очередность ее назначения на вычислительный модуль при готовности этой задачи к назначению. Готовой к назначению считается задача, все предшественники которой уже закончили свое выполнение. Приоритеты задач рассчитываются с помощью функций приоритетов, каждая из которых реализует определенную стратегию выбора приоритета задач.

Функции приоритетов, используемые в данной работе:

GTM - высший приоритет присваивается задаче, имеющей наибольшую длительность выполнения;

LTM - высший приоритет присваивается задаче, имеющей наименьшую длительность выполнения;

CM1 - высший приоритет присваивается задаче, имеющей наибольшее число непосредственных преемников. Непосредственными приемниками задачи называют задачи-преемники, лежащих на ярусе ярусно-параллельной формы графа, следующем непосредственно за ярусом, на котором лежит эта задача - предшественник (источник);

CMP - высший приоритет присваивается задаче, имеющей наибольшее полное число преемников;

CTM1 - высший приоритет присваивается задаче, имеющей наибольшую суммарную длительность непосредственных преемников;

CTMP - высший приоритет присваивается задаче, имеющей наибольшую суммарную длительность всех преемников;

FIFO - высший приоритет присваивается задаче, имеющей наименьшее время раннего начала выполнения (готовой к назначению на ВМ раньше других);

LIFO - высший приоритет присваивается задаче, имеющей наименьшее время позднего окончания выполнения (той, которая должна закончить свое выполнение раньше других, чтобы длина критического пути не увеличилась);

TRM - высший приоритет присваивается задаче, имеющей наименьший резерв времени назначения. Резерв времени определяется как разность между моментами времени позднего и раннего начала (окончания) выполнения задачи;

NORD - приоритет задаче присваивается случайным образом с использованием датчика случайных чисел.

Алгоритм расчёта реального коэффициента ускорения представлен на рисунке 5.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 5 Алгоритм расчёта реального коэффициента ускорения.

Блок 7

Расчёт показателя качества методики оценивания предельного ускорения параллельных вычислений. Так как этот показатель является случайной величиной, определяемой в результате статистических испытаний, его можно оценить математическим ожиданием (гср) и дисперсией D(г):

D(г) =

Блок 8

Увеличение счетчика циклов на единицу для повторения цикла.

Блок 9

Проверка условия достижения конца испытаний: при i < з начинается повтор цикла, иначе - переход к блоку 10.

Блок 10

Вывод результатов испытаний.

Блок 11

Конец программы.

2.3 Характеристика среды разработки Visual Fox 6.0 Pro

Система Microsoft Visual FoxPro 6.0 содержит все необходимые средства для создания и управления высокопроизводительными 32-х разрядными приложениями и компонентами баз данных. Надежные инструментальные средства и объектно-ориентированный язык, специализированный для работы с данными, идеально подходят для создания современных масштабируемых многоуровневых приложений, интегрируемых в архитектуру клиент/сервер и интернет.

Преимущества:

систему Visual FoxPro теперь просто использовать и изучать, благодаря новым функциональным возможностям и простым средствам создания компонентов для многократного использования в приложениях;

возможность создания с помощью системы Visual FoxPro масштабируемых компонентов, интегрируемых в архитектуру клиент/сервер, а также в среду сетей интернет и интранет;

усовершенствования среды разработчика и набора инструментальных средств обеспечивают для разработчика на Visual FoxPro небывалую гибкость настройки и производительность.

Возможности.

Поддержка технологии Foundation Classes предоставляет в распоряжение разработчика готовые библиотеки классов для многократного использования, что позволяет легко включать в приложения такие стандартные функции, как обработка данных, обнаружение конфликтов обновления, а также поиск и выборку данных.

Автоматизация создания приложений.

Мастер приложений и средство создания приложений Application Builder предоставляют простую в использовании объектно-ориентированную структуру для создания приложений.

Инструмент для отладки Coverage Profiler.

Усовершенствование процесса тестирования и отладки с использованием инструмента Coverage Profiler. Coverage Profiler проверяет выполняемые в текущий момент строки программного кода и определяет время выполнения каждой строки.

Библиотека компонентов Component Gallery.

Применение библиотеки компонентов Component Gallery для создания и организации каталогов многократного используемых объектов. Функциональные возможности приложений расширяются простым перетаскиванием объектов из библиотеки Component Gallery в проект.

Поддержка системы Microsoft Transaction Server.

Использование системы Microsoft Transaction Server для автоматического управления, размещения и масштабирования компонентов COM системы Visual FoxPro.

Документы Active Documents.

Возможность создания документов Active Documents, запускающих приложения Visual FoxPro в обозревателе.

Технология перетаскивания OLE.

Использование технологии перетаскивания OLE для разделения данных между системой Visual FoxPro и другими приложениями, такими как Word, Excel, Explorer и т.д.

Соответствие требованиям 2004 года.

Новый строгий формат записи дат исключает неоднозначность их интерпретации и обеспечивает соответствие требованиям 20004 г. для приложений на базе Visual FoxPro.

Автоматизация.

В составе системы имеется более 20 программ-мастеров для автоматизации стандартных и сложных задач.

Элементы управления ActiveX.

Для расширения возможностей приложений Visual FoxPro имеется более 6000 элементов управления ActiveX, разработанных независимыми компаниями.

Усовершенствованная поддержка COM.

Возможность создания пользовательских компонентов COM, выполняемых локально или на удаленном компьютере через DCOM. Для компонентов имеются усовершенствованные библиотеки типов, что улучшает интеграцию с другими приложениями и инструментальными средствами.

Поддержка Web.

Возможность создания приложений Web с использованием сервера Internet Information Server и компонентов COM системы Visual FoxPro.

Совместимость с предыдущими версиями.

Экранные формы и отчеты системы FoxPro 2.x конвертируются автоматически при открытии. Приложения Visual FoxPro 6.0 выполняются без всяких изменений, не требуя дополнительной компиляции.

Низкие Требования к оборудованию.

Процессор 486DX/66 МГц или более мощный, рекомендуется процессор Pentium или более мощный.

Память.

16 МБ памяти для Windows 95 или более поздней версии (рекомендуется 32 МБ);

24 МБ для Windows NT 4.0 (рекомендуется 32 МБ).

Жесткий диск.

Типовая установка: 85 МБ.

Полная установка: 90 МБ.

Операционная система.

Microsoft Windows 95 или более поздняя версия;

Microsoft Windows NT 4.0 с сервисным пакетом СП 3 или более поздним.

2.4 Сравнение с аналогами

В качестве аналога для сравнения с разработанным комплексом рассматривается Adobe After Effects. Adobe After Effects - это программа для создания и моделирования объектов, как и данный программный комплекс, имитирующий многопроцессорную систему решает задачи на нескольких компьютерах.

Обоснование выбора аналога.

Этот пример аналога подходит для многих программ, где осуществляется похожий сетевой рендеринг (3Dmax, Maya, …).

Минусы.

Сетевой рендеринг в АЕ не слишком удобен и требует довольно длительной предварительной настройки.

Все системы должны, как минимум удовлетворять базовым требованиям к оборудованию, предъявляемым АЕ.

Для полноценной работы Вашей вычислительной системы понадобиться вычислительная сеть, с хорошей пропускной способностью. Причем, чем большее количество компьютеров вы планируете привлечь для вычисления, тем большая пропускная способность может потребоваться. Adobe настоятельно рекомендует использовать операционную систему Windows 2000 или Windows XP Professional.

Собственно, сам Adobe After Effects, установленный на всех машинах участницах просчета. Плагины, шрифты и кодеки, используемые в проекте, должны быть установлены на всех машинах.

Плюсы.

Прогнозирование оставшегося времени, адаптированность для платформы Mac OS.

В программном комплексе для оценивания методики расчета эффективности параллельных вычислений в многопроцессорных системах реализованы функции многопроцессорной системы.

Плюсы.

Работать программный комплекс может на любом компьютере, под любой операционной системой Windows. Может вывести результаты вычислений.

Минусы.

Комплекс не оценивает время до окончания вычисления результатов.

2.5 Руководство пользователя по эксплуатации программного комплекса

Информационно-вычислительный комплекс в данном случае представляет собой вычислительную систему, содержащую не менее двух ВМ, способных согласованно и одновременно (параллельно) осуществлять обработку информации.

Этот комплекс разработан в среде Microsoft Visual FoxPro 6.0, работает под управлением операционной системы MS Windows 9x и выше. Благодаря понятному интерфейсу разобраться с программным продуктом просто.

Комплекс запускается как любое стандартное Windows-приложение. После запуска появляется основное окно комплекса (рисунок 6), в котором задаются исходные данные:

число задач (в диапазоне 1...200);

число вычислительных модулей (в диапазоне 2…50);

коэффициент связности графа (в диапазоне 0…100%, шаг - шаг повторения вычислений);

число итераций статистических испытаний (желательно вводить в диапазоне 300…500,с целью точного определения данных);

в поле “Удалить предыдущие результаты” можно поставить галку для удаления предыдущих результатов;

в поле “Выбор для оценки лучшего из приближённых методов” можно поставить галку для оценки лучшего из приближённых методов (если галка не стоит, то вычисление будет производиться функцией TRM).

Функции приоритетов, используемые в данной работе:

GTM - высший приоритет присваивается задаче, имеющей наибольшую длительность выполнения;

LTM - высший приоритет присваивается задаче, имеющей наименьшую длительность выполнения;

CM1 - высший приоритет присваивается задаче, имеющей наибольшее число непосредственных преемников. Непосредственными приемниками задачи называют задачи-преемники, лежащих на ярусе ярусно-параллельной формы графа, следующем непосредственно за ярусом, на котором лежит эта задача - предшественник (источник);

CMP - высший приоритет присваивается задаче, имеющей наибольшее полное число преемников;

CTM1 - высший приоритет присваивается задаче, имеющей наибольшую суммарную длительность непосредственных преемников;

CTMP - высший приоритет присваивается задаче, имеющей наибольшую суммарную длительность всех преемников;

FIFO - высший приоритет присваивается задаче, имеющей наименьшее время раннего начала выполнения (готовой к назначению на ВМ раньше других);

LIFO - высший приоритет присваивается задаче, имеющей наименьшее время позднего окончания выполнения (той, которая должна закончить свое выполнение раньше других, чтобы длина критического пути не увеличилась);

TRM - высший приоритет присваивается задаче, имеющей наименьший резерв времени назначения. Резерв времени определяется как разность между моментами времени позднего и раннего начала (окончания) выполнения задачи;

NORD - приоритет задаче присваивается случайным образом с использованием датчика случайных чисел.

Рисунок 6 Основное окно комплекса

Необходимо ввести число задач равное [10 - 12], число вычислительных модулей равное 5, коэффициент связности 30%, а число испытаний - 100 (рисунок 7).

Рисунок 7 Основное окно комплекса

После обработки данных необходимо нажать на кнопку “Результаты”, для получения таблицы результатов для разного числа задач (рисунок 8).

Рисунок 8 Таблица результатов

где: koef - коэффициент связности графа;

z - количество задач;

vm - число вычислительных модулей;

gam - среднее арифметическое;

gam2 - дисперсия;

iscount - число испытаний;

По таблице результатов (рисунок 7) строятся графики зависимостей.

2.6 Анализ полученных данных

Оценить коэффициент ускорения можно лишь на основе статистических данных. Для этого необходимо моделирование процесса параллельного вычисления. Путем многократного испытания ("прогона") на различных исходных данных, формируемых случайным образом, можно получить статистические оценки показателей.

Коэффициент ускорения оценивается следующими статистическими показателями:

математическим ожиданием (средним арифметическим) коэффициента ускорения;

дисперсией коэффициента ускорения.

С помощью графика зависимости показателя качества от числа процессоров и графика зависимости показателя качества от коэффициента связности графа можно проанализировать результаты применения методики оценивания ускорения параллельных вычислений.

Шаг 1. Запустить окно программы и ввести данные (рисунок 9).

Рисунок 9 Основное окно комплекса

Шаг 2. После обработки введённых данных и нажатия на кнопку Результаты, выводится таблица результатов (рисунок 10).

Рисунок 10 Таблица результатов

Шаг 3. По данным из рисунка 9 строится график зависимости показателя качества от числа процессоров (рисунок 11).

Рисунок 11 График зависимости показателя качества (y) от числа процессоров (vm)

Из графика зависимости показателя качества от числа процессоров можно сделать вывод: при увеличении числа процессоров отклонение теоретического коэффициента ускорения параллельных вычислений от его реального значения увеличивается. Это вызвано увеличением числа вариантов расписаний параллельных вычислений.

Для получения графика зависимости показателя качества от коэффициента связности графа необходимо проделать следующие шаги.

Шаг 1. Запустить основное окно программы и ввести данные (рисунок. 12).

Число ВM вводить равным 2; 5; 8.

Рисунок 12 Основное окно комплекса

Шаг 2. После обработки введённых данных и нажатия на кнопку “Результаты”, получаем три таблицы для разного числа вычислительных модулей (рисунок 13 для двух ВМ, рисунок 14 для пяти ВМ, а рисунок 15 для восьми ВМ).

Рисунок 13 Два вычислительного модуля

Рисунок 14 Пять вычислительных модулей

Рисунок 15 Восемь вычислительных модулей

Шаг 3. По данным из рисунков 13, 14, 15 строится график зависимости показателя качества от коэффициента связности графа (рисунок 16).

Рисунок 16 График зависимости показателя качества (y) от коэффициента связности графа (ks)

Из графика зависимости показателя качества от коэффициента связности графа можно сделать вывод: при увеличении коэффициента связности отклонение теоретического коэффициента ускорения параллельных вычислений от его реального значения увеличивается.

Это вызвано тем, что при увеличении связности задач, уменьшается загруженность процессоров (растет время их простоя).

Изменяя исходные данные, которые формируются случайным образом, выводятся статистические оценки показателей. На основе статических оценок показателей строятся графики для наглядного результата вычислений программного комплекса.

Глава 3. Организация рабочего места пользователя

Данная дипломная работа охватывает разработку программного комплекса. Ожидание результатов его вычислений предполагает проведение пользователем большого количества времени за своим рабочим местом.

В этом пункте рассматриваются основные требования к организации рабочего места пользователя и параметры помещения, в котором ему предстоит работать. Несоблюдение нижеперечисленных требований чревато как просто плохим самочувствием пользователя, чувством дискомфорта на рабочем месте, так и значительным ухудшением состояния здоровья.

Дисплей.

Дисплей должен быть расположен под углом 15о от нормальной линии взгляда на расстоянии 60 - 70 см от глаз, но не ближе 50 см с учетом размеров алфавитно-цифровых знаков и символов.

Уровень глаз при вертикально расположенном экране должен приходиться на центр или 2/3 высоты экрана. Линия взора должна быть перпендикулярна центру экрана, и ее оптимальное отклонение от перпендикуляра, проходящего через центр экрана в вертикальной плоскости, не должно превышать ±5 градусов, допустимое ±10 градусов.

Нужно избегать того, чтобы дисплей был обращен экраном к окну, так как интенсивная освещенность поля зрения размывает изображение оригинала на сетчатке. Чтобы исключить блики на экране, нужно расположиться так, чтобы дисплей был перпендикулярен оконному стеклу.

Клавиатура.

Руки должны располагаться так, чтобы локти находились на расстоянии 5-10 см от туловища. Кресло и клавиатура располагаются так, чтобы не надо было далеко тянуться. Здесь может оказаться полезной регулируемая подставка под клавиатуру, благодаря которой можно без всякого напряжения работать с манипулятором “мышь”.

Стол.

В большинстве случаев при работе со средствами вычислительной техники рабочим местом пользователя является стол. Рекомендуется использовать специальный компьютерный стол, в котором имеются места для всех составляющих компьютера, спланированные таким образом, чтобы все необходимое всегда располагалось под рукой и вместе с тем ничего бы не создавало помехи пользователю при работе.

Стул.

Для предотвращения искривления позвоночника и спинной усталости стул обязательно должен оборудоваться спинкой.

Требования, предъявляемые к рабочему стулу пользователя:

стул должен иметь подставку, изменяющую высоту подъема сиденья в пределах от 20 до 80 сантиметров с фиксацией в заданном положении;

спинка стула должна быть оборудована механизмом регулировки наклона в пределах от 90° до 130° от плоскости сиденья с фиксацией в заданном положении;

сиденье и спинка стула должны быть обиты мягким материалом, предотвращающим раздражение кожных покровов пользователя.

Освещение.

Помещение, в котором пользователю предстоит работать с программой, должно иметь достаточное для работы освещение, регламентированное СНиПII_4_79 и соответствующее ГОСТ 17677 - 82, так как качественное освещение улучшает условия зрительной работы, способствует повышению производительности и безопасности труда.

Для искусственного освещения рабочих мест применяют светильники -- приборы, состоящие из осветительной арматуры и источника света. В качестве источников света при искусственном освещении должны применяться преимущественно люминесцентные лампы типа ЛБ. При устройстве отраженного освещения в производственных и административно-общественных помещениях допускается применение металлогалогенных ламп мощностью до 250 Вт. Допускается применение ламп накаливания в светильниках местного освещения.

По конструктивному исполнению искусственное освещение может быть двух систем: общее и комбинированное. При общем освещении светильники размещаются в верхней зоне помещения равномерно или локализовано. При комбинированном освещении совместно с общим применяется местное освещение. Комбинированную систему устраивают для выполнения точных зрительных работ там, где оборудование создает глубокие резкие тени или рабочие поверхности расположены наклонно.

Освещенность на поверхности стола в зоне размещения рабочего документа должна быть 300 - 500 лк. Допускается установка светильников местного освещения для подсветки документов. Местное освещение не должно создавать бликов на поверхности экрана и увеличивать освещенность экрана более 300 лк.

По действующим нормам при использовании комбинированной системы освещенность рабочей поверхности, создаваемая светильниками общего освещения, должна составлять не менее 10% нормируемой для комбинированного освещения при тех источниках света, которые применяются в светильниках местного освещения.

При освещении люминесцентными лампами в общей системе освещения нормированное значение освещенности на рабочем месте должно составлять 300 люкс.

Допустимые уровни освещенности рабочей поверхности при использовании светильников в системе общего пользования не должны отличаться от нормированных значений более чем на -10…+20%, что составляет диапазон 180-240 люкс.

Температурный режим

Согласно установленным стандартам, температурный режим в помещениях, занимаемых пользователями компьютеров, должен находиться в пределах от 18 до 20° C. Для достижения этого режима рекомендуется использовать обогреватели, радиаторы или кондиционеры. Отход от установленного температурного режима может вызвать замерзание или перегрев пользователя, что негативно сказывается на его работоспособности.

Загрязненность помещения

Помещение, в котором работают пользователи электронных вычислительных машин, должно быть чистым. Каждый день необходимо проводить влажную уборку. Для этого поверхности пола, стен, рабочих предметов должны быть ровными и легко поддаваться очистке.

Материал, из которого сделаны стены, пользователи, потолок помещения, должны быть разрешены органами Санэпидемнадзора и не должны содержать токсичных, радиоактивных, раздражающих веществ и аллергенов.

Повышенная загрязненность помещения чревата резким ухудшением состояния здоровья пользователей, появлением аллергических раздражений, сыпи, насморков и т.д.

Шумы.

Шумом является всякий нежелательный для человека звук. Шум вредно действует на организм человека, снижает производительность труда, расшатывает нервную систему и увеличивает число ошибок при работе.

Для помещения ВЦ с объемом 100 м3 возможны такие источники возникновения шума как работающий принтер, модем, ксерокс, имеющие отношения к работе персонала ВЦ, а также устройства кондиционирования и вентиляции.

Шумы в помещении ВЦ можно отнести к классу непостоянных, для которых уровень интенсивности за рабочую смену меняется более чем на 5 дБ и важной характеристикой является допустимый эквивалентный уровень звука.

Допустимый уровень шума устанавливается по ГОСТ 12.1.003-76 “Шум”, и для помещения не должен превышать 75 дБ в диапазоне 50-400 Гц и 65 дБ на частотах выше 400 Гц.

Для уменьшения уровня шума потолки и стены помещения ВЦ должны быть покрыты звукопоглощающим декоративным покрытием (перфорированные панели) с звукопоглощающим наполнителем (минеральные ленты).

Излучения и поля.

К числу вредных факторов, с которыми сталкивается человек, работающий за монитором, относятся рентгеновское и электромагнитное излучения, а также электростатическое поле.

Благодаря существующим достаточно строгим стандартам дозы рентгеновского излучения от современных видеомониторов не опасны для большинства пользователей. Исключение составляют люди с повышенной чувствительностью к нему (в частности, рентгеновские излучения от монитора опасны для беременных женщин, поскольку могут оказать неблагоприятное воздействие на плод на ранних стадиях развития).

Специалисты не пришли к однозначному выводу относительно воздействия электромагнитного излучения на организм человека, однако совершенно очевидно, что уровни излучения, фиксируемые вблизи монитора, опасности не представляют.

При работе монитора возникает и электростатическое поле. Уровни его напряженности невелики и не оказывают существенного воздействия на организм человека в отличие от более высоких уровней электростатического поля, характерных для промышленных условий. Более значимой для пользователей является способность заряженных микрочастиц адсорбировать пылинки, тем самым, препятствуя их оседанию и повышая дополнительный риск.

параллельный система алгоритм программный

Глава 4. Экономико-организационный раздел

Разработка выполнена с некоммерческой целью, поэтому выполнялась только смета затрат на разработку.

В состав сметной стоимости разработки входят статьи затрат, занесённые в таблицу статьей затрат.

Таблица статей затрат

С. м.	Затраты на материалы, покупные изделия и полуфабрикаты
С.об.	Специальное оборудование для проведения разработки
З. о.	Основная заработная плата разработчиков
З. доп.	Дополнительная заработная плата
О. соц.	Отчисления на социальные нужды
С. эн.	Затраты на электроэнергию для технологических целей
С. ком.	Затраты на командировки
С. кр.	Контрагентские работы
С. п.	Прочие затраты
С. н.	Накладные расходы

Метод сметного калькулирования основан на прямом определении затрат по отдельным статьям.

Из перечисленных статей расходов ряд затрат является прямым, то есть непосредственно связан с изготовлением устройства. Их можно рассчитать по нормам. Это материальные затраты, заработная плата производственных рабочих с начислениями.

Остальные затраты - косвенные. Их нельзя рассчитать по нормам.

Затраты на материалы, покупные изделия и полуфабрикаты

Стоимость материалов, покупных изделий, полуфабрикатов оценивается по действующим рыночным ценам с учётом величины транспортно-заготовительных расходов по формуле:

С. м. = ,

где n - число позиций применяемых материалов;

m - номенклатура применённых покупных изделий и полуфабрикатов;

- норма расхода материала, кг;

- цена материала, кг;

- норма реализуемых отходов;

- цена отходов, руб/кг;

- количество покупных изделий, полуфабрикатов j-го вида;

- цена покупного изделия, полуфабриката j-го вида;

- величина транспортно-заготовительных расходов, = (1,03…1,05). С. м. заносится в таблицу затрат.

Таблица затрат

№ п.п	Наименование материалов, покупн. изделий, п/фабрикатов	Ед. изме-рения	Кол-во	Цена единицы (руб.)	Сумма (руб.)	Транспортно-заготовитель-ные расходы	Итого матер. Затрат (руб.)
1	2	3	4	5	6	7	8
1. 1.1 1.2	Материалы CD диски Пачка бумаги Итого:	Шт. Шт. X	2 1 X	100 120 X	200 120 X	- - -	200 120 320

Специальное оборудование для проведения разработки

При использовании наличного оборудования в смету включаются только амортизационные отчисления по нормативам, которые вычисляются по формуле:

С. об. = ,

где - годовая норма амортизационных отчислений, (30%);

- цена единицы оборудования;

- время использования оборудования для исследования (работы), число лет, (0,33).

= 30%;

= 20000 руб.;

= 0,33 лет;

С. об.1 - компьютер;

С. об.2 - принтер;

С. об.1 = 30*20000*0,33/100 = 1980 руб.

С. об.2 = 30*5000*0,33/100 = 495 руб.

С. об. = 1980+495 = 2475 руб.

Полученные данные заносятся в таблицу амортизационных отчислений.

Таблица амортизационных отчислений

№ пп.	Номенклатура Специального оборудования	Ед. измерения	Кол-во единиц	Цена Единицы (руб.)	Время использования	Годовая норма амортиз. отчислений	Итого стоимость спец. оборудования (руб.)
1 2	компьютер принтер	шт. шт.	1 1	- -	4 мес. 4 мес.	30% 30%	1980 495

Основная заработная плата разработчиков.

Расчет основной заработной платы производственных рабочих определяется формулой:

С. ос. = ,

где к- количество категорий разработчиков;

- количество разработчиков данной категории;

- среднечасовая заработная плата j-й категории разработчиков, руб;

P - продолжительность работы, выполняемой работником категории, час.

к = 2;

= 2;

1 = 150; 2 = 5;

P1 = 84; P2 = 28

С. ос. = 150*84+5*28 = 12600 + 140 = 12740 руб.

Дополнительная заработная плата.

Дополнительная заработная плата определяется формулой:

С. доп. = ,

где d - норматив затрат на дополнительную заработную плату от основной, d = 10..15%.

С. доп. = 12740*15/100 = 1911 руб.

Отчисления на социальные нужды.

Расчет отчислений на социальное страхование определяется в размере 40% от основной и дополнительной заработной платы и вычисляются по формуле

О. соц. = ((З. о + З. доп.) / 100) * 40% .

О. соц. =14651/ 100 * 40 =5860,4 руб.

Затраты на электроэнергию для технологических целей

Затраты на электроэнергию для технологических целей определяются формулой

С. эн. = ,

где - мощность оборудования по паспорту, кВт;

- время использования для проведения разработки, час;

- стоимость одного кВт-час электроэнергии, руб;

- коэффициент использования мощности (К<1).

= 300Вт; = 70Вт;

= 84;

= 1,4;

К = 0,7;

Рабочая станция с блоком питания 300 Вт.

С эн.1 = 0,3 * 84 * 1,4 * 0,7 = 24,7 руб.

Мониторы потребили энергии на:

С эн.2 = 0,07*84*1,4*0,5 = 4,1 руб.

С. эн. = 24,7 + 4,1 = 28,8 руб.

Затраты на командировки

Затраты на командировки вычисляются по формуле

С. ком. = ,

где к - виды командировочных затрат;

- суммарная величина затрат по i-му виду затрат.

Поездки на метро 2 раза в неделю в течение 4-х месяцев.

= 160 р.

Контрагентские работы

Контрагентские работы не выполнялись.

Прочие затраты

Прочие затраты не выполнялись.

Накладные расходы

Накладные расходы (С. н.) начисляются в процентах к основной заработной плате (от 70 до 100%) и рассчитываются по формуле

С. н. = (З.о. / 100) * 80%.

С. н. = (12740/100)*80 = 10192 руб.

Общая себестоимость.

Общая сметная стоимость (С. полн.) определяется суммированием её составляющих:

С. полн. = С. м. + С.об + З. о. + З. доп. + О. соц. + С. эн. + С. ком. + С. кр. + С. п. + С. н.

С. полн. = 320 + 2475 + 12740 + 1911 + 5860,4 + 28,8 + 160 + 10192 = 33687,2

Полученные данные сводятся в таблицу сметы затрат на разработку.

Смета затрат на разработку

№ п.п.	Статьи затрат	Условные обозначения	Затраты по статьям (руб.)
1	Затраты на материалы, покупные изделия и полуфабрикаты	С. м.	320
2	Специальное оборудование для проведения разработки	С.об.	2475
3	Основная заработная плата разработчиков	З. о.	12740
4	Дополнительная заработная плата	З. доп.	1911
5	Отчисления на социальное страхование	О. соц.	5860,4
6	Затраты на электроэнергию для технологических целей	С. эн.	28,8
7	Затраты на командировки	С. ком.	160
8	Контрагентские работы	С. кр.	-
9	Прочие затраты	С. п.	-
10	Накладные расходы	С. н.	10192
	Итого:		33687,2

Основным обобщающим экономическим показателем данного проекта является совокупность затрат на его выполнение, которая составляет 33687,2 рублей. Данный проект экономически выгоден для заказчика, так как полученные затраты являются невысокими для такого класса задач (заказ подобной системы в специализированной фирме потребовал бы гораздо больших затрат).

Заключение

В результате проделанной работы создан программный комплекс для оценивания методики расчета эффективности параллельных вычислений в многопроцессорных системах.

Программный комплекс может быть с успехом использован в качестве базы лабораторных работ учебного курса по дисциплинам: «Архитектура вычислительных систем» и «Принципы работы вычислительных систем». Использование комплекса повысит эффективность проведения занятий, улучшит качество усвоения учебного материала. Также комплекс можно использовать для сбора статистики по многопроцессорным
вычислениям.

Список сокращений

ВМ	Вычислительный модуль
ВС	Вычислительная система
ИВК	Информационно-вычислительный комплекс
ПВП	Параллельный вычислительный процесс
ПВС	Параллельная вычислительная система
ПП	Параллельная программа
ФРП	Функция расчета приоритетов
ЭВМ	Электронная вычислительная машина
ЯПФ	Ярусно-параллельная форма графа
Mflops	Миллион операций с плавающей точкой в секунду
MPP	Система с массовым параллелизмом (Massively Parallel Processing)
NUMA	Вычислительная система с неоднородным доступом к памяти (Non Uniform Memory Access)
PVP	Параллельная векторная система (Parallel Vector Process)
SMP	Симметричная многопроцессорная система (Symmetric Multi-Processing)
Tflops	Триллион операций с плавающей точкой в секунду

Список источников информации

а) литература:

Воеводин Вл.В. Курс лекций. Параллельная обработка данных. СПб: БХВ-Петербург, 2002.

А.Г. Басыров Архитектура вычислительных систем: Руководство к практическим занятиям. СПб, 2005.

Воеводин В.В., Воеводин Вл.В. Параллельные вычисления. СПб: БХВ-Петербург, 2002.

Барский А.Б. Параллельные процессы в вычислительных системах. Планирование и организация. М.: Радио и связь,1990.

О.В.Васюхин, А.А.Голубев, В.П.Кустарев, Л.В.Тюленев. Экономическая часть дипломных разработок: Методические указания для студентов технических специальностей всех форм обучения. СПб.: СПбИТМО, 1998.

А. А. Букатов, В. Н. Дацюк, А. И. Жегуло. Программирование многопроцессорных вычислительных систем. Ростов-на-Дону, 2003.

А.В.Комолкин, С.А.Немнюгин. Программирование для высокопроизводительных ЭВМ. СПб.: БХВ, 2002.

Кустов В.Н. Основы теории ограниченного структурного параллелизма. М: Мир, 1992.

В. А. Крюков. Разработка параллельных программ для вычислительных кластеров и сетей. 2003.

А.С. Антонов. Введение в параллельные вычисления. Методическое пособие
Москва 2002.

Параллельные вычисления на кластерах из персональных компьютеров. А.В. Малышев, В.В. Шайдуров Красноярск 2001.

В.П. Гергель, Р.Г. Стронгин Основы параллельных вычислений для многопроцессорных вычислительных систем Учебное пособие Издание 2-е, дополненное Издательство Нижегородского госуниверситета Нижний Новгород 2003.

Симовский Р.А., Старовойтов С.Ф., Соболев С.Ф. Методические указания по составлению раздела “Охрана труда” в дипломных проектах. Л: ЛИТМО,1990.

б) электронные ресурсы

http://www.parallel.ru

http://www.5ballov.ru

http://www.software.unn.ac.ru

http://www.keldysh.ru

????????? ?? Allbest.ru