Текст книги "Программное обеспечение и его разработка"
Автор книги: Джозеф Фокс
Жанр:
Базы данных
сообщить о нарушении
Текущая страница: 3 (всего у книги 21 страниц)
Вычислительная машина для решения научных задач была устроена так, чтобы наиболее быстрым образом производить вычисления. Обрабатывающая машина – обрабатывающая данные – была машиной ввода/вывода, машиной, которая управляла внешними файлами. В течение первых 12 лет выпуска вычислительных машин фирма IBM сопровождала две различные ветви машин – машины для обработки данных и научные машины.
Серия машин IBM/360, объявленная в 1964 г., изменила положение, поскольку для IBM стало слишком дорого разрабатывать, строить и сопровождать две различные ветви.
Использование типа I. Обработка данных
Бухгалтерские расчеты проводятся постфактум. Учет векселей, ведение регистрационных журналов, составление платежных ведомостей и проведение инвентаризации есть всего лишь работа с записями о прошедших событиях. Разработанная для проведения быстрых расчетов баллистических траекторий вычислительная машина, отвергнутая в свое время фирмой IBM, была доведена до состояния экономической рентабельности корпорацией Sperry Rand в 1952 г. Пользователи заставили ее составлять платежные ведомости и инвентарные списки.
Использование типа II. Решение научных задач
Многие называют большие вычислительные машины «большими арифмометрами». На основе небольшого числа исходных данных мощная машина может работать часами, решая уравнение теплопроводности или строя прогнозы погоды.
Использование типа III. Информационные системы
После нескольких лет использования люди осознали, что все необходимые им данные находятся «внутри» и вполне доступны. Было написано специальное программное обеспечение, и пользователи получили возможность вводить запросы в вычислительную машину и получать от нее ответы на эти запросы. Родился новый вид использования вычислительных машин.
Использование типа IV. Диалоговые системы решения задач
Если отдельный пользователь решает на машине математическую или логическую задачу, по ходу дела вмешиваясь в решение, говорят, что пользователь работает в «диалоговом», или «интерактивном», режиме.
Когда в одно и то же время одной и той же вычислительной машиной могут пользоваться сотни пользователей, то говорят, что все они работают в режиме разделения времени. Это еще один способ выполнять работы, связанный с использованием ЭВМ по типу I или типу II. Отличие проявляется в использовании машины в целом, каждый отдельный пользователь может этих отличии и не замечать.
Разделение времени уменьшает «время ожидания решения», то есть время, проходящее от момента передачи задачи в вычислительный центр до получения результата решения. Тем самым доводится до максимума доля творчества человека в отношении: «процесс решения задачи»/«процесс созидания». В коммерческих приложениях типа III имеют дело с данными – файлами, записями, страховыми полисами, счетами, расписками, индексами клиентов. Огромные, многотомные файлы. Изнурительная работа по прочесыванию огромных файлов для нахождения единственного подходящего, выполнение простейших вычислений – иногда даже тривиальных, – и затем снова работа с файлами. Критическими характеристиками при этом являются скорость движения магнитной ленты, время доступа к диску, количество томов, размещаемых на диске, а также структура файла.
Пользователи типа IV занимаются именно вычислениями, а не файлами в смысле файлов со страховыми полисами, выданными компанией миллионам различных людей. При этом обрабатываются большие количества данных, но это не файлы, а скорее массивы. Узким местом при этом являются скорость вычислительной машины и планирование процесса, необходимые для своевременного выполнения заданий.
Однако для обеспечения работы по типу IV сотен пользователей, подключаемых к ЭВМ в диалоговом, интерактивном, режиме, необходимо делать многое из того, что делается и для коммерческих приложений, – запоминать имена и местоположения пользователей, времена их работы и многие другие более простые вещи. В этом смысле между использованиями по типам III и IV есть некоторое перекрытие.
Я разделил их по тем причинам, что, во-первых, использование по типу IV создает целую индустрию, а вид использования (разделение времени) и диалоговый режим существенно отличают этот тип от простой обработки данных и, во-вторых, для машин, используемых по типам III и IV, необходима весьма различная аппаратура, а значит, и разное программное обеспечение.
Использование типа V. Управление процессами
Если ЭВМ используется для выполнения или для помощи человеку в выполнении или слежении за некоторым процессом и мы не можем продолжать его выполнение без постоянного получения промежуточных результатов, мы используем машину по типу V. Процесс может быть простым, например управление огнями светофора, но может быть и весьма запутанным, как, например, система помощи авиадиспетчерам по предотвращению столкновений самолетов или система резервирования мест на самолетах, которая одновременно взаимодействует с тысячами служащих транспортных агентств.
Управление процессом неотделимо от выполнения процесса и обычно работает в режиме реального времени. Вычислительная машина должна успевать выполнять свою работу за время, отводимое для управления.
Для пользователей тип V выглядит так же, как и типы III и IV, но любые сбои ведут при этом к полному нарушению управляемого процесса.
Требования высокой помехозащитности и малого времени ответа приводят к необходимости разрабатывать один из самых сложных видов программного обеспечения. Программно-аппаратная система, выводящая ракету на перехват другой ракеты, построена в основном на тех же математических принципах, что и задачи расчета баллистических траекторий, необходимость решения которых привела к возникновению ЭВМ Однако теперь работы должны выполняться без каких-либо сбоев, в режиме реального времени, поскольку перехват должен выполняться именно в этот момент, когда вторая ракета подойдет к расчетной точке. И большая тяжесть работ по достижении поставленной цели падает на программное обеспечение.
При использовании по типу III, когда работа людей не может быть выполнена без одновременной работы машины, мы переходим в область управления процессами, т. е. начинаем использовать машину по типу V.
Итак, тип V основывается на использованиях по типам III и IV.
Тип V появляется, когда комбинация задач типов IV и III приводит к значительным усилиям по ведению сложных разработок. Современная аппаратура достаточно легко справляется с задачами типа V! Узким местом таких систем является программное обеспечение.
Эволюция использования вычислительных машин шла непрерывно от типа I к типу V.
Тип I перешел в тип III. Было бы логично попытаться по запросу получить данные, находящиеся «внутри», в ЭВМ. Каково среднее заполнение самолетов рейса Вашингтон – Париж в августе?
Использование типа III имеет значительное отличие от типа I. Люди взаимодействуют с вычислительной машиной. И опять-таки основная тяжесть этого ложится на программное обеспечение!
Пользователи типов I и II не имеют прямых контактов с машиной. Задания помещаются на перфокарты или магнитные ленты, и затем программист или ответственный по лаборатории ожидает, пока работа не будет выполнена, после чего они получают результаты, обычно отпечатанные на бумаге.
Пользователи типов III и IV непосредственно взаимодействуют с вычислительной машиной с помощью пишущей машинки или терминала с телевизионным экраном и клавиатурой. Они ведут диалог. Это совершенно не похоже на первые два случая, и для обеспечения взаимодействия пользователя с машиной нужно писать специальные программы (см. рис. 2.1).
Влияние пользователей на вычислительные машины и программное обеспечение
Пять видов использования по-разному влияют и на аппаратуру, и на программное обеспечение.
В больших системах типа III есть одно интересное, но очень «хитрое» место. Фактором, ограничивающим производительность аппаратуры, становится в них время доступа к диску. Большая часть действий в подобных системах связана с модификацией данных, поэтому необходимо постоянно осуществлять «поиски» этих данных. При этих «поисках» приходится простаивать в очередях, пока механизмы доступа к диску не дадут возможности осуществить обращение к нему. Программное обеспечение должно строиться так, чтобы число одновременных поисков было максимальным. Очевидно, что чем больше дисков в системе, тем большее перекрытие становится возможным. В некоторых реализациях имеются сотни отдельных дисков.
Работы по программированию системы «Скайлэб» велись в Хьюстоне как продолжение работ над проектом «Апполон XV». Аппаратура осталась та же самая, что и для «Аполлона»; программное же обеспечение изменялось. Это было в некотором роде бедствие. Работы были закончены в положенный срок, но цена, которую пришлось заплатить группе примерно из 700 профессионалов, оказалась непомерной. Сверхурочная работа часто приводит к изнеможению и упадку сил.
Что же произошло? Почему столь опытная группа, имевшая за своими плечами 10 лет успешных разработок космических систем, т. е. всей системы Апполон и системы посадки на Луну, вдруг оказалась в таком положении? Ответ, кажущийся простым сейчас, в то время не был очевиден.
Рис. 2.2. Диаграмма, вносящая путаницу в вопрос процентного соотношения стоимости разработок.
Скайлэб была очень большая система типа III, которая постепенно превратилась в систему типа IV, и сбои в системе были исключены. Группа ожидала, что это будет система типа IV, не ожидая уклона в сторону системы типа V.
На борту космической лаборатории были проведены сотни экспериментов в реальном времени, и данные поступали от них тоже в реальном времени. Их надо было собирать, сортировать, запоминать, снабжать указателями, помечать и классифицировать – и все это в реальном времени. Ни NASA, ни фирма IBM не предвидели столь существенных отличий в применении систем, поэтому для выполнения работы пришлось создавать совершенно новое программное обеспечение.
Рис. 2.2 может быть использован как иллюстрация к большим системам типа V, а также к некоторым из систем типов III и IV. Он совершенно не отражает положение дел в системах типов I и II, хотя часто выдается за неоспоримую истину во многих книгах и докладах. Диаграмма, изображенная на нем, соответствует только той области, откуда она вышла, т. е. командным и управляющим вычислительным системам ВВС, как и было указано в докладе ВВС США.
Необходимость таксономии
Нужно постоянно помнить об одном часто не принимаемом во внимание факте, связанном с программным обеспечением. Оно слишком велико и разносторонне, чтобы его можно было обсуждать сколько-нибудь длительное время без предварительного указания того, какая область, часть или тин программного обеспечения обсуждается. Этот термин слишком широк, чтобы использовать его без определяющих прилагательных.
Разрабатывать программное обеспечение с каждым днем становится все труднее.
Разрабатывать программное обеспечение с каждым днем становится все легче.
Оба этих утверждения верны. Кажущееся их противоречие друг другу проистекает из широчайшего многообразия мира программного обеспечения. Давайте посмотрим, где же разработка программ становится проще.
Динамика роста мощности вычислительных машин
Очень упрощенные, но достаточно верные графики могут значительно прояснить складывающуюся ситуацию. Давайте бросим взгляд на вычислительный мир (рис. 2.3). В 1952 г. он состоял из одной[4]4
Автор несомненно имеет в виду состояние дел в Соединенных Штатах Америки. К 1952 году в СССР тоже уже была построена первая отечественная ЭВМ. Руководил ее разработкой академик С. А. Лебедев. – Прим. перев.
[Закрыть] машины – UNIVAC I.
В 1980 г. этот мир значительно расширился, вычислительные машины стали появляться как на нижних, так и на верхних частях шкалы (рис. 2.4).
После этого, в середине 1960-х гг. «миникомпьютеры» – термин относится скорее к цене, чем к размеру, – сместили положение вычислительных машин на шкале еще ниже (рис. 2.5).
В настоящее время благодаря использованию сверхбольших интегральных схем научились создавать микрокомпьютеры, вполне размещающиеся на ладони. Это снова заставляет нас перестраивать картину. Увеличивая масштаб (рис. 2.6), мы можем увидеть, что же произошло за эти годы в мире вычислительных машин – стоимость их уменьшилась, а емкость памяти и производительность увеличились.
Рис. 2.3 Соотношение стоимость/мощность 1951 г.
Рис. 2.4 Соотношение стоимость/мощность 1960 г.
Рис. 2.5 Соотношение стоимость/мощность 1965 г.
Машины становятся все более мощными (точка А). Они становятся настолько дешевыми, что проникают в такие области (точка В), куда до сих пор вычислительные машины не допускались Программное обеспечение, конечно, следует за аппаратурой и в точках А и В. Оно маленькое и простое В, большое и сложное в А.
Рис. 2.6. Соотношение стоимость/мощность 1980 г.
Цифровые схемы превратились в цифровые вычислительные машины (ЦВМ) – а это означает, что они стали программируемыми Этот великолепнейший прибор стоит теперь сущую безделицу В результате цифровые вычислительные машины проникли в такие области применения, которые ранее не могли бы оправдать таких сложных средств (см. рис 2.7)
Число элементов на кристалле удваивается каждый год, цена, надежность и мощность при этом остаются на прежнем уровне. Если бы автомобильная промышленность продвигалась вперед такими же темпами, то, по сведениям журнала «National Business Magazine», мы имели бы автомобили, которые весили бы около двухсот граммов, тратили бы около двух литров бензина на полтора миллиона километров и стоили бы примерно 2 доллара 70 центов.
Возникновение технологии СБИС стирает грань между схемами и вычислительными машинами. Является ли кристалл размером 2,5 × 1,25 см с процессором и памятью в 128 слов (рис. 2.8) вычислительной машиной? Конечно же, да. А ведь между тем, как следует обращаться с электрической схемой, с одной стороны, и вычислительной машиной – с другой, имеется большая разница. И этому есть причина для вычислительных машин требуются программы.
Доля программного обеспечения в стоимости изделия
Поскольку вычислительные машины становятся столь дешевыми, мы обнаруживаем их внедрение повсюду. Они используются в игрушках, автомобилях, телевизорах, копировальных устройствах, ракетах, приборах, станках – всюду. И все эти использования подразумевают наличие программ.
Если мы разрабатываем одну программу и выполняем ее на тысячах вычислительных машин, мы делим стоимость программы на число машин и получаем стоимость «одной» программы.
Рис. 2.9 Доля программного обеспечения в общей стоимости системы
Эта характеристика не отражает стоимости продукции, мы просто тиражируем программу.
Таким образом, программа, заложенная в телевизионный приемник, имеет пренебрежимо малую стоимость – одна программа на 500 000 кристаллов, т. е. на 500 000 телевизоров! Программное обеспечение может составлять основную долю в стоимости системы управления спутниками, где одна вычислительная машина управляет и спутником, и линией связи (см. рис. 2.9).
Глава 3
Понятие производительности
Программное обеспечение и аппаратура
Цель программного обеспечения – заставить работать аппаратуру. Программы без аппаратуры невыполнимы, но и аппаратура без программ не работает. Ограниченность возможностей аппаратуры может удвоить затраты на разработку программного обеспечения.
Некоторые понятия и предварительные определения, связанные с аппаратурой и производительностью, могут помочь нам выделить нюансы отношений между более сложными понятиями, например между мультипроцессорностью и мульти-программностью, между сетями и распределенной обработкой. По мере развития вычислительной машины термин производительность становится более сложным. Часто для достижения максимальной производительности нашего двигателя, вычислительной машины, нам приходится привлекать программистов.
Однажды из-за того, что высшее руководство проекта не смогло понять, как оптимизировать вычислительную систему (аппаратуру и программное обеспечение), разработка большой системы зашла в тупик (стоимость оборудования около 40 млн. долларов). Были спутаны две различные меры производительности: скорость решения задачи и время ожидания решения.
Когда мы говорим о производительности вычислительных систем, то должны отдавать себе ясный отчет в том, что и как мы измеряем.
Это чрезвычайно важно. Проявлению превосходных качеств аппаратуры порой мешает плохое программное обеспечение, и наоборот. Неэффективные операционные системы (см. с.70–71) свели на нет работу многих великолепных высокопроизводительных машин. Задачей руководителей разработкой программного обеспечения является объединение аппаратуры и программ в одну эффективную систему.
Стремление к высокой производительности сильно усложняет разработку программного обеспечения. Если наша аппаратура недостаточно хорошо подходит для решения поставленной задачи, разработчикам программ придется предельно использовать все ее возможности, что приведет к значительному росту стоимости разработки программного обеспечения.
Различные способы измерения производительности вычислительных машин
«Что лучше, вычислительная машина А или вычислительная машина В? …что быстрее, вычислительная машина А или вычислительная машина В?». Это все равно что спросить: «Что лучше, модель X автомобиля Шевроле, или модель Y автомобиля форд?». Единственное, что можно на это ответить: «В каком отношении? В смысле элегантности? Стоимости? Производительности в смысле пробега в милях? В смысле удобства управления? Комфортабельности? Размера? Срока службы? Надежности?».
Автомобиль как система состоит из нескольких тысяч частей, каждая из которых выполняет определенную функцию. Автомобиль может быть сделан так, что некоторые из них будут идеально подходить для своей службы, но только за счет каких-то других. То же самое можно сказать и о вычислительных машинах.
Измерение внутренней скорости
Если мы начнем рассматривать внутреннюю скорость вычислительных машин, мы обнаружим, что время, необходимое для выполнения каждой команды, является одной из основных характеристик машины. Каждая команда выполняется в течение некоторого отрезка времени. Умножение длится гораздо дольше, чем сложение. Эти команды часто объединяются в «смеси», что дает возможность получить приближенную оценку внутренней скорости. Существуют различные смеси, обычно используются «научные смеси» и «коммерческие смеси».
| 15 умножений | 5 умножений |
| 12 делений | 2 деления |
| 25 сложений | 25 сложений |
| 22 вычитания | 18 вычитаний |
| 12 записей в память | 14 записей в память |
| 2 ввода | 8 вводов |
| 2 команды печати | 8 команд печати |
| 8 условных переходов | 14 условных переходов |
| 2 безусловных перехода | 6 безусловных переходов |
| 100 команд | 100 команд |
Заметьте, что в моей научной смеси в три раза больше умножений и в четыре раза меньше команд ввода и печати.
Машина может иметь преимущество перед своим конкурентом по одной смеси, но не иметь преимущества по другой (см. рис. 3.1).
ТКС и МКС ТКС означает тысячу команд в секунду, МКС – это 1 млн. команд в секунду. Машина в два МКС может выполнять 2 млн. команд некоторой определенной смеси в секунду. На научных смесях коэффициенты МКС обычно оказываются более низкими, чем на коммерческих смесях.
Мы называем ТКС и МКС внутренними характеристиками, поскольку они вовсе не затрагивают возможностей ввода/вывода вычислительной машины, а также не учитывают эффектов, зависящих от объема памяти или размеров слова машины. Время выполнения команды имеет смысл измерять даже для самых параллельных машин.
| 0.0028 | 0.0024 | |
| 0.0054 | 0.0018 |
Рис. 3.1. Пример разных по производительности машин – на научной и коммерческой смеси команд. Время в секундах
Когда в 1964 г. появилась серия машин IBM 360, модель 70 (она существовала короткое время, пока ее не сменила модель 75) была самой крупной (самой мощной) моделью: модель 30 была самой маленькой.
Фред Брукс, архитектор серии 360, в статье для журнала «IBM System Journal» писал:
Центральные процессоры различных моделей существенно разнятся по производительности. По отношению к самой маленькой модели (модель 30) внутренняя производительность самой большой (модель 70) составляет примерно 50:1 для научных расчетов и 15:1 для обработки данных в коммерческих приложениях.
Обратите внимание на значительную разницу в сравнении при использовании коммерческих программ. Эти внутренние характеристики вычислительных машин не слишком точны, но все же широко используются как средство приблизительной оценки мощности ЭВМ.
Внешние характеристики
Понятиями более полезными, чем МКС, являются пропускная способность системы и время ожидания решения. Эти характеристики используются для оценки машины в целом, а не только ее возможностей в выполнении команд. Здесь становится существенным соотношение ввода и вывода с мощностью центрального процессора. Слишком медленный ввод/вывод поставит процессор на «голодный паек»; слишком медленный процессор заставит устройства ввода/вывода постоянно ожидать, когда можно будет заслать данные в отведенные им места.
Пропускная способность системы. Пропускная способность системы определяет то количество работы, которое может быть выполнено на машине за данное время.
Пусть, например, мы имеем 400 программ, написанных на Фортране. Мы пропускаем их на машине А, и у нас уходит на это 10 ч. На машине В то же самое заняло бы у нас всего 8 ч. Машина В на 20 % лучше машины А в смысле пропускной способности.
Пропускная способность системы зависит от многого.
1. Аппаратура. Конфигурация машины, мощность ЦП, размер и скорость работы памяти, количество каналов, магнитофонов, дисководов, система команд.
2. Программное обеспечение. Управляет ресурсами системы операционная система. Если она работает эффективно, пропускная способность системы должна быть хорошей. Неэффективная система может свести на нет все прекрасные качества даже великолепной машины.
Значительное влияние на пропускную способность оказывает размер памяти. Если память мала, то и память, и ЦП должны периодически отвлекаться от настоящей работы и перемещать данные между различными уровнями памяти (дисками и т. д.).
Без внесения каких-либо исправлений в другие части машины увеличение основной памяти уменьшает это перемещение и, следовательно, освобождает время для настоящей работы. Память всегда будет служить ключом к производительности машины. Фон Нейман установил это в своем меморандуме в 1946 г.; это верно и сейчас.
Предсказать пропускную способность очень трудно. Слишком много здесь неизвестных!
Эталонов для измерения пропускной способности не существует; можно измерить только относительную пропускную способность. Ее можно измерять только по отношению к конкретному набору задач. При отсутствии такого набора ее можно лишь приблизительно оценивать.
Пропускная способность характеризует всю систему в целом: ЦП, память, магнитофоны, программное обеспечение и операторов. Она является мерой количества работ, проходящих через вычислительную систему.
Сравнение двух характеристик: пропускной способности и МКС. МКС является мерой внутренней скорости вычислительной аппаратуры, т. е. ЦП и памяти. С помощью МКС определяется время, потребное на выполнение команд, в него не входит время работы магнитофонов, каналов, программного обеспечения.
Пропускная способность оценивает всю вычислительную систему и ее компоненты, а также все программное обеспечение, работающее на данной аппаратуре.
Профессионалы, работающие с вычислительными машинами, должны быть осторожны, чтобы не путать эти два понятия. Рассматривать МКС как время решения просто НЕВЕРНО, так как 16-разрядная машина в 1.2 МКС может обладать значительно более высокой пропускной способностью, чем 8-разрядная машина в 1.2 МКС, предполагая, конечно, что ввод/вывод и программное обеспечение остаются без изменения.
Время ожидания решения. Существует и другая характеристика вычислительных систем – время ожидания решения.
Временем ожидания решения называется время, которое проходит от того момента, когда программист отдает свою программу на счет, до момента получения им результатов этого счета. Чем меньше проходит времени, тем лучше. Время ожидания не следует смешивать с пропускной способностью.
Уменьшение времени ожидания, т. е. достижение желаемого результата, может привести к снижению пропускной способности, что нежелательно. Пакетная обработка увеличивает пропускную способность, но заодно увеличивает и время ожидания.
Уделяя внимание времени ожидания решения, мы тем самым заботимся об экономии времени инженера или программиста. Если же мы хотим снизить стоимость решения задач на данной машине, значит, нам нужно обратить особое внимание на пропускную способность.
«Отсутствие» ожидания достигается в большинстве систем разделением времени. Пользователь, сидящий за пультом устройства ввода/вывода, вводит приказы и данные. Вычислительная машина, обслуживающая сотни таких пользователей, достаточно быстро работает, чтобы при переключении с одного пользователя на другой им казалось, что в их распоряжении находится вся машина целиком. Машине приходится все время «изворачиваться»: ввести данные для пользователя № 10; обработать программу программиста № 47; отпечатать для девятого, вывести данные для № 197; № 177 хочет продолжить свою работу, и т. д., и т. п. Эти увертки не являются настоящей работой и составляют только накладные расходы.
В системах без разделения времени время ожидания обычно измеряется часами. Сколько времени пройдет с того момента, когда я «запущу» мою программу, до того момента, когда я получу мои результаты? Иногда это время может достигать 24 ч., если в машине оптимизируется пропускная способность.
Время ответа. Понятие времени ответа близко по смыслу понятию времени ожидания, но не эквивалентно ему. Это время, нужное вычислительной машине для ответа именно мне как пользователю терминального устройства, работающего в истинном масштабе времени. В этот момент я являюсь не программистом, а пользователем. Я использую машину для решения своей задачи. Время ответа обычно измеряется как время, проходящее от момента нажатия кнопки ввода до момента начала вывода на экран моего дисплея или на мое печатающее устройство.
Моей группой в отделении федеральных систем в IBM была успешно запрограммирована система диспетчерской службы нью-йоркской полиции (телефон вызова полиции 911), которая называлась «SPRINT». Мы просто измучились, так как корпорация не смогла отбиться от требования гарантировать время ответа не более 3 с. Нам надо было обслуживать 96 диспетчерских (телевизионных) пунктов, на которых находились полицейские. Модель IBM/50, которая нами использовалась, обслуживала такое множество экранов с большим трудом. Чтобы достичь этих трех секунд, нашим программистам приходилось творить чудеса. Из 2 млн. долларов, затраченных на всю разработку, на это ушло более 200 тыс. Разработчики программного обеспечения понимали, что предсказать время ответа для такой сложной системы заранее невозможно. Они отказались подписывать контракт, в котором были оговорены эти три секунды. Но руководство настояло на своем.
Такие «дополнительные пробежки» обычны для разработчиков программного обеспечения. Если системе не хватает ресурсов ЦП или памяти, разработчикам приходится работать с большей нагрузкой и намного дольше – и как следствие растет стоимость обеспечения. Им приходится отыскивать пути обхода слабых мест аппаратуры. Иногда приходится и переделывать программы.
Система команд и их влияние на производительность. Машина Тьюринга имела всего шесть команд. Она могла выполнять любые задания, но такой ограниченный набор используемых команд сильно затрудняет работу программиста. Одно из важных экономических решений, которое принимает каждый производитель электронных машин, это – сколько различных команд должна распознавать и выполнять машина, которую он строит. Множество распознаваемых вычислительной машиной команд будет служить ее «репертуаром» и называться системой команд (СК).
Современные большие машины распознают и выполняют более чем 300 разных команд. Овладеть таким «словарем» для программиста достаточно сложно. Изучение этих команд и способов их эффективного использования может потребовать от программиста месяцы, а то и годы. Только половина набора команд машины IBM 7090 использовалась регулярно.
Невозможно ответить на вопрос о том, на какой машине (большой, с богатым выбором команд, или маленькой, с ограниченным набором) легче программировать. Как и для многих других вопросов из области вычислительной техники, ответ «зависит» от множества деталей. Маленькую, простую задачу может оказаться легче программировать на маленькой машине с небольшим набором команд. Большие, сложные задачи, возможно, легче решать на машине с «богатым» словарем. К тому же все зависит от того, на машинах какого типа привыкли работать программисты. Однажды в Хьюстоне нам пришлось с помощью группы, имевшей огромный опыт работы на большой машине IBM 360 модели 75, разрабатывать обеспечение для маленькой IBM системы 7. Это было ужасно! Они не понимали ограничений этой машины, неправильно подходили к решению задачи, использовали неверные методы. Они ухлопали целый год – и чертову уйму денег, – прежде чем разобрались, в чем дело. А это были хорошие опытные разработчики.
Случается и наоборот. Перевод группы, привыкшей работать на ограниченных системах команд, на программирование с использованием «богатых» систем так же может привести к ужасающим результатам. Прежде всего, они не справляются с богатством, как и повсюду, где оно достается людям. Продуктивность их работы чрезвычайно низка.
Теоретически большие системы команд можно использовать более эффективно, это относится и к стадии разработки. Не надо только думать, что это всегда так.
Замеры времени
Наилучшим способом замерять производительность машины было пропустить на ней именно Вашу программу, определив время ее обработки прямо по секундомеру.
Такой способ труден и дорог. Некоторые еще не запрограммированные задачи приходится программировать специально для подобных замеров. Для замеров нужно использовать задачи, которые могут быть просчитаны на разных машинах. Такие задачи называются эталонными пакетами.
Что же можно охарактеризовать с помощью эталонных пакетов и замеров времени? Все, что имеется в вычислительной системе – аппаратуру, отдельные программы (а следовательно, и умение тех, кто занимался их программированием), трансляторы, программное обеспечение, устройства ввода/вывода, размер машинного слова, систему команд, операционную систему, действия операторов.
Из того, что машина А выигрывает у машины В, нельзя делать вывод о том, что ее аппаратура работает быстрее. Плохое программное обеспечение могло свести на нет все хорошее, что имеется в машине В.
