SU1136109A1 - Устройство дл измерени временных параметров программ - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОГРАММ, содержащее датчик времени, блок пам ти , два регистра, элемент И, первый элемент ИЛИ и блок уставок, соединенный первым выходом с входом уп- . равлени  первого регистра, отличающеес  тем, что, с целью повьвиени  быстродействи , в него введены накопитель, мультиплексор, вычитающее .устройство, второй элемент ИЛИ, h третьих элементов ИЛИ, формирователь импульсов, дешифратор и счетчик, св занный выходом с входом управлени  датчика времени, подключенного выходом к входу управлени  накопител , соединенного ддресными входами с информационными выходами блока пам ти и с входами дешифратора , св занного выходами с установочными входами второго регистоа , подключенного выходами к входам элемента И, соединенного выходом с первым входом второго элемента ИЛИ i .и со счетным входом счетчика, св занного разр дными входами с вторыми выходами блока уставок, срединенного третьими выkoдaми с разр дными входами первого регистра, подключенного выходами к первым входам вычитающего устройства, св занного выходами старших разр дов с входами первого элемента ИЛИ, выходами младших разр дов - с первыми входами третьих элементов ИЛИ, соединенных вторыми входами с выходом первого элемента ИЛИ, а выходами - с первыми входами мультиплексора, св занного выходами с адресными входами блока пам ти, подключенного инфо жацион СО . нами входами к четвертым выходам блока уставок, св занного п тыми выходами с вторыми входами мультиплексора , подключенного управл ющим входом к входу записи блока пам ти и к шестому выходу блока уставок, соединенного с седьмыми и восьмыми выходами соответственно с синхронизирующим входом счетчика и с згоръал 00 входом второго элемента ИЛИ, под ключенного выходом к входу формировател  импульсов, св занного выходом с установочным входом второго регистра, причем вторые входы вычи;0 так цего устройства и синхронизирующий йход датчика времени соединены соответственно с информационными входами и с синхронизирующим входом устройства.

Description

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть исполь зовано при изучении функционировани  операционных систем дл  измерени  временного вклада отдельных фрагментов программ в общее врем  р шени  задачи. Известна устройство, содержащее датчик времени, блок пам ти, процес сор и периферийные устройства. Известное устройство позвол ет с помощью датчика времени, блока пам ти и процессора программными сред ствами определить, временной вклад различных областей программ в общее врем  решени  задачи ij . Однако введение служебных операций вносит искажени  (особенно существенные при наличии быстродействук дих периферийных устройств и коротких областей программ) в функцио нирование операционной системы, и известное устройство не позвол ет п лучить исчерпывающих и достоверных сведений о функционировании опера ционной системы в реальном времени, Наиболее близким к изобретению  вл етс  устройство, содержащее дат чик времени (генератор опорной частоты , соединенный через таймер с од ним входом элемента И, другой вход которого  вл етс  входом управлени  датчика времени), блок пам ти, два управл емых регистра (регистр приема и регистр сравнени ), входы кото рых соединены с выходами соответствующих групп элементов И, одни входы которых  вл ютс  входами управле ни  регистра, и блок уставок (блок выработки команд), первый выход которого соединен с входом управлени  первого регистра. Кроме того, в известном устройст ве имеетс  процессор, схема сравнени , блок выдачи результата и элементы И. Входной код, поступающий, например, с разр дных выходов счетчика команд исследуемой .ЭВМ, по команде процессора заноситс  в регистр приема и схемой сравнени  сравниваетс  с кодом, прин тым ранее, который хранитс  в регистре сравнени . При несовпадении кодов по сигналам процессора и командам, вырабатываемым блоком управлени , процессор считывает код из регистра приема, считывает показани  датчика времени и определ ет по ним врем , в течение которого данный код присутствовал на входах устройства, извлекает из соответствующей  чейки блока пам ти измеренное ранее дл  данного кода суммарное значение времени,- в течение которого он присутствовал на входах, суммирует эти величины и записывает результат в ту же  чейку, блока пам ти, после чего состо ние регистра сравнени  обновл етс , и производитс  прием следующего кода. Таким образом, в блоке пам тиU . фиксируетс  суммарное врем , в течение которого счетчик команд исследуемой ЭВМ находилс  в данном состо нии . Дл  однобайтовых команд ЭВМ это соответствует времени, в течение которого выполн лась команда, а дл  двух-, трех- или четырехбайтовых команд - времени выполнени  соответствующих их частей, поэтому по окончании измерений дл  определени  временного вклада интересующих программиста функционально законченных областей программы процессором производитс  интегрирование содержимого блока пам ти в пределах, определ емых границами этих областей, и вывод информации через блок выдачи результата дл  дальнейшего анализа функционировани  и корректировки. программы 2 . Быстродействие известного устройства Т определ етс  следующим выражением 1 Т г„р +t,p +t,,,t,+ ..г+,а,оБН где tnp - временные затраты на прием информации входным регистром; - временные затраты на обработку информации схемой сравнени ; t - временные затраты на считывание кода из регистра приема; t g 2 временные затраты на считывание показаний датчика времени; выч 1 временные затраты на вычисление дифференциального значени  времени присутстви  кода; tj, - временные затраты на чтение интегрального значени  времени из блока пам ти; .г временные затраты на вычисление интегрального значени  времени присутстви  кода; t,gjj - временные затраты на запись интегрального значени  времени в блок пам тиi tggi - временные затраты на перезапись информации в регистр сравнени . Недостатком известного устройста  вл етс  его низкое быстродейтвие . Цель изобретени  - повышение быстодействи . Поставленна  цель достигаетс  ем, что в устройство дл  измерени  ременных параметров программ, соержащее датчик времени, блок пам ти , два регистра, элемент И, первый элемент ИЛИ,и блок уставок, соединенный первым выходом с входом управлени  первого регистра, введены накопитель, мультиплексор, вычитающее устройство, второй элемент ИЛИ, п третьих элементов ИЛИ, формирователь импульсов, дешифратор и счетчик , св занный выходом с входом управлени  датчика времени, подкдюч.енного выходом к входу управлени  на .копител , соединенного адресными входами с информационными выходами блока пам ти и с входами дешифратора , св занного выходами с устано1ВОЧНЫМИ входами второго регистра, подключенного выходами к входам элемента И, соединенного выходом с первым входом вторюго элемента ИЛИ и со счетным входом счетчика, св занного разр дными входами с вторыми выходами блока уставок, соединенного третьими выходами с разр дными входами первого регистра, подключенного выходами к первым входам вычитающего устройства, св занного выходами старших разр дов с входами первого элемента ИЛИ, выходами младших разр дов - с первыми входами третьих элементов ИЛИ, соединенных вторыми входами с выходом первого элемента ИЛИ, а выходами - с первым входами мультиплексора, св занного выходами, с адресными входами блока пам ти, подключенного информационными входами к четвертым выходам блка уставок, св занного п тыми выходами с вторыми входами мультиплексора , подключенного управл ющим входом к входу записи блока пам ти и к шестому выходу блока уставок, соединенного седьмыми и восьмыми выходам соответственно с синхронизирующим входом .счетчика и с вторым входом . второго элемента ИЛИ, подключенного выходом к входу формировател  импульсов , св занного выходом с установочным входом второго регистра, причем вторые входы вычитающего устройс .тва и синхронизирующий вход датчика времени соединены соответственно с информационными входами и с синхронизирующим входом устройства.

На фиг.1 показана структурна  схема устройства на фиг.2 - временные диаграммы, иллюстрирующие его работу.

Устройство содержит датчик 1 времени , накопитель 2, вычнтагощее устройство 3, третьи элементы ИЛИ 4, первый элемент ИЛИ 5, мультиплексор б, блок 7 пам ти, дешифратор 8, формирователь 9 импульсов, второй регистр 10, элемент И 11, второй элемент ИЛИ 12, первый регистр 13, счетчик 14, блок 15 уставок. Входы

устройства: информационные 16 и синхронизирующий 17.

Блок уставок содержит выходы: первый 18, вторые - 19, третьи - 20,,

четвертые -21, п тые - 22,шестой 23 , седьмой - 24, восьмой - 25, вход 26 логической единицы, ключи 27 - 30 и переключатель 31.

Перёд началом работы из рабочей программы, составленной в машинных кодах и позвол ющей обслужить определенный набор периферийных устройств , выдел етс  часть, функционируйща  в реальном времени и включающа  в себ  операции непосредственно по сбору и обработке входной информации . Выделенна  часть программы объемом не более {2-l) слов разбиваетс  на ) ключевых областей , статистика использовани  которых в операционной системе определ ет ее производительность. Каждой из выделенных областей присваиваетс  пор дковый номер L в пределах от О до ()) и определ ютс  их начальные и конечные адреса С,,и DI. а та же фиксируетс  адресный адрес АО, с (Которого начинаетс  программа реального времени. Ячейкам пам ти, отведенным под константы и массивы данных, а также рабочим,  чейкам номер L не присваиваетс . Всем остальным област м программы, не функционирующим в реальном времени, присваиваетс  номер L 2-1.

Методику разбиени  программы по сним примером (табл. 1). Из общей программы работы операционной систеNffii , наход щейс  в исследуемой ЭВМ с шестнадцатиреечной адресацией и занимающей объем 32К слов, выдел етс  программа реального времени, занимающа  объем 8К слов и размещаема  с адреса А .

Из. данной программы (дл  восьмиразр дного блока 7 пам ти) выдел ем 255 ключевых областей - подпрограмму о сидани  прерывани  (L 0), подпрограммы считывани  данных из периферийных устройств, подпрограмм обработки информации и .т.п.

Дл  подготовки устройства к работе необходимо занести- информацию в блок 7 пам ти, регистры 13, 10 и..в счетчик 14. С дрмощь ключей 29 блока 15 уставок установим двоичный код числа L, который поступает на информационные входы блока 7 пам ти. На переключател х 28 блока уставок установим двоичный код числа (С;,-АО) который поступает на входы мультиплексора б, С помощью переключател  31 блока уставок с шины 26 сигнал логической 1 передаетс  на вход управлений мультиплексора .6 и на вход записи блока 7 пам ти, вследствие чего в последний по адресу

(CL-AQ) записываетс  число L. Аналогичным образом, последовательно измен   состо ни  ключей 28 и 29 в соответствии с предварительным разбиением программы по всем адресам в пределах от () до () в блок 7 пам ти записываетс  соответствующее число L. 5р все оставигаес   чейки блока 7 пам ти записываетс  число (), Запись информации применительно к рассматриваемому примеру приведена в табл. 2.

На переключател х 27 блока 15 уставок установим двоичный код числа А который поступает на разр дные входы регистра 13, С помощью переключател  З с шины 26 логическа  1 поступает на вход управлени  регистра 13, вследствие чего в последнем записываетс  число Ад.

Информаци  с регистра 13 поступает на входы вычитающего устройства 3 на информационные входы которого с информационных входов 16 в данном случае поступает двоичный код числа О. ВЕлчитающее устройство 3 осуществл ет вычитание числа, присутствующего на его входах, соединенных с выходами регистра, из числа, присутствующего на его входах 16, поэтому вследствие отрицательного значени  разности на его старшем выходе 21 присутствует логическа  1, поступающа  через первый элемент ИЛИ на одни входы всех элементов третьих ИЛИ, вследствие чего на выходах последних генерируетс  двоичный код числа ) . Информаци  с выходов третьих элементов ИЛИ поступает на входы мультиплексора 6 и далее на адресные входы блока 7 пам ти, генериру на его выходах двоичный код числа (2-1), поступающий на входы дешифратора 8. Поскольку число состо ний дешифратора 8 равно (2 -1) , на всех его выходах присутствуют сигналы логического О, поступающие на установочные входы регистра 10. С помощью переключател  31 блока уставок с шины 26 на вхол элемента ИЛИ 12 поступает логическа  1. При этом на выходе элемента ИЛИ 12 также устанавливаетс  логическа  1 запускающа  формирователь импульсов, импульс с выхода которого через установленный вход устанавливает все разр ды регистра 10 в нулевое состо  ние.

На ключах 30 блока уставок устанавливают двоичный код числа (), поступак ций через выходы блока уставок на разр дные входы счетчика 14. С помощью переключател  31 с шины 1

поступает на синхрологическа 

низирующий вход счетчика 14, вследствие чего в последний записываетс  двоичный код числа ().

Устройство работает следующим образом ..

Состо ние N счетчика команд исследуемой ЭВМ, определ ющее адрес исполн емой команды, через информационные выходы 18 поступает на входы вьгчитающего устройства 3, на выходных шинах которого Нормируетс  двоичный код числа N-Ag .

Если величина ()(N-A)О, то с выходов элементов ИЛИ 4 через мультиплексор 6 число (Н-Ац) поступает /на адресные входи блока 7 пам ти, причем, когда, D ( N-AO ) С;, с информационных выходов блока 7 пам ти считываетс  соответствующее число L, которое через дешифратор 8 с помощью соответствующего установочного входа регистра 10 вызывает срабатывание его L-ro разр да. Кроме того, с информационных выходов блока 7 пам ти число L поступает на адресные входы накопител  2., на вход управлени  которого поступают и myльcы с выхода датчика 1 времени (фиг.2а), работа которого синхронизируетс  внешним сигналом с синхронизирующего входа 1 Таким образом, врем  нахождени  адресного счетчика исследуемой ЭВМ в области программы с номером L (фиг.2 фиксируетс  в соответствующих каналах накопител  2 (фиг,2в , ,j , - :,

Если величина О(Н-Ар)(), что возможно при подготовке системы и выполнении других операций, не относ щихс  к номенклатуре операций реального времени (адреса 0000(glFFF ,j, табл.1), логические 1 с выходов вычитающего устройства 3 через элемент ИЛИ 5 поступа рт ма входы элементов ИЛИ 4, на выходах которых образуетс  код числа ) , поступающий через мультиплексор 6 на адресные входы блока 7 пам ти. В этом случае с информационных выходов бло ка 7 пам ти считываетс  число (2 -1) определ ющее последний канал накопи тел  2, выделенный дл  изменени  времени нахождени  исследуемой операционной системы вне области программы реального времени. В дешифраторе 8 выход, соответствующий числу (2-l), отсутствует.

При установке в единичное состо ние всех разр дов регистра 10, что соответствует прохождению всех I выделенных областей (без учета I ) программы, на выходе элемента И устанавливаетс  логическа  1, запускающа  через элемент ИЛИ 12 формирователь S, импульс которого через установочный вход устанавливает регистр 10 в исходное состо ние. Вместе с тем импульс с выхода элемента И 11 поступает на счетный вход счетчика, измен   его состо ние. Если все L областей,программы без учета области I, о аботали k раз, счетчик 14 переполн етс , и сигнал с его выхода поступает на вход управлени  датчика 1 времени и прекращает его работу Таким образом, в накопителе 2 формируетс  гистограмма времени, отражающа  временной вклад Т, каждой из областей L программы в общее врем  решени  задачи, с помощью гистотграммы могут быть определены и проанализированы критические области программы, внос щие наибольший вклад в общее врем  решени  згщачи, а также величина просто  операционной системы из-за отсутстви  информации с периферийных устройств вследствие неоптимальной организации их взаимно го программного взаимодействи . На основании анализа может быть произведена переработка программного o6ec печени , относ щегос  к программам реального времени, с целью сокращени  объема критических областей программы, минимизации их временного вклада путем введени  банка про межуточных данных, исключени  отдельных расчетов за счет использовани  таблиц и другими известными в программировании методами. Использование в предлагаемом устройстве новых элементов, а именно накопител , мультиплексора, вычитающего устройства, второго эле- i мента ИЛИ, п третьих элементов ИЛИ, формировател  импульсов, дёшифра:тора счетчика в их «св зи с известными узлами отличает его от.известного устройства, так как позвол ет исключить программные операции по обработке входной информации и тем самым существенно повысить быстродействие. Быстродействие предлагаемого устройства , содержащего датчик времени типа БТЦ-99, накопитель типа АИ-256 с временем преобразовани  1 МКС,выполненное на элементах К155И113, 16-разр дное вычитающее устройство с быстродействием 0,3 мкс, выполненное на элементах К155КП2, мультиплексор с быстродействием 40 НС, бло1с пам ти типа БЗЦ-93 объемом 8К байт с быстродействием 0,25 МКС, регистры с быстродействием 60 НС, выполненные на элементах К155ТМ2, элементы ИЛИ с быстродействием 25 НС, выполненные на электросхемах К155ЛЛ1, элемент И с быстродействием 50 НС, выполненный на элементах К155ЛА2, дешифратор с быстродействием 50 НС, выполненный на элементах К155ИДЗ, четырехразр дный счетчик с быстродействием 25 не, выполненныйна элементах К155ИЕ7, формирователь импульсов, выполненный на элементах К155АГ1, и блок уставок , выполненный на переключател х типа П2К, составл ет приблизительно 2 МКС, тогда как быстродействие известного устройства, логические элементы которого также выполнены на микросхемах серии К155, а в качестве процессора ис ользуетс  микропроцессорный набор К587 составл ет приблизительно 8 команд-5 мкс 40 МКС. Таблица 1

Считывание данных с периферийного устройства

Считывание данных с периферийного устройства

(

Считывание данных с периферийного устройства

Поиск источника прерывани  Рабочие  чейки

мы обслуживани  периферийных устройств

2012,jj

2022,5

2133..

2142,в

2188 2189 22А2

IS Обработка данных Обработка данных Останов служебных устройс Расчет выходных параметро

БЛОК 7 пам ти Продолжение табл. 2 22АЗ,5 22FA, 3F91, 3FFl,j 4060 f Конец программы обслуживани  периферийных устройств 40Dl,6 jr iTlT а 2

I I I I I I I I I I I I I I I I I I I f М I I I I I 1 М I I I I I I i М I t

255 0 I I ,

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОГРАММ, содержащее датчик времени, блок памяти, два регистра, элемент И, первый элемент ИЛИ и блок уставок, соединенный первым выходом с входом уп- . равления первого регистра, о т л ичающееся тем, что, с целью повьвпения быстродействия, в него введены накопитель, мультиплексор, вычитающее .устройство, второй элемент ИЛИ, и третьих элементов ИЛИ, формирователь импульсов,' дешифратор и счетчик, связанный выходом с входом управления датчика времени, подключенного выходом к входу управления накопителя, соединенного адресными входами с информационными выходами блока памяти и с входами дешифратора, связанного выходами с установочными входами второго регистра. подключенного выходами к входам элемента И, соединенного выходом с первым входом второго элемента ИЛИ ί и со счетным входом счетчика, связанного разрядными входами с вторыми выходами блока уставок, срединенного третьими выводами с разрядными входами первого регистра, подключенного выходами к первым входам вычитающего устройства, связанного выходами старших разрядов с входами первого элемента ИЛИ, выходами младших разрядов - с первыми входами третьих элементов ИЛИ, соединенных вторыми входами с выходом первого элемента ИЛИ, а выходами - с первыми входами мультиплексора, связанного выходами с адресными входами бло- § ка памяти, подключенного инФормацион ~ ними входами к четвертым выходам блока уставок, связанного пятыми выходами с вторыми входами мультиплексора, подключенного управляющим входом к входу записи блока памяти и к шестому выходу блока уставок, соединенного с седьмыми и восьмыми выходами соответственно с синхронизирующим входом счетчика и с вторым входом второго элемента ИЛИ, подключенного выходом к входу формирователя импульсов, связанного выходом с установочным входом второго регистра, причем вторые входы вычитающего устройства и синхронизирую'щий Вход датчика времени соединены соответственно с информационными входами и с синхронизирующим входом устройства.

   S.U <„,1136109