シリーズ記事の目次
システムアーキテクチャ設計の専門スキル・ネットワーク技術(3)
システムアーキテクチャ設計の専門スキル・システムセキュリティ分析・設計(4) 【システムアーキテクト】
システムアーキテクチャ設計の高度スキル・ソフトウェアアーキテクチャ設計(1) 【システムアーキテクト】
システムアドバンスアーキテクチャ設計スキル・システム品質属性とアーキテクチャ評価 (2) [システムアーキテクト]
システムアーキテクチャ設計の高度なスキル・ソフトウェア信頼性分析と設計 (3) [システムアーキテクト]
现在的一切都是为将来的梦想编织翅膀，让梦想在现实中展翅高飞。
Now everything is for the future of dream weaving wings, let the dream fly in reality.
システムアーキテクチャ設計の専門スキル・システムエンジニアリングとシステムパフォーマンス
1. システムエンジニアリング
1.1. システムエンジニアリングの概念
【システムエンジニアリング】は組織マネジメント技術です。
【システムエンジニアリング】とは、システムの目的を最大限に実現するために、システムの構成要素、組織構造、情報の流れ、制御機構などを分析・研究する科学的手法です。
【システムエンジニアリング】全体最適を実現するために、システム構想から全体をスタートします。
【システムエンジニアリング】コンピュータをツールとしてシステムの構造、要素、情報、フィードバックを分析し、最適な計画、最適な設計、最適な管理、最適な制御を実現します。
【システムエンジニアリング】は現代の科学的意思決定方法です。
1.2. システムエンジニアリング手法
システムエンジニアリングは、システム手法を使用してシステムを計画、研究、設計、製造、テスト、使用する組織管理技術であり、人々が科学的手法を使用して複雑な問題を解決する技術です。
システムエンジニアリング手法の特徴：完全性、包括性、調整性、科学性、実用性。
システムエンジニアリング手法は、ホール三次元構造法、チェックランド法、コンカレントエンジニアリング、包括統合法、WSRシステム法に分類されます。
1.2.1 ホールの立体構造
ホールの三次元構造とは、 1969年にアメリカのシステム工学の専門家A.D.ホールらが提唱したシステム工学の手法です。時間次元、論理次元、知識次元から構成される三次元空間構造
時間次元：計画、計画策定、開発、生産、導入、運用、更新の7つの時間段階に分けられ、論理次元：問題
の明確化、目標の決定、システムの統合、システム分析、最適化、意思決定の7つの論理的なステップが含まれる、実装;
知識次元: 工学、医学、建築、ビジネス、法律、経営、社会科学、芸術などの知識とスキルが含まれます。
1.2.2 チェックランド法
チェックランド手法の核心は「最適化」ではなく「比較」と「探索」です。作業プロセスは、問題の理解、基本定義、概念モデルの確立、比較と探索、選択、設計と実装、評価とフィードバックの 7 つのステップに分かれています。
1.2.3 コンカレントエンジニアリング
コンカレントエンジニアリング手法は、製品とその関連プロセス（製造プロセスやサポートプロセスを含む）を並列かつ統合的に処理するための体系的な手法および包括的な技術で
1.2.4 包括的な統合方法
Qian Xuesen らは、システムはその性質に基づいて単純なシステムと巨大なシステムの2 つのカテゴリに分類できると提案しました。開いた複雑な巨大システムの一般的な基本原理は、全体性、相互接続性、秩序性、およびダイナミクスであり、主な特性は、開放性、複雑性、進化と出現、階層性、および巨大性です。
1.2.5 WSRシステム方式
WSR System Method は、Physics-Philosophy-Humanity Methodologyです中国の伝統哲学の思弁思想は、複数の方法を包括的に統一したものであり、定性分析と定量分析を総合的に統合する東洋の体系的思想に属します。一般的な作業プロセスは、意図の理解、目標設定、調査と分析、戦略の構築、計画の選択、関係の調整、アイデアの実現の 7 つのステップとして理解できます。
1.3 システムエンジニアリングのライフサイクル
システム エンジニアリングのライフ サイクルを定義する目的は、利害関係者のニーズを秩序正しく効率的に満たすフレームワークを確立することです。
システムエンジニアリングのライフサイクル段階には、探索研究、構想段階、開発段階、生産段階、使用段階、サポート段階、廃止段階が含まれます
ライフサイクル手法には、計画主導のアプローチ、漸進的反復開発、リーン開発、アジャイル開発が含まれます
1.4 モデルベースのシステムエンジニアリング
モデルベース システム エンジニアリング (MBSE)、MBSE はモデリング手法の正式な適用であるため、モデリングはシステム要件、分析、設計、検証、検証などのアクティビティをサポートし、ライフ サイクルのすべての段階を通じて継続されます。
製品には、
要件分析段階では需要図、ユースケース図、パッケージ図が作成され、
機能分析と割り当て段階ではシーケンス図、アクティビティ図、ステートマシン図が作成され、
設計合成段階ではモジュール定義図が、内部ブロック図やパラメトリック図など。
システム エンジニアリングの 3 つの柱:
モデリング言語、モデリング ツール、モデリング アイデア。
2. システムパフォーマンス
2.1 システム性能指標（評価）
システム性能評価指標は、ソフトウェア性能指標とハードウェア性能指標を統合したものです。で：
-
(1)コンピュータを評価するための主な性能指標には、クロック周波数（メイン周波数）、動作速度、動作精度、データ処理速度（Processing Data Rate、PDR）、スループットレートなどが含まれます。
-
(2)ルーターを評価するための主な性能指標には、デバイスのスループット、ポートのスループット、全二重回線速度の正確な伝送能力、ルーティング テーブルの能力、バックプレーンの能力、パケット損失率、遅延、遅延ジッター、プロトコル サポートなどが含まれます。スイッチの評価に使用されるパフォーマンス指標には、ポート速度、バックプレーン スループット、バッファ サイズ、MAC アドレス テーブル サイズなどが含まれます。
-
(3) 評価用ネットワーク性能指標には、機器性能指標、ネットワークレベル性能指標、アプリケーションレベル性能指標、ユーザレベル性能指標、スループットが含まれます。
-
(4)オペレーティング システムを評価するためのパフォーマンス指標には、システム コンテキスト スイッチング、システム応答時間、システム スループット (ボリューム)、システム リソース使用率、信頼性および移植性が含まれます。
-
(5)データベース管理システムを測定するための主な性能指標には、最大同時トランザクション処理能力、負荷分散能力、最大接続数などが含まれます。
-
(6) Web サーバーを評価するための主なパフォーマンス指標には、最大同時接続数、応答遅延、およびスループットが含まれます。
2.2 性能計算
性能計算
クロック周波数とCPUクロックサイクル：
メイン周波数は CPU クロック周波数とも呼ばれ、クロック サイクルはクロック周波数の逆数です。
メイン周波数が 1GHz の場合、1 秒間に 1G クロック サイクルがあり、各クロック サイクルは 1ns であることを意味します。
メイン周波数 = FSB * マルチプライヤ
バスサイクル:
つまり、メモリまたは IO ポートにアクセスするのにかかる時間 命令
サイクル:
命令のフェッチと実行にかかる時間は、複数のマシン サイクルで構成され、
平均実行サイクル数は次のとおりです。
CPI は、各コンピュータ命令の実行に必要なクロック サイクルを表し、命令の平均サイクル数とも呼ばれます。CPI 平均実行サイクル数
= プログラムの実行に必要なクロック サイクル数 / 実行された命令数
MIPS 平均命令実行スピード：
1 秒あたりに処理される数百万のマシン言語命令の数は、主にスカラー マシンのパフォーマンス
MFLOPS を測定するために使用されます。
- 1 秒あたり数百万回の浮動小数点演算は、全体の状況を反映することはできず、浮動小数点演算のみを反映します。
- 主にベクター マシンのパフォーマンスを測定するために使用されます。
平均命令クロック数 = (命令エントリ数 × 命令クロック数) / 総命令エントリ数 平均命令動作
(実行) 速度 = 1 / 平均命令クロック数 × クロック周波数、注、単位 MIPS
2.3 性能設計
2.3.1 パフォーマンスのチューニング
パフォーマンスのチューニングは、ボトルネックを見つけて取り除くことで構成されます。
データベース システムの場合:
パフォーマンス調整には主に、CPU/メモリ使用量、最適化されたデータベース設計、最適化されたデータベース管理とプロセス/スレッド ステータス、ハードディスク I/O と残りのスペース、ログ ファイル サイズなどが含まれます。
アプリケーション システムの場合:
パフォーマンス調整には主に、アプリケーション システムの可用性、応答時間、同時ユーザー数、特定のアプリケーションのシステム リソース使用量などが含まれます。
2.3.2 アムダール溶液
アムダールの法則: コンピューター システム内の特定のコンポーネントに対してより高速な実行方法を使用することによって得られるシステム パフォーマンスの変化の程度は、この方法が占める合計実行時間の割合によって決まります。
速度向上率 = 強化されたコンポーネントを使用した場合のタスク全体の完了時間 / 強化されたコンポーネントを使用しない場合のタスク全体の完了時間
新しい実行時間 = 元の実行時間 X [ (1 - 強化率) + 強化率 / 強化高速化率 ]
合計高速化率 = 元の実行時間 / 新たな実行時間 = 1 / [ (1 - 強化率) + 強化率 / 強化高速化率 ]
2.4 性能評価
(1) ベンチマークテストプログラム
ほとんどの場合、新しいシステムのパフォーマンスをテストするには、評価プログラムを利用してマシンのパフォーマンスを評価する必要があります。
ベンチマーク プログラム (Benchmark) の定義:コンピューターのパフォーマンスを評価するための標準プログラムとして
、アプリケーションで最も頻繁に使用されるコア プログラム。
精度の高い順に、リアル プログラム、コア プログラム、小規模ベンチマーク プログラム、合成ベンチマーク プログラムの 4 つの評価プログラムを以下に示し
ます。
ベンチマーク テスト プログラムには、
整数テスト プログラム Dhrystone、浮動小数点テスト プログラム Linpack、Whetsone ベンチマーク テスト プログラム、SPEC ベンチマーク テスト プログラム、および TPC ベンチマーク プログラムが含まれます。
(2) Webサーバの性能評価
Web サーバーのパフォーマンス評価方法には、ベンチマーク
パフォーマンス テスト、ストレス テスト、信頼性テストなどがあります。
(3) システム監視
システム監視の方法には、通常、
システム組み込みコマンド、システムログレビュー、可視化技術の3つの方法があります。