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系统工程基础知识
- 系统工程
- 6.2系统性能
系统工程
- 定义特点
系统工程方法的特点是整体性、综合性、协调性、科学性和实践性。
系统工程方法可以分为：
（1）霍尔的三维结构。由时间维、逻辑维和知识维组成的三维空间结构。
时间维分为规划、拟订方案、研制、生产、安装、运行、更新 7 个时间阶段；
逻辑维包括明确问题、确定目标、系统综合、系统分析、优化、决策、实施 7 个逻辑步骤；
知识维包括工程、医学、建筑、商业、法律、管理、社会科学、艺术等知识和技能。
（2）切克兰德方法。
切克兰德方法的核心不是“最优化”而是“比较”与“探寻”。将工作
过程分为认识问题、根底定义、建立概念模型、比较及探寻、选择、设计与实施、评估与反馈 7 个步骤。
（3）并行工程。并行工程（Concurrent Engineering）方法是对产品及其相关过程（包括制造
过程和支持过程）进行并行、集成化处理的系统方法和综合技术，目标是提高质量、降低成本、缩短产品开发周期和产品上市时间。
（4） 综合集成法。钱学森提出从系统本质可以报系统分为简单系统和巨系统两大类。开放的复杂巨系统的一般基本原则：整体论、相互联系、有序性、动态，主要性质
是开放性、复杂性、进化与涌现性、层次性和巨量性。
（5）WSR系统方法。是物理-事理-人理方法论的简称。一般工作过程可以理解为理解意图、制定目标、调查分析、构造策略、选择方案、协调关系和实现构想7步。
- 系统工程的生命周期
系统工程的生命周期阶段包括探索研究、概念阶段、开发阶段、生产阶段、使用阶段、保障阶段和退役阶段。 生命周期方法有*
计划驱动方法、渐进迭代式开发、精益开发和敏捷开发。* - 基于模型的系统工程（Model-Based System Engineering,MBSE）
MBSE是建模方法的形式化应用，以使建模方法支持系统需求、分析、设计、验证和确认等活动，持续贯穿到所有的生命周期阶段。产物包含：在需求分析阶段，产生
需求图、用例图及包图；在功能分析与分配阶段，产生顺序图、活动图及状态机（State Machine）图；在设计综合阶段，产生
模块定义图、内部块图及参数图等。 系统工程的三大支柱：建模语言、建模工具和建模思路。
6.2系统性能
-
系统性能评价
系统性能评价指标是指软件、硬件的性能指标的集成。其中：
（1）评价计算机的主要性能指标有时钟频率（主频）、运算速度、运算精度、数据处理速率（Processing Data Rate，PDR）、吞吐率等。
（2）评价路由器的主要性能指标有设备吞吐量、端口吞吐量、全双工线速转发能力、路由表能力、背板能力、丢包率、时延、时延抖动、协议支持
等。评价交换机所依据的性能指标有端口速率、背板吞吐量、缓冲区大小、MAC地址表大小等。
（3）评价网络的性能指标有设备级性能指标、网络级性能指标、应用级性能指标、用户级性能指标和吞吐量。
（4）评价操作系统的性能指标有系统上下文切换、系统响应时间、系统吞吐率（量）、系统资源利用率、可靠性和可移植性。
（5）衡量数据库管理系统的主要性能指标有最大并发事务处理的能力、负载均衡能力、最大连接数等。
（6）评价Web服务器的主要性能指标有最大并发连接数、响应延迟和吞吐量。 -
性能指标计算
（1）每秒百万次指令数（Millions of Instructions Per Second，MIPS）MIPS=指令条数/(执行时间×10^6)
（2）峰值计算，是指计算机每秒钟能完成的浮点计算最大次数。包括理论浮点峰值和实测浮点峰值。
理论浮点峰值 = CPU 主频×CPU 每个时钟周期执行浮点运算的次数×系统中 CPU 数
（3）等效指令速度法或吉普森（Gibson）法，早期用加法指令的运算速度来衡量计算机的速度，后来发展为各个指令的运算时间乘以占比。通常加、减法指令占
50%， 乘法指令占 15%，除法指令占 5%，程序控制指令占 15%，其他指令占 15%。 -
性能调整
性能调整由查找和消除瓶颈组成。对于数据库系统，性能调整主要包括CPU/内存使用状况、优化数据库设计、优化数据库管理以及进程/线程状态、硬盘IO及剩余空间、
日志文件大小等。对于应用系统，性能条状主要包含应用系统的可用性、响应时间、并发用户数以及特定应用的资源占用等。 -
阿姆达尔（Andahl）解决方案
加速比定义：加速比=使用增强部件时完成整个任务的时间/不使用增强部件时完成整个任务的时间
新的执行时间=原来的执行时间×[(1−增强比例)+增强比例/增强加速比]
总加速比=原来的执行时间/新的执行时间=1/[(1−增强比例)+增强比例/增强加速比] -
性能评估
主要包括：
（1）基准测试程序（Benchmark）定义：应用程序中用的最多、最频繁的那部分核心程序。基准测试程序中，评测的准确程度依次递减：真实的程序、核心程序、
小型基准程序和合成基准程序。基准测试程序有整数测试程序Dhrystone、浮点测试程序Linpack、Whetstone基准测试程序、SPEC基准测试程序和TPC基准程序。
（2）Web服务器的性能评估方法有基准性能测试、压力测试和可靠性测试。
（3）系统监视的方法通常有系统内置命令、查询系统日志、可视化技术3种方式。