Тема 1.1. Понятие вычислительного процесса. Основные свойства

Современные системы управления содержат важный подкласс систем – управляющие устройства, осуществляющие координацию процессов с конечном множеством состояний.

Работа таких устройств описывается с помощью дискретных переменных. Этот факт не исключает использования непрерывных переменных, но дискретные играют решающую роль: они определяют последовательность дискретных состояний системы, реализация которых и составляет управление процессом вычислительной обработки.

Типичный пример системы с конечным числом состояний - управление обменом информацией в сетях ЭВМ. Еще пример: процесс трансляции программы, причем трансляция разных программ считается разными процессами, так как в этих процессах используются разные данные.

Процесс – совокупность последовательных действий для достижения какого-либо результата.

 

Вычислительный процесс – выполнение отдельной программы с ее данными под управлением некоторого устройства (процессора).

Существенными чертами процессов, действующих в таких системах управления, являются:

Ø ДИСКРЕТНОСТЬ - наличие у процессов (и составляющих их подпроцессов) явно выраженных фаз, в течении которых происходят изменения состояний процессов, причем в каждой фазе системы управления выдается информация о ее завершении (очевидное свойство описываемых процессов);

Ø СОГЛАСОВАННОСТЬ - переход к следующей фазе процесса инициируется системой управления только после получения сигнала об окончании предыдущего перехода (менее очевидное свойство поведения системы, предназначенной для реализации желаемого поведения объекта управления, отражающее причинно-следственные связи взаимодействия объекта и системы управления);

Ø ПАРАЛЛЕЛЬНОСТЬ - возможность одновременных переходов в нескольких подпроцессах;

Ø АСИНХРОННОСТЬ - отсутствие ограничений на относительную длительность операций перехода, зависящую от многочисленных неконтролируемых факторов.

Параллельность и асинхронность являются естественными чертами практически всех технических систем, проявляются как в системах управления, так ив управляемых объектах.

Асинхронность выдвигает требование инвариантности поведения системы к изменениям длительностей переходов, за исключением тех случаев, когда длительность перехода несет информацию, существующую для процесса управления.

Тема 1.2. Определение метамодели «асинхронный процесс»

В настоящее время проектировщики дискретных вычислительных, информационных и управляющих систем используют ряд моделей, позволяющих описать динамику функционирования этих систем с учетом возможного параллелизма и асинхронности взаимодействия их подсистем.

 

Модель – это представление, как правило, в математических терминах того, что считается наиболее характерным в изучаемом объекте или системе. Манипулируя моделью системы, можно получить новые знания о ней, избегая опасности, дороговизну или неудобства анализа самой реальной системы. Обычно модели имеют математическую основу.

 

Рассмотрим эти модели, переходя от общей к частным.

Каждая из частных моделей отражает те или иные аспекты поведения систем и в силу этого имеет ограниченное применение. Тем не менее, наличие общих свойств у таких моделей позволяет предположить некоторую удобную в методологическом отношении метамодель, которая порождает частные, объектные модели.

Термин "метамодель" понимается, как модель, применяемая для исследования и описания некоторого класса моделей

Механизм порождения частных моделей на основе метамодели определяется способами интерпретации - "задания значения (смысла) математических выражений (символов, формул и т.д.)" - основных понятий метамодели.

Итак, использование метамодели позволяет описать основные свойства частных моделей, использующихся в исследуемой области, а те, в свою очередь, позволяют решить задачи, часто встречающиеся при конструировании и исследовании дискретных систем.

 

В нашем рассмотрении в качестве метамодели будет использована некоторая формализация, носящая название "асинхронный процесс".

Данная метамодель ориентирована в основном на анализ свойств системы и решение вопросов ее аппаратной реализации.

 

Определение 1.1. Назовем асинхронным процессом (АП) четверку <S, F, I, R>, в которой:

S - непустое множество ситуаций;

F - отношение непосредственного следования ситуаций, определенное на множестве S´S (FÌ S´S);

I - множество инициаторов (IÌS), т.е. таких ситуаций из S, для которых если i F s_k, iÎI, s_kÏI, то из s_k F s_l следует, что s_lÏI;

R - множество результантов (RÌS), т.е. таких ситуаций из S, для которых, если

r F s, rÎR, то sÎR.

 

Комментарий к определению:

Процесс – понятие, которое может иметь различные значения, например:

1) последовательная смена состояний...;

2) совокупность последовательных действий для достижения какого-либо результата...

В данном случае процесс описывает динамику смены ситуаций.

Асинхронный – уточнение, используемое для того, чтобы показать, что категория времени формально не фигурирует в определении; привязка к сущности "время" осуществляется с помощью отношения F: если , то время перехода из подмножества ситуаций в подмножество ситуаций не оговаривается - оно может быть произвольным, но конечным.

 

Ситуация - сочетание условий и обстоятельств, создающих определенную обстановку, положение. В любой момент наблюдения АП может находиться в одной и только одной ситуации.

Инициаторы - подмножество ситуаций, активизирующих процесс. Назначение инициаторов осуществляется на основании семантики процесса. Введенное ограничение на их выбор означает, что инициатор не может быть только следствием некоторого подмножества ситуаций, он обязательно должен быть причиной.

Результанты – подмножество, состоящие из финальных ситуаций. Их выбор также делается на основе семантики процесса. Ограничения означают, что результант не может быть только причиной, он обязательно должен быть следствием какой-то ситуации.