Современные информационные технологии/1. Компьютерная инженерия

О.В. Новоселова, Любчикова О.В.

Московский государственный технологический университет «СТАНКИН», Россия

Реструктуризация процесса выполнения задачи по временной характеристике на этапе предпроектного обследования

Процесс создания автоматизированных систем (АС) по методологии автоматизации интеллектуального труда (МАИТ) включает этапы предпроектного обследования, проектирования, подготовки реализации и реализации (разработки и тестирования системы). Методология автоматизации интеллектуального труда была разработана в МГТУ «СТАНКИН», она определяет набор модельных представлений для обеспечения промышленного способа создания и развития автоматизированных систем [1]. Важным преимуществом процесса создания автоматизированных систем по МАИТ является наличие модели, которая не зависит от программно-технической среды и средств реализации.

На этапе предпроектного обследования выполняется анализ задачи и формируется модель, которая отражает процесс ее решения с точки зрения предметного специалиста. Описание модели фиксируется в виде диаграмм и спецификаций для функциональной и информационной составляющих и их увязки (модели в целом).

Функциональная составляющая задачи описывает декомпозицию задачи на подзадачи в виде системы предметных действий, которая строится с использованием базовых (последовательность, итерация, альтернатива) и типовых алгоритмических конструкций (цикл, переключатель). Для определения возможности параллельного выполнения подзадач было предложено структурное представление алгоритмических конструкций, которое вводит пространственно-временные характеристики для процесса решения задачи. Это позволяет проводить реструктуризацию системы предметных действий по временным характеристикам (тактам) и пространственным (конвейерам) [2].

Структурное представление основывается на математическом аппарате блочных матриц [2], где каждое сложное предметное действие (СПД) y_ps (s-е предметное действие на p-м уровне декомпозиции) можно представить матрицей A_ps, которая включает следующие блоки: A¹_ps – описывает внешние входные информационные связи СПД ; A²_ps – описывает структуру простых предметных действий в рамках СПД, их внутренние информационные связи; A³_ps – описывает внешние выходные информационные связи СПД; A⁴_ps – описывает тип конструкции СПД. Блочная матрица A_ps:

Aps =	A^1ps	A^2ps
	A^4ps	A^3ps

Для реструктурирования системы предметных действий сначала необходимо выполнить формирование полного и расширенного структурного описания для предметной задачи в целом [3,4]. Для этого итеративно в исходном структурном представлении СПД верхнего уровня A_ps на каждом шаге раскрывается какое-либо действие, являющееся сложным, и получается, что A_ps дополняется структурным представлением СПД нижнего уровня A_(p+1)h . Процедура выполняется до тех пор, пока все сложные предметные действия не будут раскрыты и представлены структурами из простых предметных действий. Матрица полного структурного описания A^*_ps позволяет получить целостное представление предметной задачи, которое учитывает ее разложение по тактам (столбцам) и конвейерам (строкам) и информационную связность между предметными действиями. В работах [3,4] приведено формальное описание правил формирования блоков и элементов блоков полного структурного описания для задачи в целом.

Только после построения полного (A^*_ps ) и расширенного (A^*_ps ) структурного описания можно приступать к реструктуризации системы предметных действий и формировать оптимальное структурное описание в соответствии с критериями пространственно-временных характеристик. Формальное описание формирования полного и расширенного структурного описания для предметной задачи в целом приведено в работах [3,4].

Формальное описание реструктуризации системы предметных действий по временной характеристике предполагает сокращение количества столбцов, определяющих такты, в блочной матрице расширенного структурного описания A^*_ps. Для упрощения описания блочная матрица A^*_ps копируется в блочную матрицу B_ps : A^*_ps = B_ps .

,

при этом (b^k_ql)^2-ps = (b¹_ql)^2-ps, то есть для любого элемента (b^k_ql)^2-ps первоначально индекс k = 1.

1) для каждого элемента (b^k_ql)^2-ps матрицы B²_ps, при q = l = 1,…, n; k = 1 выполняются следующие шаги:

для элемента, стоящего на главной диагонали: (b¹_ql)^2-ps= y_(p+1)k , при q = l = t; k =1

проверяется условие для элемента (b^k_ql)^2-ps, где q = t, l = t-1:

ü если (b^k_t(t-1))^2-ps = 1, то столбец сдвига не определяется (i = t) и элемент y_(p+1)k остается на прежнем месте;

ü если (b^k_t(t-1))^2-ps = 0, то столбец сдвига определяется как i = t-1 и все элементы из столбца t переносятся в столбец (t-1) по нижеприведенным правилам.

Правила перемещения элементов:

· перемещаем элемент, стоящий на главной диагонали

(b¹_ql)^2-ps= y_(p+1)k , при q = l = t; k = 1:

(b^k_t(t-1))^2-ps= (b^k_tt)^2-ps = y_(p+1)k

· для всех остальных элементов столбца t:

(b^(k+1)_q(t-1))^2-ps= (b^k_qt)^2-ps, где q = 1, … , t-1; t+1, … , n; k = 1.

В общем случае в ячейке формируется строка значений:

(b^k_q(t-1))^2-ps = [b¹_q(t-1), b²_q(t-1), … b^w_q(t-1)], то есть k = 1, … ,w.

· все элементы столбца t обнуляются: (b^k_qt)^2-ps = 0, после данный столбец уничтожается.

2) находим элемент (b^k_(n+1)l)^3-ps матрицы B³_ps,

при этом (b^k_(n+1)l)^3-ps ≡ (b^k_1l)^3-ps при l = 1,…, n; k = 1, … , w

и (b^k_1l)^3-ps связан с (b^k_tt)^2-ps, то есть значение элемента матрицы-строки B³_ps является выходной информацией для элемента матрицы B²_ps.

Для элемента (b^k_1l)^3-ps выполняются следующие шаги:

ü если столбец сдвига для элемента (b^k_tt)^2-ps матрицы B²_ps не определен (i = t), то элемент (b^k_1l)^3-ps остается на месте в том же столбце l;

ü если столбец сдвига для элемента (b^k_tt)^2-ps матрицы B²_ps определен (i = t-1), то в матрице B³_ps элемент (b^k+1_1(t-1))^3-ps = (b^k_1t)^3-ps.

3) блоки B¹_ps , B⁴_ps блочной матрицы B_ps остаются без изменений.

В результате выполнения вышеописанных действий получается блочная матрица B_ps, которая содержит сжатое по горизонтали структурное описание матрицы A^*_ps. После реструктуризации по тактам проводится реструктуризация (минимизация) по пространственной характеристике (конвейерам).

Предложенный конвейерно-тактовый подход и правила формирования и реструктуризации (оптимизации) структурного описания предметных задач, позволили распараллелить функциональную структуру задачи с учетом информационной связности действий.

Разработанное формальное описание реструктуризации системы предметных действий по тактам позволило перейти к разработке формального описания реструктуризации СПД по конвейерам и алгоритмов, позволяющих моделировать функциональную составляющую предметных задач и оптимизировать процесс их решения для сокращения временных затрат в вычислительной среде [4, 5].

Литература:

1. Г.Д. Волкова. Методология автоматизации интеллектуального труда. – М.: Янус-К, 2013. – 104 с.

2. Волкова Г.Д., Курышев С.М. Анализ и моделирование традиционных процессов решения предметных задач // Автоматизация и управление в машиностроении, 1999. №7. [Электронный ресурс]. URL: http://magazine.stankin.ru/art/index.html.

3. Волкова Г.Д., Ефромеев Н.М. Моделирование предметных задач на ранних этапах автоматизации // Тезисы докладов Международной научной конференции, посвященной памяти профессора А.М. Богомолова «Компьютерные науки и технологии». – Саратов: СГУ им. Н.Г. Чернышевского, 2012.

4. Новоселова О.В. Моделирование традиционных процессов решения предметных задач на начальном этапе автоматизации // Материалы Х Международной научно-практической конференции «Эффективные инструменты современных наук – 2014». – Чехия, Прага: Publishing House "Education and science" s.r.o., 2014 – с. 23-30.

5. Любчикова О.В., Солодовникова Н.В. Моделирование традиционных процессов решения предметных задач /Материалы студенческой научно-практической конференции «Автоматизация и информационные технологии (АИТ-2014)». Первый тур. Факультет информационных технологий и систем управления. Сборник тезисов докладов. – М: ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН», 2014, 154 с. – с. 96-97.