авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |

«ИЗ ФОНДОВ РОССИЙСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ БИБЛИОТЕКИ Секачёв, Виктор Александрович Компьютерная поддержка процесса структурного ...»

-- [ Страница 2 ] --

Над любыми реального множествами можно нроизводить онерании об работки (добавление элементов, удаление, нометка), а над элементами множе ства - объед1Н1ение, разноеть, дублирование элементов. Поскольку граф С^,онисывается с иомонипо неречисленн11Х множеств, онерании над этими множествами приводя к к его нреобразованию. При редактировании графа уместны следуюнще операции [6,33, 63, 78]:

Добавление веришны Vp в граф Gp(Vp,Ep] даёт граф G ' ( v ' Е ' ] = G (V Е )+v riieV'-=V u ( v I & E ' -=1^ Добавление ребра ер в граф Gp(Vp,Ep) даёт граф Удаление вернтны из графа Gp(Vp,Ep) даёт граф из графа Gp(Vp,Ep] даёт граф Удаление ребра Под объединением графов Gp^Vp,!-'!,] и Gp(Vp^,Ep] ноннмается граф := V^ и где Данная операция имеег место нри коиировании HCCKOJHJKHX вер1нин 2.2.2. Операторы преобразований структуры Когда уравнение измерения или функционирование системы известно, можно в почти автоматическом режиме получить структуру графа. Когда но лученне общей функциональной зависимости ИИС иевозможно вследствие наличия фактора неонределённости на еистемном этане нроектирования или затруднено вследствие сложности объекта, HOJHiocTbio автоматизировать про цесс нервоначазплюго синтеза структуры графа невозможно. С точки зрення компьютерной ноддержкн, следует говорит), о диалоговом взаимодействии ПС и субъекта, занима1ОН1;

егося нроектнрованнем. Это нроектирование долж но вестись в рнперактнином режиме с возможностью отката назад.

На сегодня любью ПС, нредназначеннью для проектирования, имеют в своём арсенале модуль, нозволяющий с нуля создавать нроектируемый объ ект, представленный в виде соогвегствук)Н1ей математической модели или ре дактировать образен, гюлученный в резузн.тате автоматнческой работы (на пример, раснознанное графнческое нзображение или текст). Наиболее часто под видом таких моделей нредетавляетея некоторый набор данных, представ ляемый в внде графических объектов векторного редактора графики. Так как в нашем случае структура нредетавляетея в виде графа, то очевидно, что в кон тексте программной реализании до:гл{ен нрнсутствовагь такой редактор, а данные, отображаемые в виде фафа, находятся в виде набора данных, нред ставленных в виде еовокунности одномерных массивов, содержащих имя верншны 1рафа, функнию, нредставленную в виде строки, координаты ноло жения, иеходянще связи, входянще и т.д. в зависимости от реализации. Этот набор может быть нреобразован в объект для дальнейн1ей обработки на осно ванин извеетных снособов задания фафов в намяти ЭВМ.

Принимая во внимание теоретические результаты и. 2.2.1, очевидно, что для неносредственного создания структуры графа необходимы извеетные онераторы для слруктурного нреобразования графов - онераторы добавления верншны, добавления дуги (связи), удаления верншны, удаления дуги (связи) - это тиничные онерагщи для фафа. В случае с нросктированием многока нальной системы необходим онератор коннровання нескольких верншн с имeюн^н^н^eя связямн. В нелях формирования лучнюго образа для воснриятия необходимы онераторы переноски (изменения координат 1юложения) одной и неекольких вер1нин. При нереходе на качественно новый уровень проектиро вания (например, е узлов на блокн) необходнм онератор расннфення верншны структурой графа HOBOIX) качее! ва.

При реализации комиыотсрной поддержки имеют важное значение сле дующие снойсчва объекта нроектирования - графа (структуры):

1) имя вершины;

2) нoJЮжeниe текста имени вершингл (влево - низ, влево, влево - вверх, вверх, внраво - вверх, внраво, внраво - вниз, вниз);

3) строка блочной функции (если бJючнyю функцию онределить затруд нительно, то иснользуется имя вершины);

4) двумерная коорди11ата но:юже1шя веринннл графа на контексте ото бражения;

5) снисок-массив входяншх-исходяншх связей с другими вершинами.

Нетрудно заметить, что граф в самом простом случае можно представить в виде связно1'о бинарного множества верпшн и связей между этими вернш нами, которые в данном случае имеют направленный характер. Принимая во внимаиие вын1есказан1ше, можно утверждать, что обьект нредставления есть объединение:

1) списка имен составных элементов (ком1юнент) ИПС;

2) списка положений текста имени комнонента;

3)списка функций;

4) списка Х-коордипат пoJЮжeпия ко\п1О11ента;

5) списка Y-коордипат положения колшонента;

6) списков мест (состояпщх из указателей на имена верпшп) показглваю ш;

их выходы - входы :п1пнй связи (в данном случае нрямых и кривых) [55].

Введём соответствующие обозначения для структуры ИПС Gh, имеющей п-верншп и v-связей (ребер).

Таблица 2. Обозиачсние Расшифровка Мощность Дли диалогового режима и матрицы ипцидеитпости п Миожество имей компоиспт ИИС N, Список положсиия текста имеии компоиепты п N н Список функций компоисита N н Список абсцисс положений каждого компо N испга на контексте отображения Сиисок ордипат положений каждого компо- н N нента на KOFiTeKcre отображения ДJrи магри1и1 иицидеигиости Н Снисок ндентифнкаторов прямых или кривых линий связи Для диалогового режима Снисок норядковых номеров компопепт нсхо- V LI дянщх лииий связи Снисок норядковых номеров комнонент вхо L2 V ДЯН1НХ линий связи Тин линии связи (нрямая или кривая) Тр V Во всех 4-х случаях (IIi-II.i) нод идентификатором ноннмается иденти фикатор исхода (-1 ecjHi ирямая стрелка или -2 если кривая), 1?хода (1 если нрямая стрелка или 2 ecjHi кривая), pa'здeJнг^'eJIя/зaиoлIlи•гeля (0).

Каждгн'1 элемент снисков Ni — N5 имеет порядковый номер, нричём но рядок положения элемеигов сниска N| онределяет норядок ноложения эле ментов в снисках N2 - N5.

Соответственно, нредставление структуры ИИС в нроцессе диалогового режима заиинются как:

нц, Hi2,...,ni,,-элементы сниска имён элементов (комнонент) ИИС;

^21, ri22v • - ^ 1 - элементы сниска ноложений текста именн комноненты;

П4ь П42,.--,040- абсциссы комнонент на контексте отображения;

Пзь Пзг, Пзз,.--,115,1- ординаты комнонент на контексте отображения;

Пзь Пз2, Щ},---,Щп - элементы функций комнонент;

Ipi, 1р2,...,tpv - элементы идентификаторов тинов линий;

(hii \ bji)) (lii2J I2j2)v5 Oiiv^ bjv)" нор51дковые номера комнонент, из кото рых входит или выходит связь в данную вершину, где i и j - натуральные чис ла, нринимаюн1ие значения от 1 до п.

Представление на оенове матрицы инцндентности (МИ) занишется как:

Г1|Ь i 2 b П | 1 ? П З Ь ^^^ЗЬ h i i i, h2i2, •••, — h l i v П12, П22, n,l2, П52, П32, 0 |, 0 2,..., 0 v где iiiii- п-й элемент сниска Ni;

П2п- n-й элемеггг сниска N2;

П4п- п-й эле мент сниска N.i;

Пзп - п-й элемент сииска N,;

пзп - п-й элемент сниска N3;

— hiii/hiii -исход/вход ирямой линии;

—h2i2/h2i2 - исход/вход кривой;

Оу-элемент заполнитель. Функциональное иримеиение операторов к исно;

нзуемым в нро граммной реализации структурам данных и нредставление онераторов нреоб разования нриведено в таблицах 2.2-2.9, где показано нредставление данных до и после применения оператора.

1) Оператор добавлепия ко\п1оненты ni в структуру Gh Таблица 2. Представление в нроцессе В виде матрицы инцидентности диалогового режима До До Пц, П12,...,П1п;

П ц, П2Ь П4Ь П з ь П з ь h m, h2i2, •.., П2Ь П22,---,П2п;

-hiiv П4Ь П42,...,П4п;

П|2, П22, П42, Пз2, П32, О ь 0 2,..., 0 v Пзь П52,---,П511;

Пзь Пз2,---5ПЗ|1;

П|П5 П2п, П4п, П5„, Пзп, — h l j l, iPbip2,...ipv;

—h2i2,..., h|jv (bib bjl ), (I|i2;

l2j2 ),.-., (bivj bjv) После После П ц, П12,..., nin, m(i+n);

П ц, П21, П4Ь Пзь Пзь h m, h2i2,..., П2Ь П22,-",П2|1, 1112(1+11)1 -hiiv П.1Ь П42,...,П4|,, m4(i+n);

П12, П22, П42, П32, П32, Оь 02,...,0v Пзь П52,...,113п, 1113(1+п);

Пзь Пз2,---,Пзп, 1113(1+п)1 П111, П2п, П4п, Пзп, Пзп, — h | j b ipi, tp2,...tpv;

--h2i2,...,h|iv ni|(n+l)? ni2(n+l)i m4(n+I)» тЗ(п+1)?

(blvlblv ), (Il2v5b2\)v?

1'ПЗ(п+1)» 0 ], O2,..., Ov (llnvjbiiv) 2) Оператор добавлепия прямой линии связи между компопептами структуры ИИС Gh от ni к П Таблица 2. Представлепие в процессе В виде матрицы ипцидеитности диалогового режима До До П ц, П12,...,П1п;

П|Ь П2Ь П41, Пзь Пзь h m, h2i2,..., П2Ь П227---5П2п;

-hiiv П4Ь П42,---,П4п;

П12, П22, П42, П32, П32, Оь 02,...,0v ПэЬ П525--чП5п;

Пзь Пз2,---,Пзп;

nin, П211, П4п, П5,1, Пзп, — h | j b tpbtp2,...tpv;

—h2i2,---, hiiv (bib bjl ), iUil'i I2J2 ),•••) (bivl biv) После После П | Ь П12,-..,П1п;

Пц, П2Ь П4Ь Пзь Пзь h m, h2i2,..., П2Ь П22,---,П2п;

—hiiv, —hini(v+i) П12, П22, П42, П32, П32, Оь 0 2,. - - Д, П.Ц, П42,...,П4п;

Пзь П525---5П5п;

h|n2(v+I) Пзь Пз2,-",Пзп П|п, П2п, П4п, П5п, Пзп, - h l j l, — h 2 i 2 v tpbip2vtpv, tpv+i=l;

hiiv, Ov+i (liibbji), (Iii2;

bj2)v,, (llnlfv+n;

l2n2(v+l)) 3) Оператор добав;

гения нанравленной дуги связи между компопентами структуры ИИС Gh от П] к П Таблица 2. в виде матрицгл ипцидептпоети Представление в процессе диа логового режима п,ьп,2,...,п,„;

До До Пц, П21, П4ь Пзь Пзь ' Zi2,...,.Ilia П12, П22, П42, Пз2, П32, ( )ьО2,...,0v П4Ь П42,' • •,П4п;

П з ь Пз2,- • •,Пзп ;

П],,, П2п, П4п, Пзп, n'jn, n2i2,- • •, n i i v 1'liv, »2iv ) После После П| 1, П|2,- • ^ n i n ;

П)ь П2Ь П4Ь Пзь Пзь 1^ 2i2, • • •, niiv, n2nl(v+l) П12, П22, П42, П32, П32, С1,02,...,0v.

Пзь Пз2,- • •,Пзп ;

h2ii2(v+l) Пзь Пз2,- • •,Пзп;

-hiji. -- 2 i 2, - - -, hiiv, Ov+ ( l l i b b j l ), (1112;

l2j2 ),•••?, VMiiUv+l);

'2n2(v+I) j 4) Оператор удаления нрямой линии связи структуры ИИС Gh между компопептами П] и П Таблица 2. Предетавлепие в процессе диало- В виде матрицы инцидентности гового режима До До П12, П22, П42, Пз2, П32, Оь 02,...,0v П.Ц, П42,- • •,П4п;

П|п, П2|1, niii, П311, Пзп, " h | j b 1рь tp2,...ipv;

n2i2,- • •, n|iv ( l l i b h]\ ), ( I l i 2 ;

l2i2 ),••-, Л, • 1. " V Iiv, '2iv J После После П11, П | 2 5..., n | f i j П | ь П2Ь П4Ь Пзь Пзь П ^ ь n2i2, • • •, n ^ i, П 2 2,. • •,П2п;

П12, П22, П42, П32, П32, Оь 02,...,0у. Пц, П42,-..,11411;

Пзь Пз2,- • •,Пзп ;

Пзь Пз2,- • •,Пзп;

^Р1 ^Р2 • • -tPv 1^1' h 2 i 2 v j h|n2(v-l) (llib bjl ), (1п2;

I 2 j 2 ) v j (llnl(v-l);

l2n2(v-l)) 5) Оператор удалепия дугп связи структуры ИИС Gh между компонен тами П и П 1 1 аблица 2. Представлепие в процессе диало- в виде матрицы игншдентности гового режима До До П | |, П12,...,П1п;

П | 1, П21, П41, П51, П з ь h i i b h2i2, П21, П22,---,11211;

П12, П22, П|2, П52, Пз2, О ь 0 2,..., 0 v П.||, П425---»П4|1;

^ 5 1, П52,---,П511;

n i n, П2п, П4п, П5„, Пзп, — Ь у ь П31, Пз2,---5ПЗп;

tp,,iP2,..-ipv;

—h2i2,---, h | i v (llib bjl )j ('li2;

l 2 j 2 ) v j (liiv;

biv) После После П | |, п12,.--?п1п;

n i b ^2\, П4Ь П5Ь Щ\, h l i l, h2i2, ---, --h2nl(v-l) П2Ь П22,---)Г12п;

П41, П42,---,П4п;

П12, П22, П42, П52, П32, О ь 0 2,..., П51, П52,---,П511;

Ov- П31, Пз2,---,Пзп;

Ipi,lp2,...lpv-i=2;

П1п5 Г12П5 П4п, "5,1, Пз„, - - h y i, (iiiv;

biv), (Ii2v;

l22v ),-••? — h 2 i 2,. -., h2n2(\-l) (linKv-n;

bniiv-i)) 6) Онератор удаления компоненты П со связями из структуры ИИС Gh (кол-во связей 1) Таблица 2. Представлепие в процессе диалогово- в виде магриць I инцидентности го режима До До Пи, П21, n3bh,n,h2i2.

П11,П,2, • - •, п 1 п ;

П41, П51,..., 1^2 Ь П22, V П|2, П22, П42, П52, П32, Оь П4Ь 142, ПзЬ П Пзь Пз2, X п,„,-Ь,я, ),(lli2;

l2.i2 ),---, V После Пп,--,.1И ( п -., ;

После Пи, П5Ь n3bhiibh2i2, ПЦ.

"h" S П12, П22, П42, П52, П32, Оь 02,- -•,Ov-f. - h «z,....h,o.,K..2пМ1...;

12с-.)2),-.-, hl.

п 7) Оператор добавлепия структургя Dh (d-вершиц, е-связей, описапие множеств Mi-Mj апалогпчпо N1-N5, р н г - narypajnnMe числа, принимающие значения от 1 до d, показываюпше порядковые номера комиопепт, из которых входнт или выходит дуга).

Таблнца 2. Предетавлепие в процессе диа- В виде матриц!Л инцидентностн логового режима..,п,.;

До До, П41, Пэь Пзь hi b h 2 i 2 7 ---, П,ьП,2,. П1ЬП21 l П12, П22 П42, П52, П32, 0 1,02,...Д П4Ь П.127 -h2i2,- -,h,iv (lii'bbi'i) ;

fei,.)....,.,п„„ После После П)ь п.м, Пзь hI i b h 2 i 2, -, П,,, П2, Пц, П127 п г ( v + l ) ? ^ ( \ ' 2 ) ^ • • • ?^' П|2, П22 П12, П52, Пз2, 0 1,02,...,0v.

П П 1112(1+п), ^ ^^(v+1), ^ (v+2)v--,0(v+c) П4Ь П42,. • - : ' " " • • • ' П5Ь П52,.

0(v+2),-- -,O(v+e) 1115(1+11)7 П П з 1, 1132,- 1111(1+11), 412(1+11)7 1111(1+11)7 1115(1+11), 0i,02, O,,-hi( П1з(1+п), Ч13(1+11), Г' lH2(2+n)7 lll.l(2+n) (bivi bjv) O i, O2, 0 „ h i ( i i p 1ПЗ(2+п) -1 " ),'2(r+n)(vi 1)/,- - -, llll(d+n), Ill2(dtn), in|(dhi)7 Ill5(d+n), m3(d+n), " 1, O2, y\, 0(v^ 1), — h2(i+p)(\+2)7---7"hl(i+p)(v+e) 8) Оператор удалепия из структуры ИИС Gh р компопепт с г связями Таблица 2, Представлепие в процессе диалогово- В виде матрицы И1п;

идепп1ости го режима До До П | 1, П | 2,.. -jnii^^ П21, П22)- • •?П21п П41, n42v • чП^п» П12, П22, П12, П52, П32, Oi, П л, П52,. • ч^бп j П31, Пз2,- -ч^Зп»

riln? П2п) П||1) 1^511? Щп1 l^ljl) После J Iocjie П п, П21, П|1, П51, Пзь hi(i.p)b П215' • чЧ2(п-1 )'i П415- • -jniju.!u Г1|2) 122) П|2) 152) ^32) Оь 02,...,0(v-r) П315.. •)Пз(п-1)) lp,,tp2,...lpv.r,=(lV2);

Примепепие вышеописапных операторов к проектируемой структуре возможно как в автоматизироваппом, так и в автоматическом режимах, кото рые фупкпиопируют па оспове определёшилх ajn^pnTMOB еиптеза, применяе мых прп проектировапии ИИС в зависимости от области иримепения.

2.3. Оптимизации н воссгаиовлепие оитимизироиаииой структуры иа МИВУ 2.3.1. Примериая оценка сложности Наиболее простая оценка алгоритмической сложиосги оиределяетея со отношением |54|:

Zjti (2.14) где /, — иеремеииая по мере ||i||;

а;

— коэффициеит межразмернг1х связей между всеми компоиеитами суммы иперемеииой /,.

С точки зрения схемной реализации i — иидекс блока;

tj — электриче ская неременная но i-му входу, ttj — коэффициент нередачи переменной tj, на выход блока. Этот критерий важен и для оцеики блочно-структурной сложности. Онтимум возможен, нри нриведении числа блоков и числа вхо дов к некоей оценке аниаратных затрат. 1 IoKa3arejHj сложности функциоиаль ной представимости является иоказателем оптимально1О сочетания блоков для реализации дапиого алгоритма и числа связей между блоками;

числа ^ j и числа слагаемых аЛу где] — индекс некоторого нодалгоригма, реализуе мого j-м блоком. При этом оитимизация приводит к однородиости функцио нальной сложности снисков, существуюнщх иа верпшпах пового графа.

2.3.2. Получение МПВУ и восстановление оптимальной структуры МПВУ и соответствии с алгоритмом, описанным в [56], для каждой структуры графа возможно несколько вариантов. Построение на МПВУ но вой, оптимальной структуры идёт с иснользованием первоначальной структу ры. Алгоритм восстановления приведёп пиже.

Шаг 1. Берёгся исходпый граф. Над множеством вершин исходного графа X и МПВУ Т нроизводшся операция разности Х\'Г = ТО для формиро вания миожес'гва вернши Z исходного графа, не вонюдншх в МПВУ, из мпо жестваХ.

Организуются два вложеннглх цнкла, первый по мониюсти МПВУ, вто рой - но монцюсти множества сниска вершин, в МПВУ не вонюдших.

IUar 2.1 Гри условии наличия в мпожестве Z верпшны и наличии прямой связи между верпшпой из множества Z и вернп^ной из МПВУ выполняются следуюнще пшгп:

Шаг 3. В исходной структуре ИПС определяются вершины, смежные с верп]иной из множества Z.

Шаг 4. ] 1одсчитывается количество связей для каждой из смежных вер шин.

Шаг 5. Пз смежных верптн выбирается верншна с максимальным ко личеством связей.

Шаг 6. К верпшне с максимальным ко:шчеством связей присоедипяется вершина из множества Z (склеивание вершин графа).

Шаг 7. Удаление из множества Z обработанной верншпы.

Ша1' 8. Функция вершины, не вонюдпюй в МПВУ, подвергается, если представляется возможнглм, разрезанию. 1хли разреза1П1е на п частей осун^е ствить невозможно, в недостаюпшх часч ях нишется * 1. Разрезанные части функппи или сама функция распределяется к остаюнщмся вершинам, причём выбираются верпшны с паимепьпюй сложностью фупкций.

Шаг 9. Повторение шагов 2-8 до тех пор, пока пе будут просмотрены все вершины исходного графа структуры ИИС, как вои1едшие, так и не во шедшие в МНВУ.

Шаг 10. Из нового 1рафа удаляются кратные связи.

2.4. Примеиеиие струшурио-иерархического иодхода иа графах к ироектироваиию 2.4.1. Проектирование па основе модели комионентов При проектировании сложной, тонологически расиределённой еистемы, на первом этане она нредставляегся в виде графа. Gi(V,l'). В этом графе мио жеетво верпшн V состоит из одной верннн1ы, а множество рёбер Е есть пустое множество. На уровпе подсистем имеем граф G2(Vi,Ei), где мониюсть множе ства V| и Е] больше единицы. В этом случае множество V ееть мпожеетво подсистем, где каждой вершине соответствует нодсистема. Множество рёбер есть coBOKyiHiocTb внутренних интерфейсных связей между подсистемами. Па третьем уровне имеем N2 — len(Vi) гра(|)ов Сз(У2,Е2), |де каждый элемепт множества V] разбивается на множество V2, а 1еп - мощность множества. Это есть количество иодсистем. Петрудно увидеть, что обн1ее количество узлов на третьем уровне равно ^len(V,).

Па этом уровне ясно прослеживается как внутре1Н1ие, так и впенн1ие межблоч1иле связи. Внутренние существуют в пределах, если брать уровень подсистем, го подсистем, если устройств - то устройств. Bneinnne связи па уровне системы - общесистемные, по которым ипформапионные сигналы на правляются в систему и выходы, по которым преобразованные сиг'палы па правляются во вие. Следовательно, множество 1 2 - внутренние связи в преде ^ лах одного устройства. Элемен']ы множества Е2 могут пересекаться с элемен тами множества I^i, так как отдел1ные элементы V2 могут быть евязаны с эле ментами У1.внеии1есистемиыми связями.

Четвёртый уровень - уровеиь устройств. Каждая верншиа графа узла разбивается па устройство.

Количество графов ОзСУгЗг) устройств на 4-м уровне равно N N3 =^^^^{^2)- ^^^ аналогии с третьим уровнем об1цее количество устройств N3N 1 I Каждая устройство может быть разбита на онределённое количество блоков. Граф блока G4(V.t,E4). Количество |рафов устройств N4 = Yj'Tj^^^i'^2)^ '^ обн1ее количество блоков II Каждый блок может быть разбит на онределённое количество плат.

N4 N, N Граф нлаты Сб(У5,Ь'5). Количество графов блоков I II N, N,, N, N, щее количество нлаг - ХХ!ХХ''-''^(^2)' I I 1I На нлатах устанавливаются комноненты элемен'1ной базы. Каждый представитель элементной базы обладает онределённой функцией. Онреде лённую функцию можно нредставить в виде графа. Граф функционального N, N., N, N элемента. G^(V(„\i(,). Количество |рафов плат N,^, ^ 1 I II N6 N5 N ^ N, N количество неделимых элементов - XXXXX^'^'^v^i)- '-сли брать количест 1 I I II во элементов в на каждом уровне иерархии, то можно занисать:

= 1 - сама система;

- количество нодсистем;

N N3 = Xi'^^v^s)" общее K0JHi4ecTB0 узлов;

N3 N N4 = X X ^^'^(^2)" общее количество устройств;

I I N4 N, N, N5 =^^^^^^^^^2) " общее количеетво блоков;

I 1I N5 N4 N, N - o6niee количеетво илат;

I 11Т Nu N5 N, N, N N7 = Х Х Х Х ! Х ^ ' ' ' " ( ^ 2 ) " общее количеетво элементов.

I I 1 I Графичееки это можно изобразить гак:

A О Структуршлй граф иодсисгем II уровень A,2 ti Структурный граф устройств.

Ai6iCr \ IV уровень А,з А, A, Структурный 1раф узлов III уровень Структурный граф блоков.

V уровень Элементная база Рис. 2.1. Графическая иллюстрация структурно-иерархического подхода.

Это нредетавление [79J не является единым и неновторимым. Семи уровневая структурная иерархия - клаесический нример сложной, топологи чески раснределённой ИС. Уровней может быть как 6ojHHje, так и меньше, кроме того, это разбиение может иачииатьея и е блока. Кроме того, следую щий уровень разбиения может быть предетавлен компонентами нредыдун1его, В этом елучае умеетно говорит1 о наличии нодуровней. В наетоян1ее время, успехи современной интегральной электроники нривели к тому, что система может состоять даже из одной нлаты.

Что же касается представления нри структурном нроектировании, то возможно не только графовая, но и формульная и 011ераторно-категор[1ая формы, в котором каждый символ формузил может содержать формулу.

AjH-opHi'M БФР [56| служит для онгимального размен1ения функций по элементам онределённого уровня с целью сохранения фуикциональности всей проектируемой ИИС. (Рис. 2.2):

Проектируемая ИИС на S еамом нервом уровне Уровень нолеиетем S, Уровень узлов Рие. 2.2. Пример декомпозиции некоторой етруктуры ИИС до уровня узлов.

На рис. 2.2 видно, что иа каждом уровис прсдставлсиия проектируемая система полностью сохраняет список выполняемых функций.

На самом нервом этане граф систем1.1 будет иметь вид:

S=G(V,O) (2.10) На уровне нодсистем граф системы имеет вид:

S=G(Vn, E(V).O (2.11) где п - индекс входян1,ей нoдcиcтe^нл.

Ыа уровне узлов обнщй граф системы есть объединение графов Si,..., Sn, каждый из которых имеет вид:

(2.12) где m - индекс узла п-подсистемы, и значит S = (Js,,, следовательно ) (2.13) При ироектировании, номимо декомпозиции графа нрименяется и оити мизация, которая возможна на i^cex уровнях иерархии, кроме уровня, содер жащего неделимью комноненты эзгементной базгл. Пусть, нанример, ноиск оп тимума но МПВУ нрименяется к нодсис1емам S2 и S.\. В этом случае носле применения будем иметь нортреты гра(|)()в: Sj н S ^. Тогда граф системы бу дет описываться так:

S = S, и S^ и S, и S, и S;

и S,, где S2 и S', - соответственно G'(V2t^,E(V)2,n) н G'(V4,,,,E(V),,nJ. Вид этих графов зависит от снособа вы бора варианта МНВУ.

Фрагмент, когда элементами МПВУ являются узлы, нриведён на рис.

2.2. Выбор ММВУ может оеуществляться автоматически, но умолчанию, или в диалоговом режиме, когда нользовагель выбирает ту или иную верншну, отождествлённую с нодсистемой, устройством ипи блоком. Функции вершин, не вошедших в Ml IB У, берут иа себя оставшиеся функции. Эта процедура выполняется автоматически.

Уровень =G(Vn, E(V), подсистем Уровень узлов Рис. 2.3. Пример декомпозиции ИИС с оптимизацией 2.4.2. Проектирование па основе модели процессов На осповапии даппых ТЗ и ЛЗ, зпая фупкцио[1альное представлепие от дельпых элементов, и уравпепие измерений, которое легко представить в виде отдельной функции или совокунности функций, можно в автоматизированном или автоматическом режиме, при помощи операторов, онисаппых в таб. 2.2 2.9 построить структуру ИИС. Затем, зная реализацию каждой функции в виде портрета графа, при помощи операции прнсоедипения [56], выделяя из функ ции фрагменты, соноставляя их фрагментам графа, и объединяя последние, можно нолучнть структуру.

При нроектнровании ИИС, бывает необходимость иснользования тино вых фра1"ментов структуры, уже разработанных и аппаратпо реализовапгнлх.

Эти фрагменты удобно хранить в виде матрипы ипцидентпости в текстовом файле. Если известпо фyпкциoнaJHJПoe уравпепие и сиособ сопряжеппя этих структур, то задача автоматического построспия структуры из фрагмептов легко формализуется для реализации на ЭВМ. В работе реализован пример построепия структуры из фупкпиопалынлх элементов, peajni3yioninx иреобра зования вычислительного характера (суммированне, умножение, тригономет рические функции) и показапо, что формализация oбязa'IeJппo должпа содер жать в себе сиптаксический апализатор, образцы фупкциопа]нпых элементов, их представлепие в виде графа, редактор полученной структуры. Ниже нри ведён ношаг'овый ши^оритм для процесса ностроения структуры из строки функционального описания.

Шаг 1. Выделяются коэффициенты, которые аесоциируются с входны ми и нромежуточпыми сигиалами и занисьн^аются в виде норядкового множе ства;

Шаг2. Выделяется первый фyпкциoпaJпп^IЙ элемент;

Шаг 3. В выделеппый фупкциоцазн1п.1Й элемепт подставляются коэф фициепты из порядкового мпожества, нолучепного в ншге 1.

Шаг 4. Замещение выделенного функционального элемента фрагмен том структуры графа из базы, нредстаиленным в формате, на основании мат рицы инцидентности;

Шаг 5. Объединение фрагмента структуры графа с нолучаемой струк турой ИИС нутём онерации нрисоединения;

Шаг 6. BынoJHIeIIнe шагов 2-5 до тех нор, нока строка не будет иметь нулевую ]\тшу.

Шаг 7. Правка (если необходимо) нолученной структуры ИИС или структуры её фрагмента в зависимости ог конкретной рентемой задачи.

Для ироизвольной измерите]нл1ой ироцедуры, элементы которой ониса ны в базе, ностроение осуществляется автоматически. riojHj3OBaTejHj сам мо жет редактировать эту базу, нутём добавления в неё онерандов структур.

Нанример, нреобразователь, вьнюлняюнщй обработку согласно функ ции вида: f(X,,Х2,Хз) может быть нредставлсн в виде структуры:

-7. ГПВ х:.-7,85X УпК Х- • Рпс.

ГПВ X, -• Рнс. УнК ~ ПШ, POW Р0N t ГПВ X. Рпс. ГПВ - г A POW • УпК ГПВ Рис 2.4. Структура функции Здесь припяты следующие обозначения:

Рпс. - распределитель сигпала;

ГПВ - генератор переменной величины;

POW - многократный умножитель (иснользуегся для возведения в сте пень);

УнК - умножитель на константу;

SM - сумматор;

Log - логарифматор;

Diff- дифференциатор.

Это - иервонача;

н,но иояучспиая структура. Она может быть нодвергну та онтимизании но модифицированному алгоритму Бёржа. Здесь, однако, из вестны коикретные функции каждой верншны графа. Па нрактике такое быва ет редко. Гораздо чаще функции или слин1ком громоздки для онисания с но мощыо математических выражений или затруднительны для нредетавления их составляюнщх онераторов в виде графа.

В качестве второго нримера рассмотрим ностроение реальиой гибрид ной измерительной системы с онтимизацией структуры иеиосредственно но онисанию. Построение 1рафа, онтимизация но критерию МПВУ может вес тись в автоматизированном режиме.

Для второго нримера рассмотрим ироцесс нолучения структуры ИПС для автоматизации экснеримеита нри конструировании и создание новых эле ментов и устройств нневмоавтоматики (ПИСПЛ), которая предназначена для автоматического измерения давления в контролируемых точках нневмоуст ройства, число которых может достигать 20. Процесс её иостроения с исиоль зованием онераторов дан в [56]. Рассмотрим её нредставление но структурно иерархическому тюдходу, иснользуя в качестве объекта нредетавления графы.

Как уже уноминалось выше, вначале нроектируемую структуру можно нредставить в виде «чёрного ящика», у которого имеются входы и выходы.

В соответствии с оиератором косвеиных измерений можно нолучить на чальный граф системы. Для этого сначала выберем тин входного нреобразова теля (на основе нреобразований но входу-выходу) с наименьшим чиcJюм звеньев цени. В нашем случае это давление-неремен|,ение-электрический сиг нал. Граф этого иреобразователя будет иметь вид:

S P и Рис.2.5. Вид графа ИИС на нервом этане.

Здесь S - приёмник входного/выходного давления;

Р - нневмо механический преобразователь;

IJ - источник нреобразованного электриче ского сигнала.

Представление в виде Obi = HomE(S(U),P) - описание в виде категорий Е, где Ob, - нроектируемый объект.

Ыа каждом рабочем месте производятся двойные измерения: но входно му и по выходному давлениям (1'вх, Рвых). В связи с этим детализапия сфук туры S по каждому рабочему Meciy запиню'тся как, а в виде графа Рвы ивых Рис.2.6. Детализаппя второго уровня с учётом рабочих мест.

Как уже упомипалось рапее, в одпом уровпе иерархии может быть не сколько подуровней. Кроме того, уровень не обязате]нл1о дoJrжeн иметь чёткое наименование. Для объединения или разделения вводитея нереключатель 11.

Можно записать, что представлепие в виде категорий:

Oi 2 3=HomE(S(UBx), Рвх, Пвх)+ПотЕ(8(ивых),Рвых, Пвых).

Рвх UBX Пвх Ивых Рвых ивых Рис.2.7. Распшрепие структуры с использоваиием переключателей.

Так как число рабочих мест 10 и па каждом из пих выполпяются преоб разоваиия входпого и выходпого давлений, го структура принимает вид:

Рвх1 UBXI Пвх S Рвых РвхЮ UBX ПвыхЮ Рвых Рис. 2.8. Представлепие структуры второго уровпя.

О, 2_3=riomE(S(UBxl), PBXI, Пвх1) +ЫотЕ(8(ивых1),Рвых1, Пвых1)+...+ HomE(S(UBxlO), РвхЮ, ПвхЮ)-1- НотЕ(8(ивыхЮ),РвыхЮ, 11вых10)*К Иерархически, используя в качестве объекта граф, этот процесс можно отобразить так:

Оператор системы па нервом уровне О—Ю—Ю S Ри Детализация входного оператора с учётом измерений входно! о и выходного давления \/ Рвх UBX -Ю Детализация оиератора рабочего места с учётом переюиочагелей Рвх UBX Пвх Пвых Рвых ивых Расширение оператора струк туры с учётом количества ра бочих мест Пвых Рвых Рис.2.9. Иерархическое представлепие примера проектирования па гра фах.

Принимая во внимание требования из [56] можно иостроить обобщён ный граф системы:

[ПД1,ППВх1] ПЭВх ПрВх ЛИП БН ВвЮ [ПД10,ППВх10| ПЭВхЮ ПрВыхЮ ППВыхЮ ПЭВыхЮ Рис. 2.10. Первоначальный вариант структуры ИИС.

), ПЭВх1, ПрВх1)+ ), ПЭВых1, ПрВых!)+...+ НотЕ(81()([ПД10, ППВхЮ]), ПЭВхЮ, ПрВх10)+ НотЕ(810(ППВых10), ПЭВыхЮ, ПрВыхЮ))* ([По,Пм,11н])+(11,ЛЦП,БП,Вв10,3,Выв!) - нредставление в виде категорий.

В графе на рис.2.10 нринячы следуюнше обозначения:

ПД1 — нрнёмник нневматического входного давления на i-м рабочем месте;

nnBxi — нреобразователь нневмомеханического тина входного давле ния на i-M рабочем месте;

i — преобразователь пневмомехапичеекого типа выходного дав ления на i-M рабочем месте;

n3Bxi — иреобразователь электромехаиичеекого типа входного давле ния на i-M рабочем месте;

ПЭВых1 — преобразователь электромеханического тина выходного давления па i-м рабочем месте;

ripl^xi — прерыватель канала измерений на i-м рабочем месте но вход ному давлению;

npBbixi — нрерыватель канала измерений на i-м рабочем месте по вы ходному давлению;

К4—-ключ системы нрерь1вания измерительных кана;

юв;

АЦП — ана:югово-цифровой преобразовате;

н,;

По — оператор условного перехода нри обп1,ееистемном режиме;

Им — оператор условного перехода при монопольпом режиме;

Пи — оператор уеловпого перехода при приоритетном режиме;

БГ1 — Промежуточный буферный HaKOHHTejn^;

ВвЮ— Устройство связи буферпого паконителя с устройством управ ления ЦВМ;

3 — устройство заниси входной информации в ЗУ ЦВМ;

BbiBi — устройство выдачи информации i-ro рабочего места на пифро нечать.

Как отмечазюсь в гл. 1, первой вершиной древовидной иерархии являет ся одна 15ерн1ина, адекватная всей ИИС. Следуюнщй уровень не обязательно может быть разбит на нодсистсмы. Пижестоящим уровнем может быть уро вень устройств, или блоков. Блоки могут бьгг! разбиты па субблоки. Пусть в данном случае понятие оператора адекватпо блоку. Кроме того, не каждый элемент второго уровня может быть нодвергнут детализации. В данном случае имеем М1югоканазпную систему, коюрая может работать в мононольном, приоритетном и обнщх режимах, поэтому для более детальпого представле ния целесообразцо распгарить операторы прерывапия каиалов. Для этого рас ширим с'грукчуру с учётом операторов монопольного, приоритетного, общего режима па уровне субблоков верпшпы переключателей.

На i-M рабочем меете происходи г управлепие преобразовапием еоглаепо некоторому закону, но которому определяются прнрап1епия давления или вре мепи. В момепты достижепия давлением или времени нужной величины к npeo6pa3OBaTejno ЛИ, подключается корректор и реализуется ввод нары (Рвх, Рвых) в ЗУ. Следовательно, необходим оператор ввода с корректировкой. На остальных рабочих местах сохранен режим записи об1цссистемпого типа.

Пер1К)нача:ппая измеритезгьная информация ноетупает от датчиков дав ления, которые преобразуют её в электрический сигпал. Суммарпый дипами ческий диапазон датчиков равновелик диапазопу входпых давлепий. При пе реходе с поддиапазопа происходит разбалапс измерительпого моета, и пужпо либо производить его переетройку, либо учитывать пулевой уровепь пачаль ного зпачеппя пжшпл поддиапазона. Первое требует мепьпшх аппаратурпых затрат и мепьп1ую алгоритмическую сложпость. Граф даппого преобразовате ля будет иметь вид:

РИМСД ВыхПП ПВыхПД -Ю К ВыхПП Рис. 2.11. Граф входпого преобразователя.

Здесь: ДМП - фупкцпя деформатщи мембрапы преобразователя;

ПСВ функция формирования нолезного сигнала выхода;

РПМСД - функция разба ланса измерите;

ппого моста при смепе датчика;

ВыхПП - фупкция выходпого напряжения помехи;

ПолР - функция нолезного разбаланса;

БлнП - функция балансируюп1его папряжепия;

УБ - фупкция управлепия баланеировкой;

ПВыхПД - фупкпия полпого выходпого напряжепия датчика;

ПЧСП - функ ция приращепня частоты при смене поддиапазона входного давления;

К4 веришны внутреннего коммутатора.

Далее расширяем вершины входа-выхода Si(O) онератором коррекции пневматического и электрического питапия датчиков. При окончательном по строении нервоначшнлюй сфукгуры графа, этот онератор нредставляется в виде верипнил. Сама структура корректора в рассматриваемом случае не под вергается оптимизации, хотя при необходимости её можпо осун1ествигь от дельпо.

Принимая ко внимание то, что I'Bxi и Рвых1 содержат граф на рис. 2.11, построим нepвoнaчaJHзHыё фаф ИИС (рис. 2.7).

Пр Рвых2(1) Cr [По,Пм, Пи] Рвхн(1) При Рвыхп(1)СГкп(1) 3 Вьнй К4 АПП БП МО Вв Рис.2.12. Исходный граф ИС. Здесь () - означают однотинные элементы.

() Кл11(2) К 1(2) К2(2) Выв Кп(2) Клп13(2) Рис.2.13. Оитимизироваиный граф ИС.

Новая структура, ностроенная на МЫВУ, отличается минимальным структурным содержанием и новым раснределеннем функций. Для неё харак терно то, что ноявившиеся новые функциональные элементы нриняли на себя функции выбынншх верншн (о1мечен1,1 цифрой 2), но ocTaJHicb и старые, в ча стности ЛЦП, устройство нотоковой заниси (Л 10), промежуточное запоми нающее устройство (3), устройство В11вода конечных резу]нлатов (BbHji). Но вые вершины К нриняли на себя функции вернн1п Рвх и Рвых, а вершины Клп1 - функции вершин Клп2 и КлнЗ.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ к ГЛАВЕ 1) Дано представление процесса проектирования сложпой ИИС с раз биепием па уровни иерархии в виде категорий и графов.

2) Онределепы онеранды, необходимые для автоматизированного (в диалоговом режиме) проектирования структур.

3) 1 [риведён пример функпионально-онераторного нроектирования, на основе графов, структуры, ИИС для измерения нараметров нневмоэлементов, взятой из [56].

4) Приведён пример нреобразования функционального онисания неко торой структуры в граф.

ГЛАВА 3. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РАЗРАБАТЫВАЕМОЙ КОМИЫОТЕРИОЙ ПОДДЕРЖКИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕЁ ПРИМЕНЕНИЯ НРИ СТРУКТУРНОМ ПРОЕКТИРОВАНИИИ ИИС 3.1. Концепции комцыогсрцой цоддержки при ц р о с к т р о в а ш ш ПИС на сцстсмцом этацс 3.1.1. Обоснование применения автоматизации нри ироектировании ИИС на системном уровне Создание ком1нлотерной ноддержки для структурного нроектирования РШС при реализации теоретического нодхода ностроения структур ИИС под разумевает создание соответствующей иро1раммной системы. Всякий про цесс проектирования есть эвристически нанравленный, сложный, с элемента ми итерации ^шгоритм. В общем виде он характеризуется:

1) наличием нечёткости в иекоторых нунктах нредставления априорных знаций;

2) наличием мультииликативиости нри реализации в зависимости от анализа измерительной ситуации (ИзмС) и нредметной области (ПрО);

3) наличием недетерминированности выводов (в зависимости от процес са ацализа и процесса онтимизации возможно наличие HecKOJHKHx вариантов структуры графа ИИС для нepвoнaчaJн,нoй структуры);

4) наличием итерационных циклов нри первоначальном нроектировании и наличием мпогонараметрических условий, которые могут повторяться и пе повторяться в зависимости от измерительной ситуации.

При нервоначальпом нроектировании структуры ИИС встают следую щие задачи:

1) Анализ ПрО, в которой будет экенлуатироваться нроектируемая ИС.

Здесь следует подробно описать производствеппый процесс, выделить, в со ответствии с ТЗ точки контроля первопачальпой измерительпой ипформации (места измерительных преобразователей - датчиков), выбрать каналы переда чи для визуального контроля или нреобразования для обработки на ЭВМ, для передачи на управляюнще механизмы (если таковые имеются).

2) Выделение рабочих мест с органами ручного и иолуавгоматического контроля.

3) Формирование общего уравнения системы.

4) Дета;

н1зация и выделение составляюнщх компонентов на основе имеюн1ихся или оригинальных.

5) (1)ормирование измерительных уравнений но каждой физической ве личине измерения. При этом учитывают преобразовапие иеходпой контроли руемой величины (например давлепия, скорости движения вещества по тру бам, температуры и т. д.) в электрический сигнал и памечают путь его преоб разоваппя (усиление, нреобразование в цифровую форму, аналоговое диффе ренцирование и т.д.).

6) Формирование но полученным нзмерительным уравнениям структур графа.

7) (1)ормирование 1рафов но алгоритмам функционирования по каждому режиму.

8) Обьедипепие структур в обн1,ую структуру ИИС.

9) Корректировка нолученной структуры графа.

10) Построение двудольного графа структуры и получение множества наименьшей впептей устойчивости в диалоговом режиме и построение новой оптимизированной структуры, 11) Формирование таблицы замещения, на основе которой будет в даль нейп1ем сформировапа таблица фупкций, которая оиределит повое фупкцио нальное распределение функций ио верпшнам.

12) Корректировка оптимизированной структуры графа и функциональ ного распределения, и при пеобходимости повторепие п. К), п.11, п. 12.

13) Приближённый метрологический анализ нолучеиной структуры и оценка возможности реализации с учётом имеющихся комнонентов.

14) Документирование полученных результатов нросктирования.

При комгнлотерной поддержке в идеале должна быть реализована авто матизированная ноддержка всех этих 14 пунктов, в связи с чем необходима полная (|)ормализация нродесса проектирования ИИС па уровне данпых, ис пользуемых для нредставлепия проектируемых структур на ocnoiie графов и на уровне ajH-оритмических нроцессов, иснользуемых для нреобразования этих структур.

Автоматизация п.1 - п.2 с помонцло компьютерной поддержки, но скольку здесь имеет место человеческий фактор, заюпочаю1цийся но взаимо отношениях между заказчиком и иснолнителем, на сегодняннюм уровне раз вития CB'Y очепь затрудпительна.

В третьем пупкте проектируемая ИИС представляется в виде графа, из одпой всрншны и приблизительным списком входпых и выходных воздейст вий.

В четвёртом подразумевается дета]П1зация этой вернпннл на граф под систем (устройств, б]юков, или плат к зависимости от стоян1ей задачи детали зации). Каждая вер1нипа этого графа может быть подвергпута в свою очередь детализации другим графом. В полпостью автоматическом режиме этот про цесс представить не удаётся вследствие печёткости представления o6niero ви да ИИС, imcKOJH)Ky удачпость первого вариапта структуры ИИС зависит от квалификации, опыта и сообразительпости субъекта, проектируюн1его ИИС.

Из-за этого можно предположить, что пачальпая структура графа будет фор мироваться в диалоговом режиме путём указапия верншп графа и ввода функ ции каждой 15ерн1ины, а так же связей между верншнами. Можно предполо жить, что возможно и удаление неверно введённой вернгины или связи. Так же должен быть ввод множества вершин и повторепие уже введё1П1ых с со хранеписм впутренних связей (конирование). Из вын1еиз:юженного видно, что в компыогсрпой поддержке, должен быть редактор структур. Реализация это го пункта с помощью редактора структур представляется паиболсе перепек тивпой для аптоматизироваппого проектирования.

Формировапие измерительпых уравнений (н.5) основано на исследова нии Hpeo6pa3OBaTejH.Hbix нронессов измеряемой величины (нанример, темне ратуры) в электрический сигнал, еслн она изначально таковой не является и заметном ослаблении заведомо сильной электрической величины. Это делает ся на основе уже известных уравнений иреобразования датчиков или расчёта снениали-5ирован1н1Х или уникальных нреобразователей. Фрагменты уравне ний измсррггельнглх нреобразователей с номонН'Ю математических или логи ческих операций комбиннруются в измерительные уравнения. Можно назвать процесс формирования измерительного уравнения уточнением блочно иерархичсского иодхода, носкольку формируются уже уточнения и каждые конкретные функниональные элементы, выделенные в разбиении. Но измери тельным уравнениям или алгоритмам функционирования можно посгроить граф.

Компьютерная ноддержка н.5-ц.6 состоит в автоматизации 1юлучения структуры графа по полученному уравпениго. Преобразование вида бJЮЧнaя функция - граф основано на синтаксическом aHajui3e нервоначал1[1ых функ ционалыилх элементов, когда в пропессе анализа носледоваге;

нлю выделяют ся входы/выходы, потом фyнкцпoпaJП)Пыe элемепты. Далее происходит со поставление выделеппых фупкциональных элементов с тиновыми, хранянщ мися в базе, взятие известной функции из базы вместе со структурой графа, удаление этого фрагмента из уравнения и присоединение фрагмента структу ры графа к структуре измерительного уравнения. Эта операция формпрова ния изме1)итезппого уравнення может проводитея в автоматическом режиме, В данноГ1 работе, носвян1ённой комныотерной ноддержке структурного нро ектирова1Н1я при реализации в накет программ пеобходимо включить модуль, выполпяюнцш преобразовапие измерительпого уравпепия (функции) в струк туру графа.

Еели проектируемая ИИС мпогокапальная е нроизвозн.ным выбором ка налов в завиеимостп от ИзмС, го ироиеходит доиознюние/уточнение уже еиро ектироватюй ИИС. Эту задачу можио решить нри помопщ редактора струк тур.

ИoJ[yчeпныe структуры объединяются в зависимости от условий в одну при помощи редактора структур. При помопщ этого же ипструменга нроисхо дит и око11чате;

ппая корректировка получеиной структуры ипп совоку1нюсти структур.

Ио получеппой структуре строится двудо;

нный гра({). Это всномога тельпая операция, и опа nojniocTbio автоматическая. Из верхних верип1Н дву дольного ipa([)a в автоматическом юш диалоговом режимах по выбору поль зователя 15ыделяк)тся верппп1ы графа, вопюднше в МИВУ. Иа осиовании этих вершин, 'Л также па оеновании исходной етруктуры графа, строится новая структура. Иострое1ше новой етруктуры полностью автоматическое.

Далее формируетея таблица замещения, на основании которой, в связи с содержанием в ячейках «1/Вх» или «1/Вых», осун1ествляетея разрезание вер шиппых (|)упкций структуры и формируется таблица фупкций, на основании которой и формируется енпсок 15ерпшппых фупкций повой структуры. Это происходит автоматически.

Часто возпикает задача ручпого корректирования получеппого раепре деления (|)упкцнй. Следовательно, должны быть виртуа;

н,ные инструменты для соответствующих онераций. Ири необходимости ироцедуру оитимизации можно пoвтop^пь снова.

Иосле оцтимнза1ип1 проводится прпблизите1ицый метро;

югичеекий апа лиз исходной и оптпмизировапной структур на обп1,ук) погреппюсть как кана ла, так п всей ИИС в це;

юм. Б случае пееоответетвий с 'ГЗ структура может быть цод1^срг11ута корректировке.

Исходя из аспектов автоматизироваицого цодхода цри ироектировапии структуры ИИС, па оеповапии примеров, ириведёппых в гл. 2, можпо постро ить програмлн1у1о систему, позволяюп1ую чаетичио автоматизировать про 92 цесс. Полностью автоматизировать ироцесс нроектироваиия сложной ИИС, состоян1С!1 из 6ojHjinoro колнчества разнокачественных но свойствам блоков и имеющей сзюжную связность и алгоритмическое управление на основе эври стики, нри сегодняннюм уровне развития средств вычис:нггс:нной техники невозможпо. Исходя из анализа н.1-н.14, можно сделать вывод, что накет нро грамм [781 должен включать в себя:

1) Графический редактор векторного тина для редактирования структур, представленных в виде графов. Он дозглссн выно]Н1ягь следующне действия:

- добавлять в структуру новые бзюки (верншны графа) в графическом режиме с указанием блочной функции и координат ноложения;

- удалять уже сун1естиую1цие;

- нс)х\\1ен1агь верншны графа каждую но отдельности и вместе;

ч - редактировать б]ючные функции;

- отображать проектируемую структуру визуа;

н,но;

- сохранять описание структуры ИИС в файл;

- сохранять графическое изображение структуры в файл для включения в с!1С1смгл документооборота.

2) Моду]п,, позволяюпшй BbiHOJnnnb онтимизацию структуры с форми рованием Ta6jHiHbi замен1ения и на сё основе Ta6jnHUji функций, чтобы онре делить формирование нового функционального раснределения.

3) MoдyJн,, нозволяющий отображать исходпую/опгпмизированную структур} ИИС.

4) Mojiynh, нозволяюнщй сохра[[ять/загружать её в файл.

5) Моду]н, Н03В0ЛЯЮН1ИЙ но функпии, созда{июй в виде строки, сипте зировать гра(1).

6) Модузп, позволяюпц1Й оценить иогреннюсть выбранного участка или всей ИИС.

Реализация программпого средства для структурпого проектировапия ИИС, содержап1,его вьнпеперечнслепные профаммпые модули, может быть выполнена как интегрироваипым программным средством, гак и в виде иакега программ, сос'|-оя1цего из пескольких программ, при этом каждая программа должна включать в себя модуль из п.4.

Конечно, вее эти модули для макеимальпой фупкпиопа]нлюс1и должны быть объединены в единый испо;

п1яемый файл. С целью исследования ира вильпос'1и работы разработанных алгоритмов программист иакет реализовап в виде чсшрёх исиозтяемых файзюв. В первом реализован редактор графов, процедуры онтимизации, работы с файлами. Во втором - мoдyJЦ, цозволяю щий но (Ьункции, созданной в виде строки, синтезирова']ъ граф, в третьем модуль, позволяющий нриблпзительно определить ногренцюсть. В четвёртом - редактор структур с возможностью расшпрепия/замен1епия верншпы графа структурой. Соответственно, для обмена данными между этими модулями ис пользуе')ся файл с определённой структурой и в других модулях есть ироце дуры для работы с ними.

3,1.2. Предетавление информации для автоматизированной обработки На оеновапии теоретических методов, изложе1Н1ЫХ в гл.2, можно но строить программную систему для автоматизированного нроектирования на ЭВМ. Нашачение подобной системы - обработка данных, вводимых нри но мощи клавиатуры и системы нозиционирования, нронзвольно генерируемых генератором структур или созданных с НОМОЩЫО функционального преобра зователя. Для этого необходимо выбрать мoдeJH иредставления данных (МПД). Эго мо)[еяи данных с некоторглм формальным еноеобом ониеания НО.

Нрсдставить данные в ЭВМ-значит определить некоторые неречнсляе мые иеходные объекты нредметной области, правила формирования па их ос нове новых объектов и нолучепие знаний о нредметной облаетн [13|, Дангнле сохраняются в файле, имею1цем текстовый формат в виде строк, соетоянтх И'} бук15енпь1х и цифровых символов. '1Ъксговый файл удобно по строчно считывать и занисывать. Здееь нет необходимости исиользовать тех нологии баз дан1н1х, 1юекольку объём данных, онисывающих структуру, ото бражаемую 1 виде графа, небольнюго объёма, даже ecjHi содержиг нееколько сотен вершин и тысячу евязей, нет необходимости индекеации, иоекол1)Ку ие требуется упорядочивание. Кроме того, данные загн^еанные в виде гекетового файла, удобно преобразовывать для тиновой обработки, предетавлепной в профаммЕЮЙ реазп1зации и нет необходимости проектировать ехем1л для дос тупа к реляционным базам данных.

Ос1ЮВ1ЮЙ структурой, испо]нзуемой для преобразования в программной реализации, является i раф. Для нредставления исио;

н/зуется структура файла, основанная па матрице И1нцадентноети (33, 63].

Нрсдс'гавленне графа с номонцзЮ матрицы II : array |1..р, l..q] of-1.. (для орисптпровап1п1х графов), отражаюн1ей иицидептность верн1ин и рёбер называемся матрицей инцидентности. На пересечении счроки и столбца мат рицы II[i, j] ставится -1, еели верншпа Vj ипцидептна ребру е, и есть его нача ло;

О - если вершина V и ребро ej не инцидентны;

1 - еели вершина V инци j j дентна ребру е, и ее гь его конец.

Магрица инциденпюети для ориентированного графа веегда нрямо угольная (п(р, q) = O(pq)).

При сохранении данных о графе в файле необходимо, чтобы еохрани лиеь координаты положения верншп на риеунке, названия верншн графа, еве дення о положении текста названия верншн, еведения о блочных функциях, наконец, само нредставление 1рафа с иомощыо МИ.

Представление ориентированного МИ более наглядно, чем матрицей смежности, поскольку отчётливо нроематрнваютея евязи между вершинами н легче обрабатьнигть структуры.

В 11редставле1нн1 структур графов в намятн ЭВМ нснозн^зуютея дина мнчеекис массивы, которые отличаются от маеенвов фиксирова1нк)1'о размера тем, что их размеры можно менять нрямо на этане выиолнения программы.


Объём нгшяти нри этом выделяется динамически и ио]Н1оетыо зависит от раз мера массива, в отлпчии от статических массивов, размер которых ноетоянен на всём )тапс выполнения ирограммы и нод который выделен фиксирова1Н1ЫЙ объём памяти. Это даёт некоторое тфеимушеетво в том, что весь размер мае сива будет задействован и не возникнет ошибок времени вынолнения, еели колнчеенк) элементов нревыснт размер маееива, ие будет неиенользуемых ячеек памяти, как в случае со етатичеекими маесивами, когда количеетво эле ментов wcHbnie зарезервированных для них мест и иустые ячейки занимают намять.

3.2. Подробная структура программного пакета 3.2.1. Описание функционального онтимизатора структур ИИС HjHbift онтимизатор [78] включает в себя:

1) Простой генератор структур гра{})ов (генератор графой), когор1лй ге нерирует нроизиолг^ные координаты иоложения вершин на рисунке и нроиз вольиые свя:ш. Исходными данными для генератора являются вручную зада ваемое число верншн и число рёбер, а выходными данными -текстовый файл с описанием структуры сгенерированного графа. В процессе генерации ото бражается число ноньггок генерации, а в конце - сама структура в виде табли цы, а также 1ра(|)ически. 1"раф может быть сгенерирован за сравнительно ко роткое время T J ^ O в том случае, если число рёбер графа 6ojH.Hie или равно OH K числу всрппиг. I-XJIH число рёбер или чис][О верншн равно и 6ojH)Hie 12, то для генерации графа требуется более 100 000 попыток, поэтому необходимо, что бы чиелс) рсоер ирс15ьпна]ю число вернши как минимум в 2 раза, в нротивиом случае 1фсмя генерации си]п,но возрастёт. Простой генератор структур графов предназиачсп для первоначального создания структур с целью дальнейнюго редактирования и может быть использован для выбора нроизвознной структу ры ИИС.

2) 1 [росгой редактор графов. Служит для редактирования иеходных и]ш преобра'!()1заи1нлх графов. Позволяет ocyHtecTBjr}nb такие дейетвня, как добав ление вершины, связи, иеремен1;

ение верншиь! (вер1нин), удаление вернингы (вернпп|). связи, измеие[Н1е названия верншны с расположепием текста, изме нение рашсра поля отображепия графа. Входными данными для него являют ся массив структуры HJHI файл структуры, а выходпыми - изменённый массив структур|1 или файл.

3) Модуль оптимизации по алгоритму БФР, оспонаппому иа преобразо вании 1"рпфов по методу Бержа. Входпые даппые - иеходпый маесив структу ры, выходиые даппые оптимизироваппый маееив структуры е повым раепре делепием функций.

4) Модуль поиска Ml ШУ в диалоговом режиме. Позволяет вручиую вы бирать всрп1И1пл верхпего ряда с включепием их в МИВУ с возможностью от ката па псскч^и.к-о iiiai'OB. Позволяет просматривать блочную фупкцию каждой верпппп1 и колнчес] во псходяпцтх связей из пеё. Входпыми данными для это го модуля является массив структуры, а выходными — динамический массив строкового типа, содержап1ий имена верппт, вопюдпше в МПВУ.

Имеется 1юзможпоеть также редактировать бJЮчиыe функции, которые для демонс! рации и отладки в данном пакете предетавлены математическими выражеь'иякги со следуюпи1ми опсрапдами и фупкциями:

1) ь, -, "', / - сложепие, вычитапие, умиожепие, деление (арифметиче ские онсраторы);

2) sin(x), cos(x), lg(x), ctg(x), sec(x), cosee(x) - тригонометрические функ ции;

3) Iogxl(x2), lg(x), ln(x), xl'^x2 -логарифмические и етепеппые функции;

4) рг(х1, х2)(Г]), sui"n(x 1,x2)(f2) - онераторы суммы и произведения;

5) integr(fl), f]~ - онераторгл ипге1рировапия и дифференцирования.

Пр11всдёп1плй Bbinie список фупкций пе являетея исчерпываюпщм. При проек1И])ова11ии ИИС могут быть ncHOjn/ювапы совсем другие фупкций, при условии сохранения формы иредсгавлепия в виде математической заииси и внесепии изменепий в базу типовых фупкций, что пе окажет еуп1ествеппых действи!! па алгоритм преобразоваиия. При реальном нроектировании далеко не веегда можно определить блочпую функцию, которую можпо разрезать. В таком елучас в качестве ([)упкции может выетуиать имя верпшпы (11,АП, А1ДП, процеесор, память и т. д. длипой до 200 символов).

После получения МПВУ необходимо иерераенределение функций, в хо де которого нроисходит разрезание некоторых функций. В нан1ем нримере разрезание оеун1еег1шяегея, еели функция содержит арифметичеекие онеран ды. Деление нодвергается разрезанию но нринцину. х1/х2 = х1*1/х2. Знак операнда исно;

н,зуе1ея для соединения с другой блочной функцией.

Предусмотрена возможность ручного корректирования функционально го раснределення до и носле применения алгоритма оитимизации. Обобн1ен ная стрз'к-турная схема взаимосвязи нрограммпых модулей е коммептариями приведена на рие. 3.1.

graf.pas din arrs.pas graf.dfm I л incsmeg.pas / \ dop v.pas dop_vl.pas dial_r.pas size.pas name.pas (size.dfm) (dial_r.dfm) (name.dfm) PHC. 3.1. Общая структура функционального онгимизатора.

Здесь модуль din_arrs.pas - иоднрограммы для работы с динамическими массивами, как одномерными, так и двумерными и для оптимизации графа но модиф1ни1р()ванному алгоритму Бёржа;

dop_v.pas, dop_vl.pas - содержанще вспомоггггельные нодпрограммы;

files.pas - подпро1раммы для загрузки и со храпепия файлов структур, gen_fun.pas - генератор нроизвольных математиче ских функций;

grl.pas - головной модуль программы с формой grl.dfm);

graf.pas - редактор графов с формой graf.dfm;

dial_r.pas — моду:н диалогового режима с формой dial_r.dfm;

Inc^Smeg.pas - преобразование матрицы инци дентное тп-с.\гежности и наоборот;

name.pas - редактор вершин фафа е формой name.dfm: red_fun.pas - редактор функций иоеле оцтимизации е формой red_fun.cllm;

size.pas - изменение размера облаети отображения графа е фор мой si/c.dfni;

view.pas -нроемотр матрицы замещений и функций е формой view.dfni.

3.2.2. Описание программного пакета и его модулей Тек'стопьи"! файл, где храпятея даппые, еостоит из строк иеремеииой длипы. Но иремя загрузки происходит апалпз каждого символа сгроки, что приводит к иыделеиию отдельпых даииых с запесеиием поеледпих в массив структуры, который можег иодвергаться преобразовапиям.

Программпый пакет состоит из 4 программ: фупкдиопальпого синтеза тора стр\ ктур но cимвoJПпoмy описапию функций (ФСС), фупкпиопалгзпого оптимизатора структур ((DOC), модуля оцепки погреппюстей (М011) и редак тора иерархических структур (РИС). Перечислепигле модули программного пакета обмениваются информацией друг с другом иосредством текстовых файлов. Оннсание текстового файла приведепо в приложеиии 2.

Опишем :1а'5начепня этих иро1рамм.

1) ФОС иозволяет:

- генерировать произвольные структуры графов е произвольно синтезированными функциями;

- сохран5п ь структуры в файл;

- сохранять изображення фафа в файлы *.етГ;

- за;

р}жать структур|,1 из файла;

- отображать исходную и онтимизироваииую структуру в явном виде;

- отображать двудозн,ный граф в явном внде;

- рсдпк I и]1овать етруктуры и б]ючные функции в явном впде (удалять BL'jMHUHbi графа, связн, добавлять иовые верн1ипы с бJЮЧными ф\ 11К1и1ями, конироват!, и неремеищть как одну, так и HecKOjn^KO гл-ршин);

- иолучать онтимизированную структуру как автоматически (с lii: [ючением произвольиой верн1ииы из верхиего ряда Л liyд(•)Jннoгo неприводимого графа с максима]Н1Ным чис:юм связей), '1;

!!ч I! в диалоговом режиме, когда пользователь еам выбирает вернш н} \п верхнего ряда двудольного неприводимого графа с возможностью отката назад;

- просматривать для структуры графа таблицы замещений и функций, нового функционального распределения, вершин новой структуры.

2) ФСС позволяет:

- по измерительному уравнению, заданному в виде строки функции, аналогичной функции в языке программирования, получить структуру графа, которую можно отредактировать. Функциональные элементы и их структурное представление находятся в файле образцов;

- редактировать полученную структуру в редакторе графов;

- сохранять полученную структуру в файл;

- сохранять изображения графа в файлы *.emf.

3) МОП позволяет:

- загружать структуры ИС из файлов;

- определять погрешности участков структуры графа и всей структуры.

4) РИС позволяет выполнять те же действия, что и редактор ФОСа, кроме того позволяет проводить детализацию блоков структурами в диалоговом ре жиме.

Вышеперечисленные программные модули реализованы в графическом оконном интерфейсе и работают под управлением операционных систем Win95/98, NT4, 2000, ХР. Для первоначального ввода данных предусмотрены генератор структур и редактор графов. Взаимодействие пользователя и про граммы производится путём клавиатуры и устройства позиционирования.

Ниже приведены программные окна ФОС в важнейших автоматизиро ванных режимах. В приложении 3 приведены исходные тексты некоторых процедур и функций на языке Object Pascal.

ь ь EMF^ ' Q'..t(!.*M ' yiir^t^» с n^t'gflw^* j ЗУТК-С 1 И(хш psii'^ Q''-рьпь ««,„« г в..

;

P Сетку......., „ mo ОРЧу ЭВМ АЦП -о П2О АЦП2 ОГУх Ком1. МК ПЗО ОГЬу П4с/ OrUz i/ S^ i рУ БДИ1С^ б Д Д Вершин абозчаченныж/необо ивченных ^?/0 Дцг обоаначпнних/неабоэначвнных 2Ь/0 Роэмери графа дпмио 840 еысото - SSO I BcTMfdet^peiRtH Щелкните ндпртомГ'№Стед/К1ВгГ4вг:и Рис. 3.2. Вид первоначальной структуры графа в окне редактирования.

Поиск МНВУ S Аналоговом рехимк Вид дввдольного графа АЦП Ком БДИЛЦП КомЗ У2 У K0MAUniMK3BhALin О do ооооооооооооооооооо00о У1--Д1-Д2 Оставшиеся вершины [Имя верх. вер. Имянижн.вер. |Кол-во исх. связейК каким верши Рис. 3.3. Внешний вид окна диалогового режима ноиска МНВУ.

Внрмн» 10;

Сичзйй 1?

|г trpOT. j Сокрагмгь nDV(i6t. грйФ СОЙ енер(4ЮВ^ ти Мнатесгв о и •MfcineS t иешней 1П J.ll -. m iAlllllH').1» ItM llM г IAIHI И|А{1П|К..,.


ж ll).^ |П4 ЗНЫ HI К t/Bi^ I/B к l/Hx )/llx ) 1 li и II ii II 11 U 0 II 0 1) I/tin П ь I/IU, 1/Ilb I 1 II It I/B» I/B 1 II 11 II II 0 II 0 0 II II i/Нн МП a АЦП n и и п и Irt « I/Hx I/B «1/llx I II 1 1 II II II II II 1) t) Ком n и и n n 1) fl и п J 1 II 11 II Q ft [I II [I n a n n fl 1) 1 и II 1) t) 0 1 II 0 0 II KflW (1 (1 0 II n u и n а а и 1 I) t/ll»

I 0 11 II II 11 I) 0 0 fl HI и и о иг ! li 1 /Ва II ti 1 0 II 0 (1 (I (1 II 0 0 fl (] n о a n а I I) fl fl 0 II 0 II II II I] АЦП 0 (1 11 6ДИ n a n о fl I) II 1 II 11 II 11 II U II II t) fl fl 1] a u и 1) I) 1 11 0 11 U АЩ1 (1 II II II 1 0 0 fl fl щеии i l 0 ГИММ9 матрице • WM |n^ JK 1пз ni Uuni IMC- |38W |ДЦП^ IP'-IV \C\ E •1 к D 1 Hi П Ком! ДЦП' ЧЙМ '1 Mk - И| ДЦП2 i^y Ацп:' yi mm ЕДИ АЦП J Графическое представление исходного г Геиерацмя м Реа^иьта?ы оошмнэаанн Оптимизированная Графическое предстаояеиие от'1М4нэ1фоаанной струст^ры Рис. 3.4. Результаты автоматической оптимизации: верхняя таблица МНВУ, средняя - таблица замещений, нижняя - таблица функций.

Программные окна ФСС.

Преобразование Функции в граф Исхох1ная функция 5ml5irilsrrsir0.T2I0r,log(g4~JQ4)I2r.:m(a4,s Преобразовать..-, Гаврировагь jl Рис. 3.5. Окно со представлением функции в виде строки.

Опищем теперь наиболее важные алгоритмы. Описание будем вести с помощью псевдокодов.

Загрузка структуры графа из файла производится по следующему алго ритму:

Вход: Строка, содержащая полный путь к файлу Выход: Переменная Load_ содержащая в себе структуру граф begin сопоставление файловой переменной mjh путь к реальному файлу перемещение указателя в начало файла считывание первой строки temp_str if temp_str = "NMI' {если идентификатор совпадает, начинаем обработку} обнуление переменной количества вершин графа while не конец файла считывание очередной строки if temp_str о 'ENDNMI' {если не конец онисания структуры} инкремирование счётчика вершин и сбрасывание счётчика разделителей nspc сбрасывание переменных элементов множеств Mi-Мб fV i:=l to len(temp_str) {просматривание считанной строки посимвольно} iftemp_str[i]o" if nspc = О формирование имени вершины графа endjf if nspc = 1 формирование идентификатора положения текста наименования end_if if nspc = 2 формирование Х-координаты вершины end_if if nspc = 3 формирование Y-координаты вершины end_if if nspc = 4 формирование строки функции end_if if nspc = 5 формирование строки смежности end_if else инкремирование счётчика разделителей end_if обнуление счётчика связей nspc добавление сформированных переменных с нреобразованием в промежуточную переменную структуры while длина строки смежности не ноль if 1-й символ строки смежности «О» или «1» или «2»

инкремирование счётчика связей на 1 и занесение этого символа с преобразованием в множество смежности Мб промежуточной переменной структуры удаление его из строки смежности else 1-й символ «-1» или «-2»

инкремирование счётчика связей на 1 и занесение этого символа с нреобразованием в множество смежности Мб промежуточной неременной структуры удаление его из строки смежности end_if end_if end while закрытие файла назначение переменной Load_ значения промежуточной перемеппой end Генерация произвольной графовой структуры производится по следую щему сценарию:

Вход: Размеры контекста отображения, W_ и Н_ число вершин графа n_ver, число рёбер графа n_sv Выход: Переменная gen_new_graf, содержащая в себе полученную граф begin repeat Ограничиваем структуру множеств числом вершин и рёбер {Формирование массива структуры промежуточной перемепной rtt} for i:=l to n ver имени вершины cTpoKa+i положения имени вершины из множества R_Text[1..8] координаты X (XW_ координаты Y (YH_) нроизвольной математической функции endJJ fVj:=l ton_sv случайное определение приоритета заполнения множества смежности: ^ -вход или' исход произвольный выбор номеров строк в интервале 1 Л'^* n_ver и \ N~ n_ver, причём N* -ф N~ end fV = until Присваивание результирующего значения временной переменной значению фанкции end Запись структуры данных в файл происходит так:

Вход: Имя файла, включая полпый путь на диске, переменная структуры ggt Выход: Файл на диске begin (Онределение по количества вершин stm и количества связей stln для определения элемен тов множества М1-М5 и Мб} stm := len(ggt);

stln := len(ggt[O].sv);

сопоставление файловой переменной mjh пути к реальному файлу if файла с таким именем нет, создание его и перемещение указателя в начало установление режима добавления запись идентификатора «NMI»

А/ i:=l to Stm формирование и запись в файл строки из i-тых элементов множеств М1-М fV j:=l to Stln добавление к строке i-тых элементов множеств М1-М5 i-тых элементов мн-ва смежности Мб и конца строки end_l\/ end_f\/ запись идентификатора окончания онисания структуры закрытие файла end_if end Важным является программный алгоритм поиска МНВУ. В машинной реализации это список вершин графа. Для получения МНВУ проводятся под готовительные операции:

Вход: Переменная с исходной структурой графа Выход: Переменная с преобразованной структурой графа, таблица замещений, таблица функций begin устанавливается флаг преобразования в false преобразование исходной структуры в структуру двудольного графа, графа G(V,E) в граф G(V',V^,Eoi), содержащего только прямые липии в качестве связей repeat fe«(A/j) П И К и удаление простых вершип, таких, что ОС ^Wg = - ПОИСК, удаление и включение в МНВУ висячих вершин, таких, что ^/я^ = if установлен флаг диалогового режима отображение контекста диалогового режима включение в МНВУ Т вершины по выбору пользователя else '"* - ш а х Ml ' первый элемент верхнего ряда с максимальпым Yj'^'il количеством связей if V=nil закрытие диалогового режима и присвоение неременной vv_ значения МНВУ endjf en(l_if until V=nil {Восстановление нреобразованной структуры} операция разности V\T = ТО, где ТО^Т между G(V,X) и МНВУ if v*=v' =е - del v endJf if v*v' = V* - del v' end_if if v^v' = v' - del V* end_if { Построение таблицы замещения и функций } lVaa:=l to 1еп(Т) fVbb:=l tolen(V) i f ^ c F n / 3 F функция подвергается разбиению между оставшимися вершинами end if if ^ € F функция остаётся без изменений end_if if / g Г функционального распределения нет end_if end_f\/ end_f\/ отображение преобразованного графа установка флага преобразования в true end Описание программного модуля синтеза функций.

Данная программа позволяет по функциональному описанию, представ ленному в виде строки, аналогичной записи математических операндов в функциях языка программирования, получить её представление в виде графа.

Входными данными является сама строка функций. Для примера взяты мате матические функции, хотя могут использоваться любые, позволяющие адек ватно описать тот или иной процесс. Вот пример элементарных математиче ских функций. Он реализован в виде текстового файла "o_strukt.bdq". Форма ты функций имеют следующий формат:

OBR_FUN - идентификатор начала файла с образцами функций sm(?,?)(?) - символ "" - -идентификатор начала онисания структуры функции ? и О О 7- ? и О О ? 0-100 - описание на основе матрицы инциденций ? и О О ? 00- smUOOsm(?,?)(?)lll-l ## и О О 0001 - символ "##" - для осуществления связи с другой структурой - символ "" - идентификатор конца описания структуры функции END_O - идентификатор конца файла с образцами функций Пусть F-заданная для преобразования формула, Xi - переменная, входя щая в эту формулу - F(...xi...). Если в формулу F входит подформула Н, то имеем: F(...H... Xi...). Вместо подформул можно переменные и/или наоборот.

Пусть имеется множество образцов графов Q, содержащее разнородные графы Gn(Vn,En), которые являются отображениями подформул Нп. На основании правила подстановки можно последовательно выделить переменные Xi,..., Хп, потом нодформулы Н1,...,Пп. При этом переменные можно нодставить в иод формулы. Выделяемой подформуле присваиваются значения выделяемых не ременных, после чего ей сопоставляется граф Gn(Vn,En) из (?. Этот граф при соединяется к графу G путём маркированных вершин.

Вход: Строка (массив) символов Выход: структура графа G(V,E) begin SetLength(rezh, 0);

preobr := f3;

podstav := 0;

SetLength(v_podst, 0);

SetLength(sokr, 0);

repeat инициализация множества графов (?

ипкремирование счётчика подстановок выделение элементарных переменных замена их в выделенной формуле одиночными символами формирование множества с номерами их мест выделение первой подформулы, определение её позиции и выбор графа добавление графа к основному посредством присоединения путём маркированных вершин удаление этих вершин и линий между ними until длина формулы не станет равной пулю назначение координат вершинам графа назначение функциональной переменной значения структуры end Полученная структура может редактироваться в редакторе графов или использоваться для оптимизации по критерию МНВУ обработки.

3.3. Инженерная методика ностроения больших измерительных систем в контексте автоматизации 3.3.1. Краткое описание методики На основании формулировки предложения заказчиком исполнитель ре шает, выполнимо ли предложение заказчика. Исполнитель всегда имеет набор априорных знаний о своей предметной области. Если набор A3 не соответст вует предметной области заказчика, то работа прекращается. Если же набор A3 совпадает, то сначала выясняется более точно функциональное назначе ние. Определяются условия, в которых будет работать система. И так как про ектируемая система носит измерительный характер, то возникают конкретные вопросы: «Что измерять»? «Как»? «Где хранить результаты измерений»? «Как их обрабатывать»? Контроль за функционирование должен быть полностью автоматическим? Полуавтоматическим? Р1ли же должен присутствовать чело веческий фактор? Когда эти вопросы решены, должны решаться вопросы ви да: Общий размер системы? На какой территории она будет размещена? На сколько частей поделена? Каков размер и форма каждой части? Как будут осуществляться интерфейсные связи?

Ответив на эти вопросы, уже на этапе составления ТЗ можно сказать, из каких подсистем будет состоять структура ИС и даже из каких стоек или бло ков. Тогда уже можно ставить вопрос: целесообразно ли применять оптимиза цию по критерию МНВУ на уровне подсистем или стоек или нет. И какие вы брать блоки и стойки - следует ли разрабатывать что-то оригинальное или лучше всего иснользовать уже имеющиеся с незначительной доработкой или без таковой. Для этого надо знать параметры входов и выходов подсистемы или стойки. Кстати, в зависимости от начальных условий может понадобится провести оптимизацию уже существующей структуры блока для выбора ком пактной материальной базы с целью уменьшения габаритов.

no Если есть необходимость создавать что-то оригинальное, нестандарт ное, то на основании выходов с другого блока (которые является входом для разрабатываемого) и входов (которые являются одновременно входами для другого блока), зная его функциональность он нроектируется как нодсистема но аналогичной методике.

3.3.2. Блок-схема метода проектирования РШС с использованием автоматизации Ниже представлена блок-схема методики проектирования сложных сис тем. Видно, что пункты:

- выбора типовых стоек, блоков и назначение их подсистемам (РИС, ФСС);

- определение функциональности нужного блока по входным/выходным взаимодействиям (ФСС, РИС);

- проектирование нестандартных стоек/блоков путём синтеза и оптими зации по МНВУ с МА (МОП, ФОС, РИС) исходя из имеющейся элементной базы могут быть частично автоматизированны уже с использованием разрабо танных программных модулей.

Ill с Начало Формирование предложе- Выбор типовых стоек, ния на разработку блоков и назначение их подсистемам Предварительный анализ предложепия и существую щих A3 заказчика Все ли стойки Нет (блоки)полу чили типовую Есть соответ- реализацию ствие?

Определение предназначе ния Определение функциональ Определение условий и ности нужного блока по точного функционального входным/выходным взаимо-, действиям Что измерять? Как? Где хранить результаты изме Проектирование нестандарт рения?

ных стоек/блоков путём син теза и оптимизации Как осуществляется кон по МНВУ исходя из имею троль со стороны опера щейся элементной базы и тора?

МА Общие размеры системы, её размещение, способы интерфейсов Определение и выбор меж блочных связей Разделение имеет место?

(Конеи) Рис. 3.6. Блок-схема системного этапа проектирования при компьютер ной поддержке.

Определение функциональности нужного блока по функциональности и вход ным/выходным взаимодействиям и проектирование нестандартных сто ек/блоков путём синтеза и оптимизации по МНВУ исходя из имеющейся эле ментной базы допускают автоматизированную реализацию, а именно перво начальный синтез структуры из имеющихся функциональных элементов и поиск оптимальной на основе критерия МНВУ. Программный пакет, исполь зующий этот критерий, позволяет автоматизировать процесс выбора структу ры с ручной корректировкой результатов не только при создании новых уст ройств, блоков или стоек, но и при выборе оптимальной структуры всей ИИС с целью приспособления к современной элементной базе или для улучшения конструкторских характеристик уже существующих.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ к ГЛАВЕ 1) Выбрана и обоснована модель представления информации, содержа щей сведения о структурах для хранения на диске и в памяти ПЭВМ.

2) На основе определённых в гл.2 теоретических выводов реализованы исполняемые программные модули, позволяющие в диалоговом режиме про ектировать структуру Р1ИС, а так же выполнять её структурную оптимизацию.

3) Предложена методика проектирования с указанием, где возможно применение автоматизации с использованием разработанной компьютерной базы.

ГЛАВА 4. МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТИ СТРУКТУР ПРОЕКТИРУЕМЫХ ИИС И РАЗРАБОТАННОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСНЕЧЕННЯ ДЛЯ КОМНБЮТЕРНОЙ НОДДЕРЖКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИИС 4.1. Общий подход к определению метрологических характеристик сложиых систем 4.1.1. Метрологический анализ ИИС на этане нроектирования структуры ИИС К метрологическим характеристикам измерительных систем относятся прежде всего погрешности преобразования сигналов из-за электрофизических характеристик компонентов элементной базы, нелинейных искажений при преобразовании сигнала, помехах при передаче, параметрах датчиков и т. д.

Кроме того, никакое измерение не делается абсолютно точно. И если погреш ность нельзя как таковую исключить вообш;

е из рассмотрения, то необходимо свести к минимуму.

Для этой цели, как уже было сказано в гл. 2 структура подвергается оп тимизации с поиском МИВУ [56] для уменьшения количества элементов, с целью использовать комбинированные компоненты. Это уменьшает длину ин терфейсных связей, сокраш,ает их количество, что влияет и на погрешность.

Общая ногрешность измерения но каждому каналу изначально задаётся в ТЗ. Погрешность проектируемой структуры должна быть меньше или равна заданной. Преобразователи аналоговых компонентов в большинстве случаев имеют заданные пределы погрешностей преобразования.

Любой измерительный процесс сопровождается погрешностью, которая нроявляется при прохождении обрабатываемого сигнал через канал ИС. По грешность подразделяется на аддитивную, мультипликативную, инструмен тальную [92], В ИС погрешность зависит от типов используемых датчиков, от внешних помех, воздействующих на датчик нри выполнении измерения, от передачи первоначального сигнала на преобразователи, от погрешности пре образователей, которые зависят и от шага дискретизации, при переводе сигна ла из аналогового в цифровую форму, погрешности из-за нелинейных искаже ний при усилении/ослаблении сигнала, из-за интерфейсных связей. Это можно изобразить графически:

Свойства Внешние датчика помехи измерений Первичное пре Первичный канал передачи Датчик образование 1.1.

Аналоговые свойства (вол Пелинейные иска новое сопротивление, ко жения, шумы усил.

эффициент затухания и т,д.

приборов Аналого-цифровое Вычислительная обработка с поел, преобразование накоплением или преобразованием Погрешность программного обес Погрешность кван печения тования, разряд ность АЦП Рис 4.1, Примерная структурная схема измерительного канала сложной системы с возможными источниками погрешностей.

Таково общее представление о погрешности измерительного процесса, когда каждое преобразование сопровождается искажениями измерительной информации. Сложные ИИС всегда имеют в своём наличии ПО. Оно пред ставляет набор управляющих микрокоманд, который базируется на электрон ном вычислительном устройстве, в роли которого может выступать автоном ная ЭВМ, ПЭВМ, микроконтроллер, специализированная микропроцессорная система.

4.1.2. Программное обеспечение и алгоритмы, применяемые для проектирования ИИС в разрезе метрологического анализа Измерительная информация, изначально снимаемая с датчика в виде аналогового сигнала хаотичного вида подвергается преобразованию по схеме на рис. 4.1. Во время преобразования происходит закономерное искажение сигнала и накопление погрешностей. Из [89-92] известно, что изначально су ществует 3 вида погрешностей: инструментальная, методическая и системати ческая. Инструментальная погрешность - это погрешность средства измере ния или измерительного канала в рамках большой РШС или ИВК. Она вклю чает в себя методическую - погрешность выбранных методов преобразования измерительного сигнала. Здесь следует учитывать заметное влияние побочных факторов - например, частоты дискретизации при квантовании, фильтрации в известном диапазоне частот, потери при передаче информации по каналам связи и интерфейсам (в этом случае применяют помехоустойчивое кодирова ние и алгоритмы коррекции ошибок), ограниченности разрядов ЦАП-АЦП.

Систематическая - это погрешность, основанная на влияние неучтённых фак торов, имеющих неслучайное значение - влияние магнитного поля Земли, космических излучений и т.д.

К методической погрешности следует отнести также и вычислительные преобразования над данными измерений, представленных в цифровом виде, проводимые как простыми логическими схемами, реализованными как на дискретных логических элементах по жёсткой логике, так и сложными мик ропрограммными автоматами, представляющими собой микропроцессорные системы. Погрешность, эта, в большинстве случаев, носит вычислительный характер, обусловленный разрядностью регистров, арифметико-логических устройств, процессора, хотя существуют и другие источники, о них речь пой дёт ниже.

Как правило, сложные ИИС используют в своём составе средства вы числительной техники - от многопроцессорных вычислительных модулей до простых микроконтроллеров с ограниченным набором команд. Универсальное вычислительное устройство (ПЭВМ) использует разнообразное по типу ПО.

ПО служит для управления работой всей ИИС, включая:

а) контроль и тестирование аппаратной части;

б) управление передачей информации с датчиков на обработку на уст ройство отображения/хранения;

в) обработка полученной информации в цифровом виде и её структури зация;

г) распределение информации.

В сложных ИИС ПО является сложной и активной подсистемой, по сложности реализации иногда превосходящей аппаратную часть системы, не отделимой от аппаратной и активно с ней взаимодействующей. Относительно программной подсистемы можно определить все метрологические параметры:

быстродействие, надёжность, помехоустойчивость и точность.

Сложные ИИС, PIBK, ЭВМ, относящиеся к сложным системам, исполь зуют комплексы программ, которые согласно классификации [88] объединяют десятки групп программ, содержащие сотни модулей, которые в свою очередь содержат сотни тысяч машинных команд.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.