Інструментарій проектування комп’ютерних систем на основі діалогових алгебро-граматичних моделей представлення знань - Автореферат

З часу виникнення автоматизованих систем управління (АСУ) теорія та практика керування зазнали ряд змін, які торкнулися, зокрема, моделей і методів керування, способів алгоритмізації задач, застосовуваного математичного апарату. Єдиним виходом з цієї ситуації є використання теоретично обґрунтованих автоматизованих методів розробки АСУ, що призводять до зменшення термінів розробки й підвищення якості систем, що розробляються. Дана дисертаційна робота присвячена створенню інструментарію на основі діалогових алгебро-граматичних моделей представлення знань, що являються різновидом так званих трансформаційних методів синтезу КС і займають проміжне положення між класичними індуктивними і дедуктивними методами. Тематика дисертаційної роботи, її ціль і основні задачі відповідають державним науково-технічним програмам, що сформульовані в Законах України “Про вищу освіту”, “Про наукову і науково-технічну діяльність”, “Про національну програму інформатизації”, а також планам науково-технічних робіт Міністерства освіти і науки України: 6. розробити відповідний обраній діалоговій алгебро-граматичній моделі представлення знань інструментарій - діалогову трансформаційну машину (ДТМ), зокрема, компоненти її архітектури: інтелектуальний редактор - компоненту машини виводу (МВ), а також базу знань (БЗ);В якості КА у даній моделі використовується магазинний автомат F, а в якості ОА - автомат Y, що постачається двома допоміжними стрічками L і D: на стрічці L формується послідовність операторів і/чи операцій, а стрічці D - послідовність даних, до яких ці оператори і/чи операції застосовуються. Визначаються операції s‘ і задається F - спосіб формування тексту, що записується на L (праворуч від уже накопиченого тексту), для суперпозицій цих операцій над операторами, для яких F заданий; завдання F1 - способу формування записуваного на D тексту - аналогічно формуванню історії обчислення АМКС. Для представлення багаторівневих алгоритмів генерації операторних представлень в АДА використовується поняття АДГС-схеми, під якою розуміється послідовність рівностей , де - вираз в АДГС s‘ над базисом (i=0, 1, 2, ..., k); позначає оператор, а - оператор, обєкт чи умову в АДА s. Задамо на множині М’ АДГС s‘=, а граматиці Gп поставимо у відповідність АДГС-схему, що деталізує оператор v1: СХЕМА V1; ЦДВ( v1=ЦДВ( , , …, ); ? v2=ЦДВ( , , …, );? … ?vl=ЦДВ( , , …, ); ? vl 1=ЦДВ( , , …, );?…?vk=ЦДВ( , , …, ); ?vk 1=ЦДВ( , ,…, );?...?vn=ЦДВ( , ,…, )) ?ПОВЕРНУТИСЯ(h(t)); ? ДВ(Q1 e Q2 e ... Зокрема, відомо, виконання програми на C починається з функції main, тому шаблон для першого складеного оператора САА/Д-схеми має вигляд: int main() {%v %b; return 0;}, при цьому параметр %v буде замінено на декларації змінних, що використовуються в цьому операторі, %b - на відтрансльований текст оператору.Метою дослідження була розробка на основі діалогових алгебро-граматичних моделей представлення знань інструментарію проектування програмних і апаратних компонент АСУ. На основі проведеного аналізу обґрунтовано використання для синтезу КС діалогових алгебро-граматичних методів, які поєднують алгебраїчні, логічні та граматичні формалізми та орієнтовані на багаторівневе структурне проектування, трансформацію і синтез класів схем алгоритмів і програм (послідовних, паралельних, недетермінованих, діалогових), а також визначених класів апаратури. Використання мови проектування САА/Д, що є близькою до природної, дозволяє формувати легкі для розуміння тексти алгоритмів, а також залучати до процесу розробки компонент АСУ безпосередньо фахівців ПРО, для якої розробляється КС. ІР підтримує діалоговий символічний вивід синтаксично правильних САА/Д-схем та асоційованих з ними програм і специфікацій відповідних класів апаратури, на мові, яка наближена до природної, що значно прискорює процес розробки КС. Розроблено алгоритми й інструментальні засоби для одержання по САА/Д-схемі специфікацій пристрою, що реалізує даний алгоритм, зокрема, розроблено алгоритми та відповідні програмні модулі для трансформації САА/Д-схем з однієї ПРО в іншу.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Дисертаційна робота присвячена розробці інструментальних засобів для побудови універсальних та спеціалізованих компютерних систем. Метою дослідження була розробка на основі діалогових алгебро-граматичних моделей представлення знань інструментарію проектування програмних і апаратних компонент АСУ.

В результаті дисертаційного дослідження отримано наступні результати: 1. На основі проведеного аналізу обґрунтовано використання для синтезу КС діалогових алгебро-граматичних методів, які поєднують алгебраїчні, логічні та граматичні формалізми та орієнтовані на багаторівневе структурне проектування, трансформацію і синтез класів схем алгоритмів і програм (послідовних, паралельних, недетермінованих, діалогових), а також визначених класів апаратури.

2. Вхідна мова ДТМ була розширена засобами діалогової взаємодії користувача й компютерної системи, що проектується. Використання мови проектування САА/Д, що є близькою до природної, дозволяє формувати легкі для розуміння тексти алгоритмів, а також залучати до процесу розробки компонент АСУ безпосередньо фахівців ПРО, для якої розробляється КС. Даний підхід сприяє отриманню необхідного кінцевого результату відповідної якості в прийнятні терміни.

3. Розроблено компоненти архітектури діалогової трансформаційної машини - ІР (компонента МВ) та БЗ. ІР підтримує діалоговий символічний вивід синтаксично правильних САА/Д-схем та асоційованих з ними програм і специфікацій відповідних класів апаратури, на мові, яка наближена до природної, що значно прискорює процес розробки КС.

4. Розроблені механізми підключення довільних процедурних мов, що забезпечує отримання для САА/Д-схем програм на цільових МП, а також відповідні алгоритми та програмні модулі ДТМ. Методика підключення цільових МП є універсальною, що дозволяє використовувати в кожному конкретному випадку найбільш доцільну мову.

5. Розроблено алгоритми та програмні модулі ДТМ для ведення історії формування САА/Д-схем, що забезпечують підтримку спіральної моделі ЖЦ КС. Таким чином, розробник має можливість повертатися на попередні етапи проектування й оперативно вносити необхідні зміни в проект, що розробляється.

6. Розроблено алгоритми й інструментальні засоби для одержання по САА/Д-схемі специфікацій пристрою, що реалізує даний алгоритм, зокрема, розроблено алгоритми та відповідні програмні модулі для трансформації САА/Д-схем з однієї ПРО в іншу. Такий підхід дозволяє при проектуванні апаратних засобів КС розробляти їх моделі у вигляді САА/Д-схем та відповідних їм програм, а після отримання бажаних властивостей алгоритмів роботи операційних пристроїв автоматично отримувати їх специфікації, що сприяє економії часу і вартості розробки.

7. Розроблено структуру БЗ для представлення і підключення знань для широкого класу КС, а також відповідне алгоритмічне і програмне забезпечення для супроводу і модифікації БЗ.

8. Здійснено наповнення БЗ знаннями для синтезу визначених класів програмного й апаратного забезпечення компонент АСУ.

Обґрунтованість висновків та рекомендацій, наведених у роботі, підтверджується практичним впровадженням результатів дисертаційних досліджень, зокрема, в ТОВ “Сонар”, а також у навчальному процесі кафедри інформаційних технологій ХНТУ.

1. Петрушенко А.Н., Хохлов В.А. Диалоговая трансформационная машина как инструментарий прототипирования программных изделий со спиральной моделью жизненного цикла // Вестник Херсонского государственного технического университета. - 1997. - № 2. - С. 144-148.

Здобувачем запропоновано реалізацію інтелектуального редактора - компоненти машини виводу діалогової трансформаційної машини, а також механізми підтримки спіральної моделі ЖЦ КС.

2. Петрушенко А.Н., Хохлов, В.А. Ткачев И.В. Автоматизация проектирования управляющих автоматов с жесткой логикой // Автоматика. Автоматизация. Электротехнические комплексы и системы. - 1999. - №1. - С. 80-86.

Здобувачем запропоновано реалізацію алгоритмів синтезу керуючого автомата по САА/Д-схемі алгоритму, а також розроблені відповідні програмні модулі.

3. Петрушенко А.Н., Хохлов В.А. Об использовании естественного языка для представления абстрактных типов данных и полиморфизма // Проблемы программирования. - 1999. - №1. - С. 136-143.

Здобувачем запропоновано алгоритм підключення до мови САА/Д цільових МП і виконана розробка відповідного інструментарію.

4. Петрушенко А.Н., Хохлов В.А. Пример синтеза в диалоговой трансформационной машине САА/Д-схемы и реализующих ее программы и управляющего автомата операционного устройства // Вестник Херсонского государственного технического университета. - 1999. - № 3. - С. 440-443.

Здобувачем запропоновано алгоритм одержання по однієї і тієї ж САА/Д-схемі алгоритму асоційованої зі схемою програми і керуючого автомата операційного пристрою, що реалізує даний алгоритм. Також розроблені необхідні програмні модулі.

5. Петрушенко А.Н., Хохлов В.А., Шепетухин Е.С. Об автоматизации проектирования некоторых классов операционных устройств // Вестник Херсонского государственного технического университета. - 2000. - №9. - С. 196-201.

Здобувачем запропоновано методику синтезу I-автоматів по САА/Д-схемі алгоритму роботи пристрою.

6. Хохлов В.А. Интеллектуальный редактор: ободной реализации диалогового проектирования схем обработки некоторых классов типов данных // Вестник Херсонского государственного технического университета. - 2000. - №9. - С. 202-205.

7. Петрушенко А.Н., Хохлов, В.А., Ткачев И.В., Шепетухин Е.С. Диалоговая трансформационная машина: некоторые функциональные возможности // Проблемы программирования. - 2000. - №1-2. - С. 323-334.

Внесок співавторів: Петрушенко А.Н. - постановка проблеми, аналіз аспектів побудови ДТМ;

Хохлов В.А - запропоновані методи підтримки спіральної моделі ЖЦ КС, динамічного формування абстрактних типів даних;

Ткачев И.В., Шепетухин Е.С. - розроблені необхідні програмні модулі.

8. Петрушенко А.Н., Хохлов, В.А., Шепетухин Е.С. Основная задача программирования и синтез операционных устройств// Вестник Херсонского государственного технического университета. - 2001. - №1(10). - с.216-221.

Здобувачем розроблені модулі ДТМ для синтезу операційних пристроїв.

9. Петрушенко А.М., Хохлов В.А., Шепетухін Є.С. Про розширення вхідної мови діалогової трансформаційної машини засобами проектування діалогових алгоритмів і програм. // Вестник Херсонского государственного технического университета. - 2002. - № 3 (16). - С. 234-239.

Здобувачем запропоновані алгоритми реалізації діалогових операторів та алгоритми трансляції введених операторів в цільову МП.

10. Петрушенко А.М., Хохлов В.А., Петрушенко І.А. Про підключення до мови САА/Д - вхідної мови діалогової трансформаційної машини - засобів паралельного програмування пакету МРІСН // Автоматика. Автоматизация. Электротехнические комплексы и системы. - 2006. - № 1 (16). - С. 91-94.

Здобувачем запропоновані алгоритми реалізації та трансляції на цільову МП операцій синхронної та асинхронної дизюнкції засобами бібліотеки MPICH.