Дипломная работа: Блочно-симметричные модели и методы проектирования систем обработки данных

Анализ в процессе проектирования распределенных баз данных (РБД) в модульных системах включает четыре взаимосвязанных этапа предпроектный анализ предметных областей пользователей, анализ предметных областей пользователей и построение внешних моделей, построение обобщенной внешней модели и построение канонической структуры РБД. Результатом анализа предметных областей пользователей является построение канонической структуры РБД, которая отражает наиболее существенные характеристики и устойчивые свойства данных и отношений между ними и является инвариантной по отношению к аппаратным и программным средствам ее реализации [35, 36, 37].

В результате анализа определяется также целосообразность применения методов типизации, обеспечивается формирование обобщенной внешней модели (ОВМ), проектирование канонической структуры РБД и выделеные на ней множества типовых и специфических сегментов данных. Выделенные сегменты данных и их характеристики используются при синтезе логической структуры РБД, логических и физических структур локальных БД.

Целесообразность применения методов типизации при проектировании РБД определяется уровнем информационной и процедурной общности внешних моделей предметной области пользователей.

Внешняя модель предметной области пользователя включает описание характеристик информационных элементов и отношений между информационными элементами и процедурами.

Для унификации групповых информационных элементов, входящих в структуру внешней модели предметной области отдельного пользователя, выделенное множество групповых информационных элементов проверяется на семантическую связность и возможность удаления дублированных информационных элементов в группах.

Результатом выполнения процедур нормализации внешней модели предметной области пользователя является каноническая структура, т.е. структура, которая представляет собой минимальную концептуальную схему и отражает наиболее существенные свойства и характерные особенности предметных областей пользователей.

В процессе анализа модульных СОД широко используется аппарат сетей Петри [42]. Задачи анализа систем обработки данных, решаемых при помощи временных сетей Петри с разноцветными маркерами, включают задачи определения возможности и корректности реализацим любой функциональной задачи пользователя или заданного множества таких задач, возможности многократного использования процедур обработки данных выявления тупиковых ситуаций при совместной обработке информационных элементов. С использованием сетей Петри проводитсятакже анализ механизмов защиты в системах обработки данных [42, 43].

Предложенные методы анализа реализуются в совокупности с методами формализованного представления результатов анализа и позволяют с помощью набора стандартных форм документов представить полученную информацию в виде, удобном для дальнейшего использования в процессе синтеза модульных систем обработки данных.

Рассмотрим методы синтеза модульных систем обработки данных разного назначения.

Информационно-справочные системы. Синтез модульных СОД на этапе технического проектирования включает оптимальной выбор состава модулей програмного обеспечения и информационных массивов, содержания межмодульного интерфейса, структуры системы обработки данных в целом, формализуемой в виде фунциональной блок-схемы, с учетом заданных технико-экономических характеристик фунционирования разрабатываемой системы.

Для оптимизации процесса проектирования системы мспользуетя критерий минимума сложности межмодульного интерфейса. Оптимизация эксплуатационных характеристик может быть осуществлена в зависимости от конкретных обстоятельств по одному из следующих критеров: минумум времени обмена между оперативной и внешней памятью, снижение технологической сложности алгоритмов обработки данных, что является обобщением показателя «транспортного фактора» при реализации алгоритмов решения функциональных задач, предложенного Лангефорсом. Кроме того, для информационных систем существенным является максимум инфармационной производительности и обеспечение достоверности обработки данных [14-21, 30, 31, 44-60].

Поставленные задачи синтеза модульных блок-схем обработки данных сформулированы как задачи нелинейного целочисленного програмирования. Для их решения предложены алгоритмы, основанные на схеме «ветвей и границ» и использующие основные особенности модульног проектирования.

Автоматизированные система реального времени. При разработке ряда систем управления предусматривается высокая оперативность решения задач переработки информации и управления , что обеспечивает требуемое время реакции но отдельные состояния (в том числе и случайные) в управляемых, позволяющие эффективно воздействовать на ход их протекания.

Автоматизированные системы, в которых обеспечивается данное требование, получили название автоматированных систем обработки данных реального времени (СОД РВ).

Рассмотрим методы синтеза оптимальных модульных систем обработки данных реального времени [25-30, 38, 54-66].

Основные особенности постановки задачи синтеза программного и информационного обеспечения СОД РВ на этапе их технического проектирования заключаются в необходимости учитывать характеристики и параметры входных потоков на выдачу сообщений, характеристики и параметры обработки и обелуживания заявок различных типов, общую загрузку различными заявками управляющей ЭВМ и систем передачи данных внешними абонентами, структуру и обьем памяти для заявок различных типов дисциплины распределения вычислительных ресурсов и использования памяти при приеме и выдаче сообщений.

Учёт особенностей проектирования СОД РВ достигается введением в разработанные модели параметров, определяющих законы поступления заявок на обработку, дисциплины обслуживания и приоритетность заявок, взаимосвязи между заявками по решеаемым задачам.

Можно выделить следующие основные задачи модулного построения программного и информационного обеспечения СОД РВ: синтез оптимальных модульных СОД РВ с бесприоритетным обслуживанием заявок в режиме разделения времени на однопроцессорных ЭВМ, синтез систем РВ с приоритетным обслуживанием заявок в ОС реального времени на однопроцессорных ЭВМ, синтез оптимальных модульных СОД РВ на многопроцессорных ЭВМ.

Специфичной при решении задач синтеза оптимальных СОД РВ с бесприоритетным обслуживанием заявок является однородность входного потока заявок и слабая информационная и временная взаимосвязь между заявками и их обслуживанием.

При синтезе СОД РВ с приоритетным обслуживанием заявок необходимо учитывать разнообразие входных заявок различных типов, характеризующихся различной интенсивностью поступления, приоритетностью обслуживания [31, 67]. Требования пользователей на время обслуживания заявок значительно жестче по сравнению с задачами бесприорететного обслуживания, что требует размещения в оперативной памяти ряда программных процедур и данных, необходимых для обслуживания отдельных заявок. Взаимосвязи между заявками по составу решаемых задач в таких системах, как правило, весьма существенны. Повышение эффективности решения данных задач осуществляется в основном за счет сокращения числа и времени обмена между уровнями памяти обслуживании заявок [55, 67, 68].

Решение задач синтеза оптимальных СОД РВ с мультипроцессорным обслуживанием предполагает сокращение не только времени обмена между уровнями памяти , но и среднего процессорного времени решения задач за счет параллельной реализации процедур, модулей или заявок в целом [58, 59, 61, 65, 66].

Задачи синтеза модульных СОД РВ этапе технического проектирования включают также оптимальный выбор состава модулей программного обеспечения и информационных массивов, содержания межмодульного интерфейса, структуры СОД РВ в целом, формализуемой в виде функционнальной блок-схемы с учётом заданных технико-экономических характеристик функционирования разрабатываемой системы.

Основным требованием к результатам синтеза системы является максимально высокий уровень обслуживания требований пользователей за счет оптимального использования вычислительных ресурсов.

При синтезе модульных СОД РВ исследуются различные характиристики производительности СОД РВ, коэффициент готовности обслуживания заявок пользователей, затраты пользователей при эксплутации системы и др. В зависимости от содержательной постановки задачи для проектируемой системы в качестве критерия оптимальности синтеризируемой системы используется одна из пречисленных СОД РВ бесприоритетным обслуживанием заявок в режиме разделения времени и с приоритетным обслуживанием заявок используются критерии максимума производительности СОД РВ и максимум коэффициентов готовности системы, а в задачах синтеза оптимальных модульных СОД РВ использующих мультипроцессорное обслуживание, определяющей характеристикой являются затраты пользователей в процессе эксплуатации системы.

В качестве основных ограничений при решении задач синтеза СОД РВ используются ограничения на время обслуживания и на устойчивость режима функционирования системы в целом. К дополнительным ограничениям относятся ограничения на состав процедур и программных модулей, объем оперативной памяти, состав и объем информационных массивов, степень дублирования процедур и информационных элементов в СОД РВ и др.

Рассмотрим задачу синтеза оптимальной структуры программного и информационного обеспечения СОД РВ по критерию максимальной производительности системы в режиме разделения времени в процессе обслуживания входных потоков на решение задач. Задача формулируется следующим образом:

,

при ограничениях на: время обслуживание -й заявки для заданного алгоритма организации очереди

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21