Варіанти завдань

Лабораторна робота 5 Використання ієрархічних мереж Петрі при аналізі моделей багаторівневих обчислювальних структур

Мета роботи. Побудова та дослідження моделей обчислювальних структур. Вивчення методів використання ієрархічних мереж Петрі при аналізі багаторівневих обчислювальних структур (ОС).

Постановка завдання. Існує три різних методи, за допомогою яких може бути розроблена багаторівнева ОС. Перший метод (зверху вниз) полягає в тому, що спочатку розробляється найвищий рівень, потім рівень, що знаходиться під ним, і т.д., поки не буде досягнутий рівень, який може бути інтерпретований апаратними засобами. Другий метод (знизу вгору) є прямою протилежністю методу "зверху вниз". При його використанні першим розробляється рівень, найбільш близький до апаратури, потім рівень, що примикає до нього зверху, і т.д. до тих пір, поки не буде досягнутий найвищий рівень. При використанні третього методу (з проміжного рівня) проектування починається з одного з проміжних рівнів, а потім процес розробки поширюється одночасно вгору і вниз.

Мережі Петрі з успіхом можуть застосовуватися при використанні любого методу. Можливі два шляхи практичного застосування МП при проектуванні та аналізі систем. Перший шлях полягає у використанні МП-моделей як допоміжного інструменту аналізу. У цьому випадку побудована структура моделюється мережею Петрі і модель аналізується. Будь-які труднощі, що зустрічаються при аналізі, вказують на вади у проекті. Для їх виправлення необхідно модифікувати проект. Модифікований проект потім знову моделюється і аналізується. Цей цикл повторюється до тих пір, поки аналіз не приведе до успіху. Другий шлях полягає в тому, що весь процес проектування і визначення характеристик НД проводиться в термінах мереж Петрі.

Нижче представлені варіанти ОС, призначення яких полягає у введенні, обробці та виведенні інформації. Пропоновані структури складаються з процесорних елементів (ПЕ), які можуть з'єднуватися послідовно і паралельно, і каналів введення-виведення, які складаються з підканалів. Послідовне з'єднання ПЕ_i і ПЕ_j позначається як - (ПЕ_i-ПЕ_j), паралельне з'єднання ПЕ_i і ПЕ_j - як - (ПЕ_i || ПЕ_j).

Порядок виконання роботи

1. Вибрати обчислювальну структуру відповідно з номером варіанту.

2. Розробити МП-модель відповідно до її словесного опису.

3. Провести аналіз отриманої МП-моделі за допомогою матричних методів і дерева досяжних розміток.

4. На основі дослідження зробити висновки про коректність моделі, запропонувати варіанти усунення недоліків у разі їх виявлення.

Контрольні питання

1. Яка інтерпретація позицій і переходів при описі МП обчислювальних структур?

2. Як можна довести коректність ієрархічної МП-моделі?

3. Як визначається ступінь деталізації ієрархічної МП-моделі ОС?

4. Які Ви знаєте шляхи практичного застосування МП при проектуванні та аналізі ОС?

5. Які методи проектування багаторівневих ОС вам відомі? У чому переваги і недоліки даних методів?

Варіанти завдань

1. Розглядається обчислювальна структура, яка складається з двох незалежних підканалів ПКВ₁, що вводить дані, і ПКВ₂, який виводить дані. Обробка даних ведеться на конвеєрному процесорі, що складається з трьох процесорних елементів. Якщо працює процесор, то введення даних заборонено.

2. Дано обчислювальну структуру, яка включає канал введення-виведення, що складається з підканалів ПКВ₁, ПКВ₂, ПКВ₃, і паралельний процесор, що складається з трьох процесорних елементів ПЕ₁, ПЕ₂, ПЕ₃. Введення даних виконують підканали ПКВ₁ і ПКВ₂, виведення - підканал ПКВ₂. Підканал ПКВ₃ управляє передачею даних в процесорні елементи: ПЕ₁ займає підканал ПКВ₃ на весь час обробки даних, ПЕ₂ - тільки на час введення і виведення, ПЕ₃ - тільки на час виведення.

3. Розглядаються обчислювальні структури ОC₁ і ОС₂. ОС₁ має паралельний процесор, що складається з двох процесорних елементів. ОС₂ має конвеєрний процесор і також складається з двох процесорних елементів. Канал введення-виведення включає два підканала ПКВ₁ і ПКВ₂. Введення та обробка даних в ОС₁ проводиться під управлінням підканалу ПКВ₁, а в ОС₂ - під управлінням підканалу ПКВ₂. Виведення даних з ОC₁ і ОС₂ вимагає заняття каналу введення-виведення повністю.

4. Дано обчислювальні структури ОC₁ і ОС₂, які мають відповідно паралельний (ПЕ₁||ПЕ₂||ПЕ_З) і послідовний (ПЕ₁-ПЕ₂) процесори. Обробка даних в процесорах ОC₁ і ОС₂ починається одночасно. Канал введення-виведення має один підканал і виконує введення і виведення даних у кожній обчислювальної структурі.

5. Дано обчислювальні структури ОC₁, ОC₂, ОС₃ і канал введення-виведення, що складається з підканалів ПКВ₁, ПКВ₂, ПКВ₃. ОC₁ виконує введення даних з використанням підканалів ПКВ₁ і ПКВ₂. ОC₂ виконує обробку даних на процесорі з наступною структурою ((ПЕ₁||ПЕ₂)-ПЕ_З). ОC₃ виконує виведення даних з використанням підканалів ПКВ₂ і ПКВ₃.

6. Дано обчислювальні структури ОC₁, ОC₂, ОС_З і канал введення-виведення, який включає два підканали ПКВ₁ і ПКВ₂. ОC₁ вводить дані з використанням підканалів ПКВ₁ і ПКВ₂. ОС₂ виводить дані з використанням підканалу ПКВ₂. Обробка ведеться ОС_З на послідовно-паралельному процесорі зі структурою (ПЕ₁(ПЕ₂||ПЕ_З)).

7. Розглядається обчислювальна структура і канал введення-виведення, який може використовуватися при введенні і виведенні даних одночасно. Обробка даних ведеться на паралельному процесорі зі структурою (ПЕ₁||ПЕ₂||ПЕ₃).

8. Дано конвеєрну систему, яка включає обчислювальні структури ОС₁, ОC₂, ОС₃ і канал введення-виведення з подканалов ПКВ₁ і ПКВ₂. ОC₁ і підканал ПКВ₁ вводять дані, ОС₂ і підканал ПКВ₂ виводять дані, ОС_З виконує обробку. Обробка ведеться на процесорі зі структурою ((ПЕ₁||ПЕ₂)-ПЕ₃-(ПЕ₄||ПЕ₅)).

9. Дано паралельну систему, яка включає обчислювальні структури ОС₁, ОC₂, ОС_З і канал введення-виведення, який вводить і виводить дані у ОС_і структури синхронно. Кожна обчислювальна структура має послідовний процесор, що складається з двох процесорних елементів ПЕ₁ і ПЕ₂. Умовою початку роботи ПЕ₂ в ОC₂ є закінчення обробки даних у ОС₃, а умовою початку роботи ПЕ₂ в ОC₁ є закінчення обробки даних у ОC₂.

10. Дано обчислювальні структури ОC₁, ОC₂, ОС₃ і ОС₄. Всі обчислювальні структури обмінюються даними з одним і тим же буфером. Передача даних здійснюється каналом введення-виведення, що містить підканал ПКВ₁. Процесори обчислювальних структур є послідовними і складаються з двох процесорних елементів. Обробку даних обчислювальні структури ведуть у такому порядку: ОС₁, ОС₃, ОС₄, ОC₂.

11. Дано обчислювальні структури ОC₁, ОC₂ і ОС₃, робота яких організована паралельно. Канал введення-виведення вводить і виводить дані для всіх обчислювальних структур синхронно. Процесори обчислювальних структур мають такий вигляд: ОС₁-(ПЕ₁-ПЕ₂), ОC₂-(ПЕ₁||ПЕ₂), ОС₃-(ПЕ₁-(ПЕ₂||ПЕ₃)). На роботу ОC₁ і ОC₂ накладається таке обмеження: ОC₂ може почати обробку даних лише після того, як почалася обробка даних у ОС₁.

12. Дано обчислювальні структури ОC₁, ОC₂ і ОС_З, пов'язані по кільцевій системі. ОС₁ і ОС₃ здійснюють введення і обробку даних, ОC₂ тільки обробку. Дано один канал введення-виведення, який займається на весь час роботи обчислювальної структури. Процесори обчислювальної структури мають наступну організацію: ОC₁-(ПЕ₁||((ПЕ₂||ПЕ₃)-ПЕ₄)), ОC₂ - (ПЕ₁-ПЕ₂-ПЕ₃), ОС₃-(ПЕ₁||(ПЕ₂-ПЕ_З-ПЕ₄)).

Рекомендована література

1. Томашевський В.М. Моделювання систем. Підручник для студентів ВНЗ – К.: Видавнича група BHV, 2007. – 352 с.

Додаток А