Глава седьмая. Система математического обеспечения модульных интегрирующих вычислительных структур
7.1. Структура системы математического обеспечения модульных ивс
В ИВС, в силу ее модульности, граф задачи имеет модифицированный вид С - структуры [32], или так называемого двоичного дерева; при этом после трансляции в большинстве случаев получаются планарные графы задач, которые по своей сложности значительно проще произвольных графов коммутации.
Различие в архитектурных единицах – решающих блоках и специализированных микропроцессорах (функциональных модулях), составляющих основу однородных цифровых интегрирующих структур (ОЦИС) и ИВС соответственно, приводит к отличию ИВС от ОЦИС в следующих аспектах: в представлении исходных задач, в архитектурной реализации, в методике программирования.
В ОЦИС задача представляется в виде структурной модели, затем производится решение, т.е. моделирование, следовательно имеет место следующая схема:
{задача} {аналоговое представление} {моделирование, или решение}.
В ИВС задача представляется на уровне пользователя в виде алгоритма решения с использованием численных методов, рекуррентных соотношений, затем производится построение структурной модели и решение, т.е. можно записать следующую схему:
{задача} {алгоритм решения} {аналоговое представление} {моделирование, или решение}.
В ОЦИС процесс аппаратной реализации можно представить следующим образом:
{порождающее
уравнение
численный метод}
{решающий блок (цифровой интегратор)}.
В ИВС процесс аппаратной реализации представляется таким образом:
{элементарная
зависимость
}
{система порождающих уравнений
{микропроцессор}.
В ОЦИС для программирования использован непроцедурный язык программирования, применены прямые методы трансляции, использующие библиотеку стандартных подпрограмм для порождающих уравнений [5, 9]:
{задача на ЯП} {декомпозиция} {построение структурной модели}.
В ИВС для программирования разработан ЯП на основе принципов структурного программирования [68] и адекватности спецификации программных и аппаратных модулей системы [35]. Схема работы система имеет вид:
В ОЦИС исходной информацией являются системы дифференциальных уравнений Шеннона, переход к который от исходной задачи является чисто механической процедурой при наличии библиотеки стандартных подпрограмм, которую в основном реализует система автоматизированного программирования (САП) ОЦИС, реализация которой возможна в двух вариантах: при использовании ЦВМ для программирования ОЦИС; при аппаратной реализации программного обеспечения.
В ОЦИС автоматизирован не процесс программирования, что должно было привести к созданию математического обеспечения, подобного универсальным ЦВМ, а программно с помощью ЦВМ или специального цифрового автомата автоматизирован процесс перехода от исходной задачи, представленной на одном из алгоритмических языков, к системам уравнений Шеннона и получения матриц коммутации, которые отражаются в КС ОЦИС с помощью стандартных подпрограмм функций и выражений, хранящихся в памяти ЦВМ или в специальном накопителе.
Для ИВС, являющихся в архитектурном плане более универсальными по сравнению с ОЦИС, автоматизация программирования задач является частью общей задачи разработки системы математического обеспечения ИВС, а сама система МО интегрирующих вычислительных структур, состоящих из специализированных микропроцессоров, в связи с отмеченной выше универсальностью представления исходных задач, аппаратной реализацией и методикой программирования, спроектирована таким образом, что она имеет все черты, подобные МО универсальных мультипроцессорных вычислительных структур [7, 99].
Входной язык ИВС является языком, базирующимся на принципах структурного программирования и порождаемым контекстно-свободными грамматиками типа 2 по Хомскому [68, 114, 115]. Транслятор строится на основе правил грамматического разбора, модифицированных в силу специфики ИВС. Выходом транслирующего алгоритма является список соединений СМП. Как частный случай, можно строить алгоритм получения операторного выражения исходной задачи с вектором настройки, компонентами которого являются приоритеты операторов [32]. При выполнении указанных требований для ИВС язык максимально используется по мощности, неоднозначность языка программирования устраняется.
В ИВС при подготовке и решении задачи пользователь никаких операций с системами Шеннона в явном виде не производит. Обрабатывающие алгоритмы, на основе которых строятся трансляторы ИВС, относятся к подмножеству алгоритмов для универсальных ЦВМ.
Целесообразность разработки МО ИВС заключается в необходимости упрощения программирования задач на ИВС и в эффективной организации вычислительного процесса с целью повышения коэффициента использования ресурсов проблемно-ориентированных ИВС и различных комплексов на их основе и диктуется рядом обстоятельств, среди которых наиболее существенными являются:
упрощение общения пользователя с ИВС;
сокращение времени прохождения задач от их постановки до машинной реализации;
повышение эффективности использования ИВС.
Структура системы математического обеспечения ИВС (МО) представлена на рис. 7.1 и включает в состав программное обеспечение (ПО) ИВС и язык программирования высокого уровня [28, 112, 115]. В свою очередь ПО ИВС состоит из транслятора компилирующего типа, загрузчика, диспетчера и специальных системных программ, к которым относятся программы символьного, или аналитического дифференцирования, выбора операторного базиса, подготовки числовых данных, генератора команд РБ ИВС, и программы, относящиеся к системе технического проектирования ИВС, реализующие алгоритмы расчета параметров решающих блоков и ФМ ИВС [10, 31,90, 91]. Все программы в системе ПО ИВС оформлены в виде отдельных модулей.
Цикл прохождения задачи в комплексе "ИВС + МО" включает в себя следующие этапы:
запись исходной задачи на ЯП ИВС, правила построения которого отвечают требованиям построения операторных выражений для задачи с целью эффективного отображения в ИВС;
трансляция задачи и получение операторного выражения исходной задачи в виде объектного модуля;
3) построение графа соединений ФМ по объектному модулю и загрузка в ИВС;
4) решение задачи и выдача результатов.
Кроме того, возможны этапы генерации операторного базиса для реализуемой задачи или класса задач совместно с аналитическим дифференцированием, в случае, когда система ПО не настроена на заданный класс задач.
273
Рис. 7.1. Структура системы МO ИВС