Введение к работе
Актуальность темы. В последнее время при проектировании средств вычислительной техники, автоматизированных систем активно используются графические представления спецификаций, поскольку они предлагают более удобные способы изложения данных, процессов и т.п. Так, функциональные описания представляют диаграммами потоков данных (DFD), в рамках стандарта SDL или методологии IDEF0. Для описания информационных моделей наибольшее распространение получили диаграммы сущность-связь (ERD), в которых предусмотрены средства для описания сущностей, атрибутов и отношений. Стандартной методикой построения таких диаграмм является IDEF1X. Поведенческие модели представляют в виде граф-схем, диаграмм переходов состояний (STD), сетей Петри. Объектный подход представлен унифицированным языком моделирования (UML), стандартом SDL-2000 и методологией IDEF4. Для описаний архитектур автоматизированных систем используются языки xADL 2.0, Darwin, UML.
Многообразие диаграммных графических языков покрывает все возможные типы описаний систем, однако существуют нерешенные проблемы.
Известные методы синтаксического анализа и преобразования ДГЯ обладают значительными затратами по времени (экспоненциальные, полиномиальные характеристики) и памяти.
Инструментальные средства поддержки графического проектирования не используют универсальные методы синтаксического анализа и преобразования графических диаграмм. Разработка программных реализаций для новых графических языков и/или преобразований потребует значительных ресурсов, т.к. нет вторичного использования кода или кодогенерации.
Большинство инструментальных средств проектирования являются узко специализированными и направлены на работу с одним / двумя графическими языками. Современные методологии разработки автоматизированных систем, средств вычислительной техники и т.п. нацелены на использование нескольких графических языков описания системы (архитектуры), а значит проектировщик вынужден самостоятельно организовать взаимодействие между ними, не имея возможности использовать универсальные инструментальные средства с несколькими графическими языками.
Практически не развиты автоматизированные средства создания схем анализа и схем синтаксически - ориентированной трансляции диаграмм графических языков.
Вышеизложенное обуславливает актуальность задачи исследования методов и средств реализации диаграммных графических языков (ДГЯ) САПР.
Целью диссертационной работы является расширение возможностей методов и средств реализации ДГЯ САПР за счет разработки автоматных методов анализа и преобразования ДГЯ, позволяющих сократить время анализа, затраты памяти, обладающих необходимой полнотой контроля, а также синтаксически - ориентированных программ их поддержки.
В соответствии с поставленной целью в работе формулируются и решаются следующие задачи исследования.
Анализ существующих подходов синтаксического анализа и синтаксически - ориентированной трансляции ДГЯ.
Разработка метода анализа ДГЯ с временной сложностью анализатора не превосходящей сложность существующих аналогов и обеспечивающего необходимую полноту контроля.
Разработка метода синтаксически - ориентированной трансляции
ДГЯ в текстовые и графические формальные представления. 4. Разработка информационного и программного обеспечения,
позволяющего производить синтаксический анализ ДГЯ, их
синтаксически - ориентированную трансляцию в другие формы
(текст, графика).
Объектом исследования является автоматизация процесса обработки ДГЯ САПР.
Предметом исследования является разработка комплекса методов анализа и трансляции ДГЯ, программных средств, обеспечивающих автоматизацию обработки ДГЯ.
Методы исследования основаны на использовании положений и методов теории алгоритмов, теории множеств, теории графов, теории автоматов, теории формальных языков, теории графических языков, теории параллельного программирования, а также использовании основ системотехники и теории автоматизированного проектирования.
Научная новизна определяется разработанными методами анализа и преобразования ДГЯ САПР, основу которых составляет предложенное семейство автоматных RV - грамматик.
В результате проведенных исследований получены следующие научные результаты.
Предложен новый метод синтаксического анализа диаграмм графических языков на основе автоматной графической грамматики (RV - грамматики), отличающийся от известных линейной временной характеристикой анализа, малыми затратам памяти. Метод обеспечивает полноту контроля и позволяет создавать метаописания неструктурированных ДГЯ и ДГЯ, содержащих параллелизм.
Предложен новый метод нейтрализации ошибок в диаграммах графических языков на основе автоматной RVN - грамматики, позволяющий за один проход анализатора сформировать список всех
ошибок, тем самым сократить время проектирования корректных диаграмм. 3. Предложен новый метод синтаксически - ориентированной трансляции диаграмм графических языков в текстовые и графические формы, который позволяет получать семантические значения диаграмм в терминах денотационной и операционной семантик, а также способствует формированию динамической семантики диаграмм. Метод основан на разработанной автоматной транслирующей RVT - грамматике в двух реализациях: для текстового и графического целевых языков.
Практическая ценность
Практическими результатами диссертационной работы являются.
Разработанный анализатор графических схем алгоритмов, являющийся расширением для графического редактора Microsoft Visio.
Разработанный синтаксически - ориентированный графический редактор, позволяющий обнаруживать допущенные при построении диаграмм синтаксические ошибки и транслировать реализованные графические представления в текстовую форму (использована RVTt - грамматика).
Разработанная архитектура системы реализации ДГЯ, предлагающая полный набор функциональности для построения и редактирования диаграмм различных ДГЯ, средств их анализа и преобразования в тектовые и/или графические представления. Компоненты системы позволяют:
а) формировать библиотеки примитивов ДГЯ, нагруженные
описанием взаимодействия в реализуемых диаграммах;
б) строить схемы анализа в виде трех вариантов авторской
автоматной графической грамматики (RV / RVN / RVH -
грамматики);
в) ставить в соответствие графические или тектовые языки
графическому языку посредством использования авторской
автоматной транслирующей грамматики, (RVT - грамматики),
для целевого текстового языка - RVTt - грамматика, а для
целевого графического языка - RVTg - грамматика;
г) назначать индивидуальные отображения элементам
графических диаграмм в терминах целевого языка,
определенного используемой схемой трансляции;
д) организовывать структуры данных содержащие библиотеки
примитивов, соответствующие им схемы анализа, наборы схем
трансляции в разные целевые языки, а также библиотеки
индивидуальных отображений для каждого набора схем
трансляции.
Разработаны компоненты системы.
На реализованные программные средства получено шесть СВИДЕТЕЛЬСТВ (РОСПАТЕНТ) об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2003612553, 2005610662, 2005611312, 2005611314, 2007611772, 2007611773.
Реализация и внедрение результатов работы. Разработанные программные средства внедрены в:
учебный процесс Ульяновского государственного технического университета (г. Ульяновск);
учебный процесс Ульяновского института повышения квалификации и переподготовки работников образования (г. Ульяновск);
процесс подготовки производства ОАО "Автодеталь-Сервис" (г. Ульяновск);
проектный процесс ООО "Микро" (г. Ульяновск);
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих международных и региональных конференциях: 7-ой международной научно-технической конференции "Интерактивные системы: Проблемы человеко-компьютерного взаимодействия / ИС-2007", г. Ульяновск, 2007; Международной "Конференции по логике, информатике, науковедению (КЛИН-2007)", г. Ульяновск, 2007; VII Всероссийская конференция молодых ученых по математическому моделированию и информационным технологиям, г. Красноярск, 2006; Международной конференции "Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроинформатика в науке и технике (КЛИН-2005)", г. Ульяновск, 2005; Международной конференции "Интерактивные системы: Проблемы человеко-компьютерного взаимодействия 2003", г. Ульяновск, 2003; Ежегодных внутривузовских конференциях профессорско-преподавательского состава, г. Ульяновск, 2002, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе две в журналах списка ВАК. Получено шесть СВИДЕТЕЛЬСТВ (РОСПАТЕНТ) об официальной регистрации программ для ЭВМ № 2003612553, 2005610662, 2005611312, 2005611314, 2007611772, 2007611773.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, библиографического списка использованной литературы, изложенных на 205 страницах машинописного текста, а также приложения, на 10 страницах машинописного текста, содержит 69 рисунка и 21 таблицу. Список литературы включает 114 наименований.
