Содержание к диссертации
Введение
Моделирование в сапр микропроцессорных систем 24
1.1 Использование моделей микропроцессорных устройств в структурно-функциональном проектировании 24
1.2 Моделируемые сущности в ПСМ МПС 27
1.2.1 Структура моделируемых объектов 28
1.2.2 Поведение объектов 29
1.2.3 Обрабатываемые данные и операции 37
1.3 Уровни моделирования МПС 40
1.4 Использование моделей и функциональные возможности среды ПСМ МПС 46
1.5 Выводы по первой главе 50
2 Принципы построения систем поддержки оценочного моделирования микропроцессорных систем 51
2.1 Структурно-функциональное проектирование на основе оценочного моделирования 51
2.2 Требования к системам оценочного моделирования 55
2.3 Обеспечение открытости СПОМ и поддержка многоуровневого моделирования 60
2.3.1 Открытость СПОМ в части изменения спектра моделей и их свойств 60
2.3.2 Многоуровневое моделирование 62
2.3.3 Модификация свойств диалоговой инструментальной среды 66
2.4 Оценка параметров проектных решений и накопление артефактов проектирования 67
2.5 Анализ функционирования МПС при обратном проектировании 73
2.6 Организация обучения в среде СПОМ 77
2.6.1 Основные проблемы организации обучении в среде СПОМ 77
2.6.2 Интеграция учебной и инженерной деятельности 79
2.6.3 Использование технологий автоматизированного обучения .' 81
2.6.4 Поддержка индивидуального и группового обучения . 91
2.7 Интеграция систем оценочного моделирования со средствами программирования 103
2.8 Обеспечение функциональности, устойчивости и технологичности СПОМ 105
2.8.1 Управление функциональностью СПОМ 105
2.8.2 Технологичность проектных решений и общая модель проектирования 108
2.8.3 Рациональные процессы проектирования моделей ПО
2.9 Выводы по второй главе 114
3 Инженерное проектирование системы поддержки оценочного моделирования микропроцессорных систем 118
3.1 Параметры качества проектных решений СПОМ 119
3.2 Архитектура СПОМ 125
3.2.1 Обобщенная структурно-функциональная схема СПОМ 125
3.2.2 Оценочное моделирование на базе средств отладки ПО МПС 128
3.2.3 Сетевые системы 131
3.3 Программные модели микропроцессоров 140
3.3.1 Структурно-функциональная организация симуляторов МП 140
3.3.2 Моделирование машинных команд 143
3.4 Интеграция моделей МП с моделями внешней среды 149
3.5 Тестирование моделей МПУ 156
3.6 Выводы по третьей главе 161
4. Автоматическая генерация моделей микропроцессоров 165
4.1 Общие идеи автоматической генерации 165
4.2 Языки спецификации МП и МК 168
4.3 Арифметические функции и их представление таблицами и граф-схемами 173
4.3.1 Представление функций таблицами 174
4.3.2 Представление функций граф-схемами 181
4.3.3 Синтез граф-схем функций 188
4.4 Таблично-алгоритмическая реализация арифметических функций 200
4.4.1 Реализация арифметических функций комбинационными схемами 201
4.4.2 Реализация арифметических функций по-следовательностными схемами 207
4.5 Генерация симуляторов микропроцессоров на основе техники трансляции таблиц решений 212
4.6 Генерация быстродействующего симулятора на основе более медленного интерпретатора машинных команд : 220
4.7 Оценка эффективности процесса автоматической генерации . 223
4.8 Выводы по четвертой главе 229
5. Организация поддержки обучения 231
5.1 Процессы изучения МПТ и технологии ее проектирования и моделирования 231
5.2 Шаблоны проектирования в обучающих режимах СПОМ 241
5.2.1 Классификация шаблонов проектирования 241
5.2.2 Структурно-функциональная организация шаблонов . 244
5.2.3 Примеры применения шаблонов 246
5.3 Модели учебно-инженерных проектов 249
5.4 Выводы по пятой главе 250
Заключение 253
Список литературы 256
Приложение 1. Основные сведения по методологии и технологии моделирования систем
Приложение 2. Краткие аннотации программ, созданных в ходе проведения экспериментов по диссертации
Приложение 3. Акты о внедрении
- Использование моделей микропроцессорных устройств в структурно-функциональном проектировании
- Структурно-функциональное проектирование на основе оценочного моделирования
- Параметры качества проектных решений СПОМ
- Языки спецификации МП и МК
- Процессы изучения МПТ и технологии ее проектирования и моделирования
Введение к работе
Актуальность проблемы. Анализ различных вариантов структурно-функциональной организации микропроцессорных систем (МПС) на ранних стадиях их проектирования существенно затруднен тем, что оценки значений критериальных параметров качества технических решений неточны. Одним из эффективных методов повышения точности этих оценок является моделирование функционирования тех аппаратно-программных компонентов, свойства которых в наибольшей степени влияют на значения критериальных параметров. В средствах автоматизации структурно-функционального проектирования, базирующихся на этом методе, центральное место должны играть системы поддержки оценочного моделирования (СПОМ), которые имеют существенные отличия от традиционных систем моделирования, используемых на этапе разработки программного обеспечения МПС и выполняющих моделирование преимущественно на уровне системы команд и межрегистровых передач.
Традиционные системы моделирования не предоставляют возможность варьировать структурно-функциональную организацию МПС в широких пределах и при их использовании требуется выполнять слишком большой объем моделирования на довольно низком уровне, что ведет к излишним затратам времени. Чтобы пространство возможных вариантов структурно-функциональной организации МПС при поиске качественных проектных решений не было сильно ограниченным, а сам процесс оценки вариантов не требовал слишком детальной проработки проектных решений, необходимо наделить СПОМ следующими свойствами:
Гетерогенностью, т.е. возможностью моделировать различные микропроцессоры (МП) и микроконтроллеры (МК) различных семейств.
Наличием возможности подключения к модели МП или МК моделей поведения внешней среды. Здесь имеются ввиду прежде всего композиции внешних микропроцессорных устройств (ВМПУ), таких как БИС адаптеров связи, контроллеров прерываний и т.п., и объектов контроля и управления.
Открытостью, что означает предоставление пользователю возможности включать в спектр моделей системы свои собственные модели.
Поддержкой многоуровневого моделирования, что позволяет уменьшить сложность моделей в той части, где достаточная точность оценки критериальных параметров достигается без детализации, свойственной моделям уровня системы команд и межрегистровых передач.
Возможностью интеграции СПОМ с различными кросс-средствами поддержки программирования.
Наличием развитых средств профилирования, дающих возможности оценивать критериальные параметры.
Наличием встроенных средств поддержки обучения новым проектным решениям, методам проектирования и моделирования.
Первые четыре свойства обеспечивают свободу выбора микропроцессорных комплектов (МПК) и степени детальности оценочного моделирования. Пятое и шестое свойства превращают СПОМ и комплект кросс-средств в систему автоматизации структурно-функционального проектирования (САСФП). Седьмое свойство обеспечивает две важные вещи: а) требуемую квалификацию разработчиков в условиях постоянного расширения спектра доступных для применения компонентов, устройств, технических решений и методов решения задач проектирования, и б) обучение разработчиков МПС основам моделирования средств МПТ, что необходимо, поскольку специалисты по проектированию МПС вовлекаются в непривычную для них деятельность, связанную с расширением спектра моделей СПОМ под конкретные проектные ситуации.
К сожалению, систем моделирования, обладающих указанными свойствами, в настоящее время не существует. Не существует и основ теории создания подобных систем, что обуславливает актуальность задачи исследования принципов построения средств автоматизации структурно-функционального проектирования микропроцессорных систем, основанных на моделировании функционирования средств микропроцессорной техники и имеющих развитую поддержку обучения.
В центр этих исследований целесообразно поставить проблемы создания функционально развитых СПОМ, поскольку прочие компоненты САСФП, такие как кросс-ассемблеры, кросс-компиляторы языков высокого уровня, компоновщики и редакторы текстов, могут быть либо заимствованы из существую- щих кросс-систем программирования, либо строятся хорошо исследованными методами.
Исследования должны охватывать достаточно представительный круг вопросов. Во-первых, необходимо проанализировать существующую практику использования средств моделирования МПС, поскольку опыт выполнения различных видов проектных работ, связанных с моделированием, является важным источником требований к СПОМ. Свойства и технология инженерного проектирования МПС на основе средств автоматизации проектирования достаточно хорошо изложены в работах М.Рафикузамана, А.Г.Алексенко, А.Д.Иванникова, М.С.Куприянова, В.Г.Домрачева.
Во-вторых, создание СПОМ с широким спектром разнообразных моделей средств микропроцессорной техники (МПТ) требует проведения теоретических исследований, основным результатом которых должны быть абстрактные модели (метамодели), достаточно эффективно преобразуемые в конкретные программные модели устройств. В качестве отправных точек здесь уместно рассматривать автоматно-лингвистические, логико-алгебраические, алгоритмические и графовые модели, опираясь на результаты исследований В.М.Глушкова, Ю.В.Капитоновой, А.А.Летичевского, А.Н.Мелихова, В.А.Горбатова, Д.А.Поспелова, В.Г.Лазарева и Е.В.Пийль, С.И.Баранова, В.В.Иванищева и В.Е.Марлея, А.Ахо (A.V.Aho) и Д.Ульмана (J.D.Ullman). В 90-х годах активно начала развиваться теория алгебраических моделей архитектур МП, прежде всего в работах А.Фокса (A.C.J.Fox), Н.Хармана (N.A.Harman), Д.Таккера (J.V.Tucker), Т.Кука (T.A.Cook). Я.Накамуры (У.Макатига),А.Трибулеца (A.Trybulec). Другим важным источником для формирования методологии моделирования средств МПТ являются исследования по общей теории моделирования и моделированию вычислительных систем, изложенные в работах Р.Шеннона, Д.Смита, Б.Я.Советова, И.В.Максимея, Д.Феррари, И.Н.Альянаха. Методология моделирования микропроцессорных систем на уровне БИС представлена в работах А.Д.Иванникова. Общая концепция автоматической генерации программ симуляции изложена в конце 90-х годов в работах n.MarHycceHa(P.Magnusson) и В-третьих, наличие в САСФП МПС развитой поддержки обучения требует тщательной проработки их методического обеспечения. В круг основных исследовательских задач, связанных с методическим обеспечением, входят: создание технологии обучения, базирующейся на активном использовании программных моделей средств МПТ, и разработка подходов к управлению обучением в среде СПОМ. В качестве отправных точек для создания подсистем поддержки обучения следует назвать работы А.М.Довгялло, В.Д.Рынгача, А.В.Соловова. Область исследования - автоматизация проектирования микропроцессорных систем. Объект исследования - системы автоматизации структурно-функционального проектирования микропроцессорных систем с развитой поддержкой обучения. Предмет исследования - методология и технология построения систем оценочного моделирования МПС и их применения в задачах структурно-функционального проектирования. Целью работы является разработка основ теории построения и использования средств автоматизации структурно-функционального проектирования микропроцессорных систем с развитой поддержкой обучения, основанных на моделировании функционирования средств микропроцессорной техники. Для достижения этой цели необходимо решить следующие основные задачи. Исследование методов моделирования средств МПТ и существующих подходов к построению систем моделирования. Разработка принципов и основ методологии построения СПОМ, обеспечивающих эффективную поддержку структурно-функционального проектирования МПС. Разработка базовых архитектурных решений СПОМ и основ такой технологии ее реализации, при которой обеспечивается требуемое сочетание функциональных возможностей, быстродействия, аппаратурных затрат и устойчивости. Разработка методов автоматизации проектирования программных моделей микропроцессоров. Разработка моделей процессов поддержки обучения на основе активного применения техники моделирования в среде СПОМ. Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались три группы методов: а) методы анализа прецедентов создания и применения средств поддержки проектирования МПС и программных моделей средств МПТ; б) теоретические методы исследования логико-алгебраических, алгоритмических, автоматно-лингвистических и графовых представлений структурно-функциональной организации средств МПТ и их программных моделей; б) методы экспериментального исследования, заключающиеся в создании конкретных средств поддержки проектирования МПС, апробации их в практической проектной деятельности с целью уточнения структурно-функциональных моделей СПОМ. Научная новизна проведенных исследований заключается в следующем: Сформулированная в работе система принципов построения систем поддержки оценочного моделирования МПС отличается от известных подходов к созданию систем моделирования тем, что обеспечивает многоуровневое моделирование, расширение спектра поддерживаемых моделей за счет разработок пользователей системы и связывание моделей отдельных устройств в модель МПС. Разработанный и представленный в диссертации комплекс структурно-функциональных моделей СПОМ и их алгебраических спецификаций отличается от известных моделей симуляторов тем, что ориентирован на различные условия применения программных моделей, поддерживает инженерно-аналитическое проектирование симуляторов, при котором часть структурно-функциональных вариаций симуляторов выполняется над формальными моделями, а не над программными моделями, что свойственно традиционному процессу инженерно-технологического проектирования. Разработанные методы автоматической генерации программ симуляции микропроцессора отличаются от известных тем, что за счет использования таблиц решений для спецификации системы команд моделируемого микропроцессора позволяют в широких пределах варьировать соотношение быстродействия и затрат памяти его программной модели. Разработанный метод трансляции таблиц решений в графы-схемы функции отличаются от известных использованием оценки числа строк сжатых под-таблиц, получаемых после разделения таблицы по выбранному аргументу, что в общем случае сокращает сложность генерируемой дерево-схемы арифметической функции. 5. Разработанные базовые алгоритмические модели деятельности пользователей СПОМ, работающих в режиме обучения, отличаются от известных моделей поддержки обучения тем, что активно используют программные модели средств микропроцессорной техники в различных видах учебной деятельности и предусматривают контролируемую реализацию учебно-инженерных проектов с поддержкой режимов индивидуального и группового обучения. Практическая ценность. Практическую ценность представляют следующие результаты осуществления разрабатываемых и развиваемых в диссертации подходов: а) конкрентные варианты структурно-функциональной организации систем поддержки проектирования МПС; б) несколько версий программной системы моделирования МПС на базе МПК К580; в) телекоммуникационные системы моделирования, созданные средствами Java-технологии для эксплуатации в среде Интранет и охватывающие МП Intel 8086, Motorola 68000, Microchip РІС и МП с архитектурой PDP-11; г) комплект образцов проектирования программных моделей средств МПТ, предоставляемых разработчикам МПС для быстрого создания моделей расширения СПОМ; д) многофункциональный настраиваемый кросс-ассемблер; е) настраиваемый на различные архитектуры интерпретатор ассемблер-программ ж) телекоммуникационная система схемотехнического моделирования; з) телекоммуникационная авторская система автоматизированного обучения, построенная для среды Интранет на основе технологии клиент-сервер и SQL-баз данных; и) авторская система автоматизированного обучения, построенная на основе интерпретатора авторского языка программирования автоматизированных учебных курсов. Достоверность и эффективность. Достоверность полученных в диссертации результатов подтверждается теоретическими доказательствами, результатами экспериментальных разработок, многолетним опытом эксплуатации систем моделирования и применения в учебном процессе созданной в ходе диссертационных исследований системы методов и средств поддержки обучения проектированию программных моделей МП, МК и микропроцессорных БИС. Внедрение результатов. Диссертационная работа является обобщением результатов, полученных автором в Ленинградском электротехническом инсти- туте и Ульяновском государственном техническом университете в процессе выполнения в 1974-1994 годах научно-исследовательских работ, в том числе: "Разработка принципов построения и технической реализации средств вычислительной техники на основе многофункциональных регулярных вычислительных структур" (Москва, НИЦЭВТ), "Разработка микропроцессорной системы для управления сверлильными станками" (Ульяновск, Завод "Искра"), "Разработка средств автоматизированного обучения" (Ульяновск, Центр микроэлектроники), "Разработка интегрированной авторской системы автоматизированного обучения с развитыми возможностями адаптации к обучаемым" (РосКЦИ-ТО, единый заказ-наряд республиканского бюджета 1994 г, МКНП "Развитие информационной среды высшей школы"). Системы моделирования переданы для использования в Ульяновский центр микроэлектроники, Ульяновский автомобильный завод, Ульяновское КБ приборостроения, Пензенский технологический институт, НИИ Радиотехники Красноярского государственного технологического университета, и используются в качестве среды обучения по микропроцессорной технике в Ульяновском государственном техническом университете более 10 лет. Апробация работы. Основные научные и практические результаты исследований по теме диссертации докладывались на 4-й Всесоюзной конференции по проблеме "Однородные вычислительные системы и среды" (Киев, 1975), Всесоюзном совещании по микропроцессорам (Рига, 1975), Всесоюзном совещании "Дальнейшее развитие техники запоминающих устройств" (Тбилиси, 1976), Всесоюзном семинаре "Параллельные машины и параллельная математика" (Киев, 1977), Всесоюзная конференция "Интенсификация учебного процесса на основе применения микропроцессоров" (Воронеж, 1987), Всесоюзная выставка-семинар "Новые информационные технологии в высшей школе" (Гурзуф, 1991), "Новые информационные технологии в школах и вузах" (Москва, 1993), "Компьютерные технологии в высшем образовании" (Санкт-Петербург, 1994), Республиканском совещании-семинаре "Информационные технологии в учебном процессе кафедр физики и математики" (Ульяновск, 1995,1997,1999), Всероссийской научно-методической конференции "Телематика-98" (Санкт-Петербург, 1998), Международной конференции "Интерактивные системы: проблемы человеко-компьютерного взаимодействия" (Ульяновск, 1997,1999,2001), Международной конференции "Нейронные, реляторные и непрерывнологиче-ские сети и модели" (Ульяновск, 1998, 1999), Международной конференции "Континуальные логико-алгебраические методы в науке, технике и экономике" (Ульяновск, 2000,2001). Под руководством автора выполнены и успешно защищены 12 магистерских диссертаций и в 2002 году завершается выполнение двух кандидатских диссертаций. Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 67 работах. Из них 3 монографии, 1 учебное пособие, 8 авторских свидетельств, 25 статей и 30 тезисов докладов и материалов научных конференций. На защиту выносятся: Система принципов построения программных систем моделирования, ориентированных на поддержку структурно-функционального проектирования МПС. Система принципов обеспечивает гетерогенность систем моделирования, многоуровневость моделирования, открытость в части обеспечения расширения спектра поддерживаемых моделей за счет разработок пользователей системы и подключения моделей объектов и процессов внешней среды к моделям микропроцессоров и микроконтроллеров. Комплекс структурно-функциональных моделей СПОМ и их алгебраических спецификаций, ориентированный на различные условия применения программных моделей и поддержку инженерно-аналитического проектирования симуляторов, при котором часть структурно-функциональных вариаций симуляторов выполняется над формальными моделями. Методы автоматической генерации программ симуляции микропроцессора, базирующиеся на использовании таблиц решений и позволяющие из спецификации системы команд моделируемого микропроцессора генерировать программные модели с различным соотношением быстродействия и затрат памяти. Комплекс методов преобразования таблиц решений в графы-схемы арифметических функций, включающий в себя метод слияния таблиц решений и метод генерации дерево-схемы арифметической функции, базирующийся на оценке числа строк сжатых подтаблиц, получаемых после разделения таблицы по выбранному аргументу. Базовые алгоритмические модели деятельности пользователей СПОМ, работающих в режиме обучения, в которых активно используются программ- ные модели средств микропроцессорной техники в различных видах учебной деятельности и предусматривается контролируемая реализация учебно-инженерных проектов с поддержкой режимов индивидуального и группового обучения. Данные модели ориентированы на обучение методам решения проектных задач при создании МПС и методам моделирования средств МПТ. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка используемой литературы, включающего 158 наименований, и трех приложений. Основная часть работы изложена на 270 страницах машинописного текста. Работа содержит 55 рисунков и 12 таблиц. Во введении рассмотрена актуальность проблемы разработки научных основ создания средств автоматизации структурно-функционального проектирования МПС, показана роль системы поддержки оценочного моделирования технических решений проектируемых систем, определен спектр требований, которым должны удовлетворять САСФП в целом и СПОМ в частности. Детализированы формулировки задач, решение которых обеспечивает достижение поставленной в диссертационной работе цели. В первой главе исследуется практика применения систем моделирования средств МПТ, базовые математические модели и методы моделирования, используемые при разработке их программных моделей, и моделируемые сущности МПС. Во второй главе формулируются и обсуждаются принципы построения СПОМ МПС, которые обеспечивают поддержку многоуровневого моделирования, связывание моделей средств МПТ в модель МПС, расширение спектра моделей за счет разработок пользователей, выполнение оценочного моделирования с целью получения значений критериальных параметров проектируемых МПС. Рассмотрены базовые технологические процессы проектирования программных моделей. В третьей главе на основе анализа реальных систем моделирования и современных технологий проектирования программных систем рассмотрены вопросы инженерного проектирования симуляторов МП и МК. Предложен ряд абстрактных моделей, ориентированных на таблично-алгоритмическую реализацию функциональных зависимостей, связанных с интерпретацией машинных команд в программных моделях МП и МК. Рассмотрены также вопросы сопря- жения моделей МП с моделями внешней среды. Сформулированы основные механизмы организации разноуровнего моделирования. В качестве эффективного метода сокращения затрат на проведение экспериментов с программно-техническими решениями МПС рассматривается сочетание моделирования МП и МК на уровне архитектуры и системы команд с высокоуровневым моделированием процессов, реализуемых совместной работой программ и аппаратуры. В четвертой главе представлены результаты теоретических и практических исследований проблемы автоматической генерации программ моделирования средств МПТ. Рассмотрены абстрактные модели различного типа, предложены формализмы, позволяющие достаточно эффективно строить программы автоматической генерации базовых фрагментов симуляторов на различных языках программирования. В пятой главе Рассмотрены вопросы создания средств поддержки обучения, встраиваемых в САСФП МПС. Предложены модели учебно-инженерных проектов и модели контролируемой деятельности, базирующиеся на логико-алгебраических представлениях основных артефактов проектирования. Эти модели позволяют осуществлять эффективную поддержку моделирования, экспериментирования и обучения в сочетании с контролем как со стороны процедур верификации СПОМ, так и со стороны инструктора, задействованного в проектно-исследовательском процессе, нацеленном на обучение. Основные результаты работы: 1. В результате исследований впервые предложен подход к созданию средств автоматизации структурно-функционального проектирования МПС на основе использования оценочного моделирования, охватывающего процессами оценки критериальных параметров варианты структурно-функциональной организа ции проектируемой МПС, существенно различающиеся по номенклатуре при меняемых микропроцессорных комплектов. Совокупность компонентов, обес печивающих оценочное моделирование, в работе предложено назвать система ми поддержки оценочного моделирования (СПОМ). 2. Сформулирована целостная система принципов построения СПОМ и их интеграции с кросс-средствами программирования в комплексную систему автоматизации проектирования структурно-функционального проектирования МПС. В отличие от известных подходов к созданию систем моделирования, в СПОМ осуществляется многоуровневое моделирование, поддерживается расширение спектра моделей за счет разработок пользователей системы и связывание моделей отдельных устройств в модель МПС. Разработаны общие модели процесса проектирования программных моделей микропроцессоров и микроконтроллеров в среде СПОМ. В отличие от традиционно осуществляемых при построении программных моделей процессов прямого программирования и инженерно-технологического проектирования в СПОМ предложено использовать еще два процесса - инженерно-аналитическое и автоматизированное проектирование. Разработан комплекс структурно-функциональных моделей СПОМ и их алгебраических спецификаций, ориентированных на различные условия применения, охватывающих как персональные, так и сетевые системы. Основное отличие данных моделей от известных моделей симуляторов заключается в поддержке инженерно-аналитического проектирования симуляторов, при котором большая часть структурно-функциональных вариаций симуляторов выполняется над формальными моделями, а не над программными моделями, что свойственно традиционному процессу инженерно-технологического проектирования. Разработан метод автоматической генерации программ симуляции микропроцессора, который отличается от известных тем, что за счет использования таблиц решений для спецификации системы команд моделируемого микропроцессора обеспечивается варьирование соотношения быстродействия и затрат памяти его программной модели в очень широких пределах. Разработаны теоретические основы представления функциональных зависимостей моделей микропроцессоров системами арифметических функций и граф-схемами, являющимися основой для порождения программ моделирования машинных команд в режиме автоматической генерации. 7. Разработаны методы слияния таблиц решений и метод, основанный на подсчете количества строк подтаблицы, получаемой после операции ее мини мизации через операцию склеивания. Первый из этих методов позволяют ком- позировать и декомпозировать арифметические функции как на уровне пред ставления таблицами решений, так и на уровне представления граф-схемами. Второй метод обеспечивает синтез граф-схем меньшей сложности по сравнению с распространенным методом "суммы тире". Разработан метод построения самогенерирующейся программной модели микропроцессора, позволяющий на основе медленного, но компактного интерпретатора машинных команд формировать непосредственно в памяти программные модели со значительно более высоким быстродействием. Разработаны базовые алгоритмические модели деятельности пользователей СПОМ, работающих в режиме обучения. Эти модели отличаются от известных моделей поддержки обучения тем, что предусматривают контролируемую реализацию учебно-инженерных проектов с поддержкой режимов индивидуального и группового обучения. Предлагаемые средства поддержки обучения в отличие от традиционных средств, встраиваемых в САПР, обеспечивают не только обучение правилам использования функциональных возможностей соответствующих систем, но и методам решения проектных задач при создании МПС, а также методам моделирования средств МПТ. Основное содержание работы (положения диссертации) опубликовано в 67 работах, в том числе: Монографии: 1. Балашов Е.П., Негода В.Н., Пузанков Д.В., Смагин А.А., Смолов В.В. Информационные системы: Табличная обработка информации. Энергоатомииздат, 1985.-184 с. 2.Смагин А.А., Негода В.Н., Скворцов С. В. Проектирование и сопровождение микропроцессорных систем. Изд-во Сарат. ун-та, 1987. - 100 с. 3. Негода В.Н. Системы автоматизации структурно-функционального проектирования микропроцессорных систем. - Ульяновск: УлГТУ, 2001. - 156 с. Учебное пособие: 1. Негода В.Н. Программирование задач дискретной математики на языке Паскаль. - Ульяновск, УлПИ, 1988. - 88 с. Авторские свидетельства: 1. Балашов Е.П, Негода В.Н., Плюснин В.У., Прянишников В., Пузанков Д.В., Смолов В.Б., Водяхо А.И., Шаляпин В.В. Устройство для вычисления функций вида ех , Авт. свид. СССР № 631924, 3 с. Балашов Е.П., Негода В.Н., Пузанков Д.В. Цифровое вычислительное устройство, Авт. свид. СССР № 646337, 3 с. Балашов Е.П., Варлинский Н.Н., Волкогонов В.Н., Негода В.Н., Степанов B.C. Логическое запоминающее устройство, Авт. свид. СССР, № 733024, 6 с. Балашов Е.П., Водяхо А.И., Негода В.Н., Плюснин В.У., Прянишников В., Пузанков Д.В., Цуканов Ю.П., Шаляпин В.В. Устройство для вычисления функций вида у = sin х, Авт. свид. СССР, № 760111,4 с. Балашов Е.П., Водяхо А.И., Негода В.Н., Плюснин В.У, Прянишников В., Пузанков Д.В., Цуканов Ю.П., Шаляпин В.В. Специализированный процессор, Авт.свид. СССР, № 723581, 2 с. Балашов Е.П., Водяхо А.И., Негода В.Н., Пузанков Д.В., Шаляпин В.В. Специализированный процессор, Авт. свид. СССР, № 734705, 2 с. Балашов Е.П., Негода В.Н., Пузанков Д.В., Скворцов СВ. Управляющий процессор, Авт. свид. СССР, № 843592, 11с. Балашов Е.П., Маркин В.В., Негода В.Н. Устройство для вычисления симметричных булевых функций, Авт. свид. СССР, № 959064, 8 с. Статьи в журналах и сборниках трудов: Семушин И.В., Негода В.Н. Об устройствах оценивания сигналов для навигационных систем. Изв. вузов "Приборостроение", № 8, 1974, с. 68-71 Балашов Е.П., Смагин А.А., Негода В.Н. Табличный способ перевода десятичных чисел в двоичный код, В кн.: "Вычислительная техника", вып.5. Пенза, 1975, с. 10-13. Негода В.Н., Балашов Е.П.ДІузанков Д.В. Возможности использования интегральных ПЗУ в качестве решающих блоков дискретных систем, В кн.: "Проектирование средств вычислительной техники на основе БИС", Л.: ЛДНТП, 1976, с. 54-56. Водяхо А.И., Гусев СВ., Негода В.Н., Шаляпин В.В. Структуры быстродействующих специализированных процессоров для вычисления элементарных функций с высокой точностью. В кн. ^'Вычислительная техника", вып.7., Л.:ЛЭТИ, 1978, с. 112-117. Балашов Е.П., Гусев СВ., Негода В.Н., Плюснин В.У, Пузанков Д.В., Смолов В.Б.,Суслов А.В., Цуканов Ю.П., Шаляпин В.В. Табличные процессоры для ЕС ЭВМ, В кн.: "Гибридные вычислительные машины и комплексы", вып. 1, Киев: "Науковая думка", 1979, с. 34-39. Балашов Е.П., Негода В.Н., Пузанков Д.В. Проектирование логических процессоров на ПЗУ "Управляющие системы и машины", 1980, № 5, с. 30-35. Негода В.Н., Афанасьев А.Н, Скворцов СВ., Смагин А.А. Средства анализа программного обеспечения систем на базе микропроцессора І8080, В кн. "Проектирование и применение микропроцессорных систем", М.: МИЭТ, 1984, с. 42-45. Негода В.Н., Афанасьев А.Н., Скворцов СВ., Смагин А. А., Шляпников Н.С. Процессор системы ЧПУ на основе микропроцессора КР580ИК80, В кн. "Проектирование и применение микропроцессорных систем", М.: МИЭТ, 1984, с. 46-49. Негода В.Н. Преобразователи кодов в микропроцессорных системах В кн.: "Проектирование, контроль и диагностика микропроцессорных систем". Вып. 1. Издат-во Сарат. ун-та, 1985, с. 60-65. Негода В.Н. Слияние таблиц решений арифметических функций. В кн.-."Проектирование, контроль и диагностика микропроцессорных систем". Вып. 2. Издат-во Сарат. унта, 1986, с. 58-61. Негода В.Н. Использование таблиц решений в ПАСКАЛЬ-программах. В кн.: "Проектирование, контроль и диагностика микропроцессорных систем". -Ульяновск, 1989, с. 43-48. Негода В.Н., Филиппов М.В. Структура микропроцессорного учебного тренажера. В кн.: "Проектирование, контроль и диагностика микропроцессорных систем". - Ульяновск, 1991, с. 34-36. Негода В.Н., Сернов О.Г. Структура подсистемы визуализации схем в учебной САПР микропроцессорных систем. В кн. "Информационные системы и технологии". Сборник научных трудов. Ульяновск, 1997, с. 13-15. Негода В.Н. Принципы построения учебной САПР микропроцессорных систем. В кн. "Информационные системы и технологии". Сборник научных трудов. Ульяновск, 1997, с. 27-31. 15. Негода В.Н. О построении учебно-исследовательской системы функционально-логического моделирования микропроцессорных систем. Вестник УлГТУ Серия "Информационные технологии", УлГТУ, 1998, с.63-68. Негода B.H., Анисимов В.И., Резаев А.В. Организация тестирования эмуляторов микропроцессорных устройств, "Методы и средства преобразования и обработки информации". Сборник научных трудов аспирантов и докторантов. УлГТУ. 1998, с.62-67. Негода В.Н. Функции и структура моделей микропроцессоров в учебно-исследовательской САПР микропроцессорных систем. Научно-технический журнал "Вестник Ульяновского технического университета", Ульяновск: УлГТУ, 1999, 2/99, с. 87-93. Негода В.Н. О контроле деятельности обучаемого в учебной САПР микропроцессорных систем Научно-технический журнал "Вестник Ульяновского технического университета", Ульяновск: УлГТУ, 2000, 3/2000, с. 73-81. Негода В.Н., Негода Д.В. Репозиторий программно-информационных ресурсов учебной системы моделирования. Информационные технологии, системы и приборы. Сб. науч. трудов. - Ульяновск: УлГТУ, 2000, с. 51-56. Негода В.Н., Колесников А.О. Интеллектуализация телекоммуникационной авторской системы автоматизированного обучения. Информационные технологии, системы и приборы. Сб. науч. трудов. - Ульяновск: УлГТУ, 2000, с. 56-58. Негода В.Н. Интернет технологии и веб-сайты в сфере образования. В кн. "Реализация интернет-проектов в учебных заведениях". - Материалы к образовательным курсам и тематическим семинарам программы IATP/ Под общей редакцией В.Н. Негоды, Ульяновск: УлГТУ, 2001, с. 6-19. Негода В.Н. Элементы технологии реализации Интернет-проектов. В кн. "Реализация интернет-проектов в учебных заведениях". - Материалы к образовательным курсам и тематическим семинарам программы IATP/ Под общей редакцией В.Н. Негоды, Ульяновск: УлГТУ, 2001, с. 35-49. Негода В.Н. Архитектурные каркасы моделей микроконтроллеров и поддержка цифровой обработки сигналов, Электронная техника: Сборник научных трудов, Ульяновск: УлГТУ, 2001, с. 48-53. Negoda V. N. Means of Software Microprocessor Simulation for Structural-Functional Microprocessor System Design. I Human-Computer Interaction. Collection of Scintific Papers. Darmstadt-Ulyanovsk, 2001, pp. 28-31. 25. Negoda V. N. Use of Decision Table Technique for Microprocessor Simulator Genewration. I Human-Computer Interaction. Collection of Scintific Papers. Darmstadt-Ulyanovsk, 2001, pp. 34-39. Тезисы докладов конференций: Негода В.Н., Балашов Е.П., Пузанков Д.В., Темирханов Т.Э. Микропроцессоры для реализации разветвленных логических алгоритмов. "Микропроцессоры"/ Тезисы докл. Всесоюзн. совещания, Рига, "Зинатне", 1975, с. 71-74 Негода В.Н., Куприянов М.С. Многофункциональный модуль с табличной обработкой информации. В кн.:"Однородные вычислительные системы и среды"/ Материалы IV Всесоюз. конф. Ч.З. Киев, "Наукова думка", 1975, с. 158. Негода В.Н., Никищенков И.А., Одинокая Е. С. Многопользовательский обучающий эмулятор пультового терминала. / Тез. докл. Всесоюзн.конф. "Интенсификация учебного процесса на основе применения микропроцессоров". Воронежский политехи, ин-т, 1987, с. 53. Негода В.Н., Скворцов СВ., Никищенков И.А., Орешников Р.Н. Турбо-система для автоматизированного обучения. Тез. докл. Всесоюзн. выставки-семинара "Новые информационные технологии в высшей школе". -М.: МИЭМ, 1991, с. 20. Негода В.Н., Скворцов СВ., Никищенков И.А., Орешников Р.Н. Интегрированная среда для автоматизированного обучения. Тез. докл. Всесоюзн. выставки-семинара "Новые информационные технологии в высшей школе". -М.: МИЭМ, 1991, с. 19. Негода В.Н. Учебная система моделирования микропроцессора. Тез. докл. Всесоюзн. выставки-семинара "Новые информационные технологии в высшей школе". - М.: МИЭМ, 1991, с. 77. Негода В.Н. О концепции авторского языка в автоматизированных обучающих системах. В кн.: Интерактивные системы. Ульяновск, УлПИ, 1993, с. 54-55. 8. Негода В.Н., Скворцов СВ. Использование библиотек подпрограмм в учебной системе моделирования микропроцессора./ Тез. докл. Всеросс. конф. "Новые информационные технологии в школах и вузах". - М.: МГАТУ, 1993, с. 45. 9. Негода В.Н. О развитии авторского языка ЯОК. /Тез. докл. Всеросс. конф. "Новые информационные технологии в школах и вузах". - М.: МГАТУ, 1993, с. 71. 10. Негода В.Н., Никищенков И.А. Применение САПР для поддержки обучения по схемотехнике и микропроцессорной технике, Тезисы докл. 2-й междунар. науч.-техн. конф. "Интерактивные системы: Проблемы человеко- компьютерного взаимодействия". Часть 2. Ульяновск, 1997, с. 19-22. 11. Негода В.Н., Сернов О.С. Некоторые особенности построения системы визуализации подсистемы схемотехнического моделирования, Тезисы докл. 2- й междунар. науч.-техн. конф. "Интерактивные системы: Проблемы человеко- компьютерного взаимодействия". Часть 2. Ульяновск, 1997, с.25-26. 12. Негода В.Н. Представление структур микропроцессорных систем в учебно-исследовательских САПР. Труды междунар. науч.-техн. конф. "Нейрон ные, реляторные и непрерывнологические сети и модели". Ульяновск, УлГТУ, 1998, с. 94-95. Негода В.Н. Синхронизация моделей в учебно-исследовательских САПР микропроцессорных систем. Труды междунар. науч.-техн. конф. "Нейронные, реляторные и непрерывнологические сети и модели". Ульяновск, УлГТУ, 1998, с. 96-97. Негода В.Н. Моделирование внешней среды микропроцессора в учебно-исследовательских САПР. Труды междунар. науч.-техн. конф. "Нейронные, реляторные и непрерывнологические сети и модели". Ульяновск, УлГТУ, 1998, с. 98-99. Негода В.Н. Обучение вопросам аналогово-цифрового преобразования информации в среде Интернет/Интранет, "Методы и средства преобразования и обработки аналоговой информации". Тезисы докладов междунар. конф. УлГТУ, 1999, с. 28-29 16. Негода В.Н., Колесников А.О. Возможности использования телеком муникационной авторской системы для обучения аналогово-цифровым пре образователям. "Методы и средства преобразования и обработки аналоговой информации". Тезисы докладов междунар. конф. УлГТУ, 1999, с. 30-31 Негода В.Н. Моделирование АЦП в учебной САПР микропроцессорных систем "Методы и средства преобразования и обработки аналоговой информации". Тезисы докладов междунар. конференции. УлГТУ, 1999, с. 32-33 Негода В.Н., Волков СВ., Михайлов В.Н., Сернов О.Е. Представление аналоговых цепей в учебной цифровой системе схемотехнического моделирования, "Методы и средства преобразования и обработки аналоговой информации". Тезисы докладов междунар. конференции. УлГТУ, 1999, с. 34 Negoda V.N., Kolesnikov А.О. Usage of SQL-DataBases as a Basis for the Telecommunication System of Computer-based Learning, В кн.: "Interactive Systems: The Problem of Human-Computer Interaction, Proceedings of the International Conference. Ulianovsk, 1999, p. 91-92. 20. Negoda V.N. Architecture of Objects repository of Educational Microprocessor Systems Modeling System, В кн.: "Interactive Systems: The Problem of Human-Computer Interaction, Proceedings of the International Conference. Ulianovsk, 1999, p. 92-93. Негода В.Н. Об алгебраических описаниях моделей микропроцессорных устройств для учебно-исследовательской САПР. Труды Междунар. конф. "Континуальные логико-алгебраические и нейросетевые методы в науке, технике и экономике", Ульяновск, 2000, т.1, с. 86-87. Негода В.Н. Колесников А.О. Интеллектуализация телекоммуникационной авторской системы автоматизированного обучения. Труды Междунар. конф. "Континуальные логико-алгебраические и нейросетевые методы в науке, технике и экономике", Ульяновск, 2000, т.2, с. 130-131 Негода В.Н. Методы и средства поддержки обратного проектирования схем и программ микропроцессорных систем. Труды междунар. конф. "Континуальные логико-алгебраические исчисления и нейроматематика в науке, технике и экономике", т. 3. Ульяновск, УлГТУ, 2001, с. 81-83. Негода В.Н. О языке спецификации технических решений учебно-исследовательской системы моделирования МПС. Труды международной конференции "Континуальные логико-алгебраические исчисления и нейроматематика в науке, технике и экономике", т. 3. Ульяновск, УлГТУ, 2001, с. 84-85. Negoda V.N. Simulation programs generation based on decision tables translation technics. Interactiv Systems: The Problems of Human-Computer Interaction. Proceedings of the International Conference. Ulyanovsk: UISTU, 2001, p. 15-17. Negoda V.N., Negoda D.V. Foundation of model interaction in microprocessor system simulation system. Interactiv Systems: The Problems of Human-Computer Interaction. -Proceedings of the International Conference. Ulyanovsk: UISTU, 2001, p. 70-72. Negoda V.N., Skvortsov V.S. Increasing perfomance of multifunctional cross assembler. Interactiv Systems: The Problems of Human-Computer Interaction. -Proceedings of the International Conference. Ulyanovsk: UISTU, 2001, p. 88-89. Negoda V.N., Kolesnikov A.O. Organization of educational design. Interactiv Systems: The Problems of Human-Computer Interaction. - Proceedings of the International Conference. Ulyanovsk: UISTU, 2001, p. 117-119. Negoda V.N., Onin A.N. Combined simulation of two computer architectures. Interactiv Systems: The Problems of Human-Computer Interaction. - Proceedings of the International Conference. Ulyanovsk: UISTU, 2001, p. 154-155. Негода B.H. Повышение эффективности самостоятельной работы студентов при изучении микропроцессорной техники. / Материалы IX Междунар. науч.-методич. конф. "Высокие интеллектуальные технологии образования и науки" 14-15 февраля 2002г. Санкт-Петербург, СПбГТУ, с. 219 Автор искренне признателен научному консультанту, заведующему кафедрой вычислительной техники УлГТУ доктору технических наук, профессору П.И.Соснину за обсуждение основных положений данной работы, позволившее существенно улучшить ее содержание, а также за многолетнюю активную поддержку исследований по теме "Проектирование, контроль и диагностика микропроцессорных систем", породивших большую часть материала диссертации. В проведении многих экспериментов по созданию конкретных средств моделирования участвовали аспиранты, магистранты и студенты кафедры ВТ УлГТУ, которым автор также выражает свою благодарность. В соответствии с этой диаграммой после этапа определения требований технического задания R выполняются проектные работы D\, основным содержанием которых является выбор и порождение проектных решений. Затем производится оценка критериальных параметров Е\, характеризующих проектные решения. Если критериальные параметры удовлетворяют ограничениям технического задания, то по ветви S\ происходит переход к следующему этапу проектирования. Если же ограничения не выполняются, то по ветви NS\ происходит переход к проверке возможности дальнейшего варьирования технических решений V\. Если такая возможность имеется, то продолжаются проектные действия данного этапа (ветвь Pi). Если возможности нет, то по ветви NP\ происходит возврат к изменению технического задания. На втором этапе последовательность действий выполняется таким же образом, только уровень детальности проектных работ D2 выше и возврат при исчерпании возможностей варьирования технических решений происходит к предыдущему этапу. Это связано с тем, что оценки критериальных параметров ЕІ на многих этапах неточны. Обычно мы имеем оценки некоторых диапазонов, в которых находятся значения критериальных параметров. В результате этапе возможно получение уточненных оценок, дающих переход по ветви NSi+i. Каждый возврат к предыдущему этапу очень болезненный. Во-первых, переход от г-го этапа к (г+1)-му часто делается при исчерпании времени, отведенного на г-й этап. Т.е. мы достигаем наилучших оценок критериальных параметров с возможной на данный момент времени точностью и идем дальше. Это означает, что проектирование выполняется в таких условиях, когда нецелесообразно иметь большие запасы времени, поскольку это приводит к ухудшению качества проектных решений. Во-вторых, поиск новых проектных решений на этапе і после возврата частично или полностью отменяет результаты проектирования этапа і + 1, что ведет к удорожанию и замедлению проектных работ. С целью уменьшения отмеченных потерь необходимо стремиться к получению более точных значений критериальных параметров. Параметры быстродействия, такие как время реакции системы на внешнее событие в объекте управления и пропускная способность МПС, очень сильно зависят от свойств выбранной микропроцессорной архитектуры. Наиболее точно эти параметры определяются в ходе моделирования процессов обработки данных непосредственно для выбранной архитектуры. Такое моделирование производится обычно во время отладки программного обеспечения, т.е. уже на поздних этапах проектирования. В этой связи традиционные симуляторы ориентированы именно на процесс отладки, а не на выполнение оценочного моделирования. От си-муляторов, применяемых на ранних этапах проектирования, требуется прежде всего обеспечение поддержки оценочного моделирования. Рассматривая задачу определения подходов к построению симуляторов, ориентированных на оценочное моделирование, необходимо провести анализ методологии и технологии моделирования. При этом на первый план выступают такие задачи: - выявление среди многообразия методов, подходов и абстрактных моделей таких, которые способны составить хорошую основу для решения задач структурно-функционального проектирования МПС на основе моделирования средств микропроцессорной техники (МПТ); Если задаться целью предоставить разработчикам МПС средства поддержки оценочного моделирования, то необходимо в первую очередь исследовать такие их отличия от традиционных систем моделирования, которые обеспечивают эффективность их применения в структурно-функциональном проектировании. Чтобы оценить факторы, влияющие на эту эффективность, необходимо рассмотреть общую модель процесса структурно-функционального проектирования МПС. Процесс структурно-функционального проектирования МПС целесообразно строить на основе общей схемы управления циклами структурного и параметрического синтеза МПС, приведенной Ю.Х.Вермишевым в работе [21]. При формировании моделей проектных решений согласно этой схеме используются некоторые критериальные параметры, оценка значений которых используется для построения вывода об удовлетворении требований задания на проектирование. Совокупность критериальных параметров в самом общем виде представляется в проектном процессе обычно векторной функцией Q=(qi,q2,...,qn)=FQ(S,V,Y), (2.1) где qi:q2,... - перечень критериальных параметров решений; FQ = (/ 7ь /?2, ) -система функций, определяющих значения Q; S = {Si, S2, }-множество структурно и функционально различающихся решений; V - множество варьируемых параметров, через изменение которых можно влиять на значения критериальных параметров; У - множество неварьируемых параметров, значения которых являются постоянными в пределах конкретного технического решения. Процесс проектирования на основе критериальной функции (2.1) рассматривается как циклически повторяющаяся деятельность, в которой внутренний цикл содержит перебор параметров из некоторого множества V, а внешний -перебор структуры. Для каждого акта варьирования параметров или структуры выполняется оценка системы критериальных параметров Q. В случае МПС имеет смысл различать структурные и функциональные компоненты, поскольку один и тот же структурный компонент может наделяться различными функциональными возможностями, а главное, одна функция может выполняться кооперацией многих структурных компонентов и для одной и той же кооперации существует большое многообразие варьируемых функциональных возможностей. И в то же время, вариации функций и вариации структуры очень сильно связаны, поэтому имеет смысл рассматривать их обобщение — структурно-функциональные вариации. В работе [11] со ссылкой на известный принцип Парето отмечается, что во множестве свойств программного изделия имеется жизненно важное меньшинство (нетривиальное подмножество) и тривиальное большинство. Оценочное моделирование характеризуется повышенными требованиями к производительности симуляторов. Производительность, в свою очередь, тесно связана с объемными параметрами программ. Размеры программ влияют на сложность разработки и сопровождения, определяя во многом надежностные показателя программных продуктов. Функциональные возможности сервиса систем моделирования оказывают существенное влияние на продуктивность работы пользователя. Таким образом, в систему критериальных показателей для оценки технических решений СПОМ целесообразно включить следующие группы параметров: 1) показатели быстродействия; 2) показатели затрат памяти; 3) показатели трудоемкости реализации СПОМ и ее сопровождения; 4) показатели затрат времени работы пользователя. Производительность ПО в общем случае является мерой объема вычислительной работы, выполняемой в единицу времени. Для программных моделей МП и МК производительность естественно выражать в числе исполняемых в режиме моделирования команд целевой архитектуры за одну секунду. Будем обозначать этот параметр как SIPS. Эта оценка зависит от быстродействия инструментальной машины. Чтобы избавиться от этой зависимости, используют такой показатель, как среднее число машинных команд инструментальной ЭВМ, необходимых для моделирования одной команды целевой машины [129]. Эту величину будем обозначать через NIPI. Еще одним относительным показателем быстродействия процесса симуляции является отношение производительностей модели и целевой архитектуры, которое будем обозначать через RPERF, считая, что RPERF = SIPS/TIPS, где TIPS - производительность целевой машины, выражаемая в тех же единицах, что и производительность процесса симуляции SIPS. Полезность этого показателя вытекает из того факта, что если нам удалось достичь величины RPERF 1, то это означает, что мы можем обеспечить реальный масштаб времени выполнения программ целевой архитектуры в симуляторе. Если нам удалось достичь величины RPERF = 10, то это значит, что у нас есть потенциальная возможность уменьшить на порядок затраты времени моделирования относительно реального процесса выполнения. Решения по автоматизации программирования моделей МК, полученные в Гомельском государственном университете в 2000-2001 гг. [36,37,44], ориентированы на использование языка спецификаций, базирующегося на ассемблере, и, судя по опубликованным данным о скорости интерпретации команд, используют традиционные алгоритмы анализа полей машинных команд. Алгоритмические модели, подобные представленной на рис. 4.2, не предоставляют широких возможностей варьировать быстродействие и затраты памяти программы симуляции. В этой связи поиск других возможных представлений процессов симуляции целесообразно вести, опираясь на тот факт, что на быстродействие симулятора сильное влияние оказывают методы реализации программных функций типа SWCMD, SWDCOP И SWOP В выражениях (3.6) и (3.8). В центре исследования таких методов должны быть операции композиции и декомпозиции функций, поскольку именно благодаря этим операциям мы получаем существенные изменения трудоемкости реализации функциональных зависимостей. Стремясь повысить роль определения функциональных зависимостей в спецификациях системы команд, мы должны обратить внимание прежде всего на алгебраические модели микропроцессоров. Среди работ, посвященных таким моделям, по активности цитирования в конце 90-х годов выделяются работы А.Фокса (A.C.J.Fox), Н.Хармана (N.A.Harman) и Д.Таккера (J.V.Tucker) [135, 136,139],атакжеФ.Уиндли(Р1і.І\іп(і1еу)[157,158]. Однако, анализ этих работ показывает, что им свойственно то же самое, что и спецификациям Магнусена-Ларсена, - объем формальных спецификаций сопоставим с объемом исходного кода, получаемого в режиме прямого программирования и в описаниях системы команд доминируют алгоритмы, связанные с анализом отдельных полей команды. Справедливости ради надо заметить, что эти спецификации обслуживают прежде всего верифицируемость описаний и поддерживают собственно проектирование МП, а не создание их программных моделей. Возможным подходом к специфицированию систем команд МП, свободным от указанных недостатков и в большей мере отвечающим перечисленным выше требованиям, является использование таблиц решений [109, 119]. Таблица решений представляет собой сокращенное табличное представление функциональной зависимости. В работах [46, 80] показано, что таблицы решений являются эффективным средством представления для таблично-алгоритмической реализации функций. Таблично-алгоритмические методы обеспечивают широкие возможности варьирования аппаратных затрат и быстродействия функциональных преобразователей. Переход от таблиц решений к алгоритмам базируется на использовании граф-схем арифметических функций [14]. Прежде чем заняться разработкой подхода к автоматической генерации программных моделей МП на основе применения таблиц решений, рассмотрим теоретические вопросы представления функций таблицами и граф-схемами, а также таблично-алгоритмические методы реализации функциональных зависимостей, опираясь на работы [46, 80]. На основе данной модели могут быть построены различные по объему охватываемых знаний процессы демонстрации. Этот объем определяется прежде всего степенью открытости модели. Минимальная открытость имеет место в случае, когда программная модель МПУ рассматривается как черный ящик. В этом случае в множестве S представляются только состояния внешних входов и выходов МПУ. Максимальный объем имеет место, когда в множестве S представлены входы, выходы и состояния всех внутренних объектов моделируемого МПУ. При этом функции put,get и view обеспечивают пошаговый процесс «Предустановка - Выполнение - Отображение», лежащий в основе демонстрации. Если модель МПУ диалоговая, то реализацию функции view целесообразно полностью или частично передать программной модели, реализуя в подсистеме поддержки демонстрации только функцию aview. Процесс экспериментирования с моделями является более свободным и менее сложным для организации, чем процесс демонстрации. В самом простейшем случае подсистема поддержки обучения выдает задание обучаемому, содержащего формулировки целей и план эксперимента, и запускает диалоговую оболочку соответствующей модели. В более развитом случае подсистема поддержки экспериментов содержит средства инициирования объектов модели, подобные функции put из (5.1). Контроль с помощью моделей предполагает использование программных моделей СПОМ в фазе интерпретации таких ответов обучаемого, которые представляют собой фрагменты программ для МПУ. Исполнение фрагмента программы начинается с инициирования состояний объектов аналогично процессу демонстрации. Однако в отличие от демонстрации при контроле нет управления темпом и вместо визуализации состояний объектов программной модели выполняется интерпретация продуктов прогона фрагмента программы.Использование моделей микропроцессорных устройств в структурно-функциональном проектировании
Структурно-функциональное проектирование на основе оценочного моделирования
Параметры качества проектных решений СПОМ
Языки спецификации МП и МК
Процессы изучения МПТ и технологии ее проектирования и моделирования
Похожие диссертации на Средства автоматизации структурно-функционального проектирования микропроцессорных систем с развитой поддержкой обучения
