Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время все более широкое распространение получает направление использования вычислительной техники, основанное на применении экспертных систеа, обеспечивающих выбор правильных решений в условиях, связанных с анализсы большого количества параметров, неоднозначностью задачи и отсутствием единых критериев качества. Одним из наиболее перспективных языков программирования для создания экспертных систем является Пролог, воплощающий принципы логического программирования. Эффективное применение языка Пролог предполагает использование архитектуры ЕЕМ, коренным образом отличающейся от традиционной фон-Неймановской. Такая архитектура основывается на параллелизме, естественно присуцеы логическому программировании. С другой стороны, поскольку в обозримой перспективе по-прехнему будут пнро-ко использоваться ЗЗМ с фон-Неймановской архитектурой, на которых программирование в основном ведется на процедурных языках, актуальной является задача реализация Пролога на ЕБМ с такой архитектурой, в частности, на ПЗЗМ и микродзм.
В последние годы язык Пролог стал широко использоваться в обучении. В частности, он является одним из базовых языков в школьном курсе основ информатики и вычислительной техники. Вышеизложенные соображения указывает на необходимость использования Пролога на ЗВМ, предназначенных для обучения. Это выдвигает ряд специфических требований к его реализации. Наиболее важными среди них являются интерактивность и "чистота'' реализуемой версии языка.
Реализация языка логического программирования Пролог на <Ш с фон-Нейыановской архитектурой, в частности, на 8-разрядной учебной ПЭЗМ требует тщательной проработки модели последователь-
ного выполнения логической программы, модели архитектуры программных и аппаратных" средств учебной ПШМ, а такхе модели архитектуры абстрактной машины, отражающей уровень представления семантики логической программа, на которой основывается реализация.
Абстрактные машины, ориентированные на языки логического программирования, создававшиеся ранее к представленные в литературе, были рассчитаны на реализации с помощью аппаратных или микропрограммных средств в специализированных процессорах. Эти процессоры предназначались для использования в вычислительных системах (ВС), характеризующихся большими вычислительными ресурсами и ориентированных на. решение больших задач. Абстрактная машина, соответствующая реализации языка логического программирования Пролог для учебных целей, долана быть рассчитана на программную эмуляции на ПЗЭД, характеризующейся ограниченными ресурсами и отсутствием специальных аппаратных средств для поддержки семантических особенностей логического программироваши. Архитектура такой машины должна отличаться от архитектуры абстрактных машин, разработанных ранее. Поэтому представляется актуальной проблема разработки модели архитектуры абстрактной последовательной машины, ориентированной на язык логического программирования Пролог (Пролог-машины) и предназначенной для программной эмуляции на учебной ПЭВМ с указанными выше особенностями.
Целью исследования является построение модели архитектуры последовательной абстрактной машины, ориентированной на язык логического программирования Пролог, и использование данной модели для эффективной реализации Пролога на учебной ПЗЗМ, характеризующейся ограниченными ресурсами и отсутствием специальных аппаратных средств для поддержки семантических особенностей логического 'программирования.
Задачами исследования являются:
построение общей модели программных и аппаратных средств ВС, отражающей различия между уровнями представления выполняемых алгоритмов, а таете между типами языков программирования и систем команд ЕБМ;
представление с помогаю построенной модели архитектуры Пролог-машин различных уровней, программных и аппаратных средств учебной ПЭВМ, а также процессов, соответствующих различным методам реализации языков программирования;
построение модели архитектуры абстрактной последовательной Пролог-машины низкого уровня, на которой основывается реализация языка Пролог для учебной ПЗЗМ;
разработка программных средств, обеспечивающих реализацию языка Пролог на учебной ПЭВМ.
Методы исследования. В работе использованы методы системного анализа, теории автоматов, а такасе методы теории вероятностей и теории массового обслуживания.
Научная новизна. Сформулированы требования, которым должна удовлетворять реализация языка Пролог для учебной ПЗЗМ.
Предложена двумерная модель, представляющая в виде точек плоскости совокупность всех виртуальных и реальных процессоров. Дано формальное определение процессов, соответствуидих различным методам реализации языков программирования, в терминах предложенной модели, которое позволяет осуществлять выбор оптимального метода реализации с учетом требований к реализации и ограничений, накладываемых ресурсами ЕВЫ.
Разработана архитектура а система команд абстрактной Пролог-машины низкого уровня, отвечающая сформулированным требованиям к реализации Пролога и отличающаяся от аналогичных моделей,
известных из литературы, методом индексирования КЛОЗОВ, МВТОДОМ представления сложных термов, методом представления и обработки динамических подцелей, а также методом вызова процедур.
Практическая значимость исследования определяется использованием разработанной медали архитектуры абстрактной Пролог-машины при создании системы автоматизации программирования (САП) ПРОЛОГ для комплекта учебной вычислительной техники (КУВІ) "Корвет". Использование на КУЕТ "Корвет" САП ПРОЛОГ позволяет учащимся на практике знакомиться с принципами логического программирования и декларативного представления знаний, что значительно повышает эффективность учебного процесса.
Предложенная в работе двумерная модель архитектуры ВС позволяет осуществлять оценку и выбор оптимального метода реализации различных языков программирования для различных процессоров, она является особенно полезной, если реализуемый язык семантически далек от процессора.
Предложенная модель архитектуры абстрактной Пролог-машины мсшет быть использована для реализации языка Пролог на других ЗЗМ, в особенности ЗЗМ, по своим техническим характеристикам близкш к "Корвету", при схожих требованиях к реализации.
Реализация результатов исследования. САП ПРОЛОГ, в которой реализованы результаты диссертационной работы, входит в состав инструментального программного обеспечения КУВТ "Корвет% выпускаемого серийно. САП ПРОЛОГ снабжена эксплуатационной документацией и в настоящее время используется во многих учебных заведениях на территории СНГ.
Апробация Работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на семинаре "Моделирование программных средств микропроцессорных систем", г. Москва, 1984 г.і четвертом всесо-
юзном семинаре "Разработка и применение программных средств ПЗЗМ в учебном процессе", Симферополь, 1988 г., пятом всесоюзном семинаре "Разработка и применение программных средств ПЗЗМ в учебном процессе", Орджонинидзе, 1989 г., шестом всесоюзной семинаре "Разработка и применение программных средств ПЗЗМ в учебном процессе", Москва, 199I г.
Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 4 печатных работах.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и двух приложений, содержит из страниц текста, 4 рисунка и I таблицу. Список используемой литературы содержит 48 наименований.