Построение метамодели асинхронного процесса сканирования

1. Задание

1. Выбрать вычислительный процесс и на его примере:

— построить метамодель «асинхронный процесс» и определить свойства исходного процесса на основе анализа метамодели;

— выполнить операции над процессом: репозиция, редукция, композиция, и оценить полученные результаты с практической точки зрения;

— построить предметную интерпретацию метамодели на основе сети Петри и сделать вывод о динамических характеристиках исходного процесса.

2. Оформить отчет.

2. Описание процесса

В РГЗ рассматривается процесс сканирования. Выбранный процесс построен в упрощенном виде. Сканер включается и ожидает поступления команды (сигнала) к сканированию. После поступления команды начинается непосредственно процесс сканирования. Сканирующая каретка передвигается вдоль объекта, далее оптическая система проецирует световой поток от сканируемого объекта на приемный элемент, который разделяет информацию о цветах и преобразует уровень освещенности в уровень напряжения. После этого аналого-цифровой преобразователь преобразует аналоговую информацию в цифровую. Далее, если память свободна, данные об отсканированной части объекта загружаются в нее, в противном же случае происходит выгрузка данных из памяти сканера на какое-либо внешнее устройство (напр. HDD).

3. Построение метамодели «асинхронный процесс»

Компоненты:

1. C — команда к сканированию

1 — присутствует;

0 — отсутствует;

2. K — микроконтроллер

1 — контролирует работу;

0 — бездействует;

3. М — память

1 — содержит информацию об объекте;

0 — свободна;

4. SK — сканирующая каретка

1 — передвигается вдоль изображения;

0 — бездействует;

5. I — источник света на сканирующей каретке

1 — включен;

0 — выключен;

6. OS — оптическая система

1 — проецирует световой поток от сканируемого объекта на приемный элемент;

0 — бездействует;

7. PE — приемный элемент

1 — разделяет информацию о цветах и преобразует уровень освещенности в уровень напряжения;

0 — бездействует;

8. AP — аналого-цифровой преобразователь

1 — преобразует аналоговую информацию в цифровую (двоичную);

0 — бездействует;

9. HDD — жесткий диск

1 — принимает информацию;

0 — бездействует;

Ситуации:

1. Сканер включен, команда к сканированию отсутствует С-K+M-SK-I-OS-PE-AP-HDD;

2. Сигнал к сканированию (команда) С+K+M-SK-I-OS-PE-AP-HDD;

3. Сканирующая каретка передвигается вдоль освещенного объекта С-K+M-SK+I+OS-PE-AP-HDD;

4. Оптическая система проецирует световой поток от сканируемого объекта на приемный элемент С-K+M-SK+I+OS+PE-AP-HDD;

5. Приемный элемент разделяет информацию о цветах и преобразует уровень освещенности в уровень напряжения С-K+M-SK-I-OS-PE+AP-HDD;

6. Аналого-цифровой преобразователь преобразует аналоговую информацию в цифровую С-K+M-SK-I-OS-PE-AP+HDD;

7. Загрузка данных об отсканированной части объекта в память

С-K+M-SK-I-OS+PE-AP-HDD;

8. Память занята (невозможно загрузить данные) С-K+M+SK-I-OS+PE-AP-HDD;

Граф процесса.

В качестве инициаторов процесса выберем ситуации, т. е. ситуацию, когда сканер включен, команда к сканированию отсутствует и ситуацию, когда поступает команда к сканированию, т.к. эти ситуации в данной интерпретации процесса по смыслу являются инициаторами.

В качестве результантов процесса выберем ситуации, т. е. ситуацию, когда происходит загрузка данных об отсканированной части объекта в память и ситуацию, когда память занята (невозможно загрузить данные), т.к. эти ситуации в данной интерпретации процесса по смыслу являются результантами.

Классы эквивалентности:

Начальные классы: ;

Заключительные классы:, .

Траектории:

Свойства исходного асинхронного процесса:

1) АП является эффективным, т.к. из инициаторов все траектории ведут в результанты, и каждая из траекторий, приводящая к результантам, начинается в каком-либо инициаторе;

2) АП не является управляемым, так как траектории из инициаторов ведут в различные заключительные классы, , то есть существует неопределённость;

3) АП не является простым, т.к. из инициатора можно попасть в другой инициатор, что противоречит условию: .

4. Операции над процессами

4.1 Репозиция

Исходный процесс за один раз может отсканировать только один фрагмент информации. Для того чтобы процесс был более универсальным и мог сканировать неограниченное количество блоков информации, над процессом можно совершить операцию репозиции, т. е. повторно активизировать процесс.

В результате репозиции получим АП, где, где,, (дополнительная ситуация).

S9. Выгрузка данных из памяти сканера на HDD

С-K+M-SK-I-OS-PE-AP-HDD+

Отношение задаёт траектории переходов от элементов из множества к элементам множества. Так как, но и, то репозиция является частичной. Ввиду относительной простоты процесса дополнительно не оговаривается, в какой момент времени процесс будет остановлен.

Вывод:

в результате построения репозиции процесс стал более универсальным и может сканировать неограниченное количество блоков информации, т. е. может быть повторно активизирован.

4.2 Редукция

Редукция применяется для сведения данного асинхронного процесса к более простому. Такая операция необходима тогда, когда из полного описания процесса хочется выделить некоторую его часть, рассмотрение которой интересно по некоторым причинам. В данном случае выделим в процессе часть, когда память свободна, т. е. когда нет необходимости очищать ее, а именно выгружать из нее данные на внешний носитель.

В качестве входной компоненты выберем 2-й и 3-й элементы векторов ситуаций.

Выберем различных значений входной компоненты: .

процесс сканирование метамодель компонент

В результате построения редукции из полного процесса была выделена часть, когда память свободна, т. е. нет необходимо выгружать из нее данные на внешний носитель. Рассмотрение этой части интересно, поскольку она является оптимальным выполнением процесса, т. е. без выполнения дополнительных действий для достижения необходимого результата.

4.3 Композиция

Рассмотрим два АП. Один из них исходный, другой — дополнительно построенный. Построим композицию этих процессов, т. е. их объединение.

Процесс :

В качестве дополнительного процесса построим вспомогательный процесс, подготавливающий сканер к работе.

Компоненты:

А — команда к поиску устройства

1 — присутствует

0 — отсутствует

D — драйвер сканера

1 — присутствует

0 — отсутствует

S — сканер

1 — найден драйвером

0 — не найден драйвером

G — готовность к сканированию

1 — сканер готов к сканированию

0 — сканер не готов к сканированию Ситуации:

1. Отсутствие команды А-D-S-G;

2. Команда к поиску устройства А+D-S-G;

3. Присутствие драйвера А-D+S-G;

4. Сканер не найден драйвером А+D+S-G;

5. Сканер найден драйвером

А-D+S+G;

6. Сканер не готов к сканированию А+D+S+G;

7. Сканер готов к сканированию А+D+S+G+

Граф процесса:

Выходной компонентой исходного АП выбираем 2-й и 3-й элементы вектора.

В результате построения композиции получен новый процесс .

.

.

Граф процесса

В результате построения композиции двух асинхронных процессов получен новый процесс, который является объединением исходных процессов.

5. Предметная интерпретация асинхронного процесса

Предметная интерпретация согласована с приложением и зависит от специфики решаемой задачи.

1) Система выполняет те функции, для которых она предназначена;

2) Данная система функционирует эффективно;

3) В исходном АП ошибки и аварийные ситуации возникнуть не могут (именно в рамках рассматриваемого процесса;

4) Систему упростить нельзя, т.к. она уже является достаточно упрощённой, процесс не является функционально избыточным, но тем не менее некоторые компоненты можно изменить в сторону упрощения.

5.1 Построение сети Петри

Сетью Петри называется пятёрка.

— конечное непустое множество условий;

— конечное непустое множество событий;

— функция инцидентности;

— функция инцидентности;

— начальная разметка.

Граф разметок:

Свойства сети Петри:

1) Все места в сети является ограниченными вся сеть является ограниченной;

2) Место является небезопасным вся сеть не является безопасной;

3) Переход не является живым вся сеть не является живой;

4) Переход не является устойчивым вся сеть не является устойчивой;

Заключение

АП является общей моделью описания динамики поведения параллельно функционирующих систем. Эта модель задаёт допустимые последовательности действий над некоторыми объектами систем, каждой из которых соответствует некоторая траектория АП. АП — модель управляющей структуры системы. АП можно понимать как метамодель, порождающую различные широко используемые динамические модели. Порождение частных моделей использует механизм интерпретации АП.

В данном РГЗ рассматривается процесс сканирования. Процесс представляется в сильно упрощенном виде, т.к. целью выполнения задания является не построение сложной модели, близкой к реальной, а изучение основ создания модели «асинхронный процесс», операций над процессом. Результатом является построение модели, с помощью которой можно проанализировать заданный процесс: выделены компоненты и ситуации процесса, построен граф (наглядное представление функционирования процесса), проведены операции над процессом (репозиция — повторное сканирование следующей части информации, редукция — выделение в исходном процессе подпроцесса оптимальной ситуации сканирования, когда память свободна, композиция — построение последовательной композиции из дополнительно построенного процесса и исходного процесса). Проведена предметная интерпретация АП: процесс эффективен. Описаны составляющие модели «асинхронный процесс», используя понятия модели «сеть Петри». Проведён анализ свойств мест сети Петри на ограниченность и безопасность: сеть является ограниченной, но не является безопасной. Проведён анализ свойств переходов сети Петри на живость и устойчивость: сеть не является ни живой, ни устойчивой.