Мы предлагаем дополнить процесс внешнего проектирования АС прогнозирова-нием на основе проектирования. Последовательность процедур внешнего проектирования для создания автоматизированных систем может быть представлена следуюшим образом: выделяются элементы АС системы, определяются их функции и оценивается эффективность выполнения этих функций [8]. На основе оценки эффективности формируются недостатки выполнения функций. Недостатки инвертируются и становятся целями совершенствования АС-прототипа и могут быть занесены в виде требований к АС в ТЗ. Это, по нашему мнению, является способом совершенствования модели AS IS. Следующим подходом, который представляется нам перспективным, является учет закономерностей системогенеза. Для этого, необходимо определить какие системные факторы являются стимулирующими, а какие тормозящими развитие данного класса АС [2, 3, 4]. В связи с тем, что требования, формулируемые в ТЗ, относятся не только к функциональным характеристикам, но также к аппаратному, информационному, программному, математическому, лингвистическому, методическому обеспечению, то необходимо определить закономерности системогенеза для всех этих видов обеспечения. Такая работа не была проведена, на сегодняшний день мы её выполняли и ее выполнение является актуальным, так как это позволит создать инструменты управления проектированием АС [1]. В данной работе будем рассматривать аппаратное обеспечение (АО), ниже на рис.1 представлены этапы развития АО. Аппаратное обеспечение (АО) включает в себя все физические части компьютера (ЭВМ), но не включает информацию (данные), которые он хранит и обрабатывает, и программное обеспечение, которое им управляет. Определено несколько поколений АО, которые являются точками линий системогенеза. Всего таковых поколений в работе насчитывается 4: первое поколение - это поколения с небольшим быстродействием в несколько десятков тыс. оп./сек. (П1); второе поколение - это поколения перехода к транзисторной элементной базе и появления первых мини-ЭВМ (П2); третье поколение - это поколение расширения функциональных возможностей ЭВМ (П3); и четвертое поколение - это поколение перехода к большим интегральным схемам ЭВМ (П4).
Рисунок 1: а) Этапы развития аппаратного обеспечения (ЭВМ), б) Развертывание - свертывание технической базы ЭВМ, в) Динамизация ЭВМ и г) Повышение управляемости ввод-вывода ЭВМ
Качества точки определяются по параметрам, которые определены вследствие исследований, т.е. разработан метод на базе вопросов и ответов. Модель линии системогенеза для АО выглядит следующим образом, как на рис.2:
Рисунок 2. Определение точки по линиям системогенеза для АО
В работе разработаны методики определения начального состояния автоматизированных систем на линиях системогенеза, для этого были составлены вопросы по качеству. С помощью ответов на эти вопросы определяется начальное состояние, ниже в табл. 1 представлены вопросы и ответы.
|
Вопросы |
Ответы по точкам на линии системогенеза для АО |
|||
|
П1 |
П2 |
П3 |
П4 |
|
|
Какова элементная база ЭВМ? |
Электронные лампы |
Транзистор |
ИС |
БИС, СБИС |
|
Какие основные устройства ввода ЭВМ? |
Пульт, Перфокарты, Перфоленты |
Алфавитно-цифровой дисплей, Клавиатура |
Цветной графический дисплей, Сканер, Клавиатура |
|
|
Какие основные устройства вывода ЭВМ? |
Алфавитно-цифровое печатающее устройство, Перфоленты |
Графопостроитель, Принтер |
Графопостроитель, Принтер, Монитор |
|
|
Какие внешние памяти ЭВМ? |
Перфокарта, Перфолента |
Магнитные ленты, диски |
Магнитный диск |
Магнитные диски, Оптические диски |
|
Какой режим работы ЭВМ? |
Однопрограммный |
Пакетный |
Разделения времени |
Персональная работа, Сетевая обработка данных |
|
Каково расположение пользователя? |
Машинный зал |
Отдельное помещение |
Терминальный зал |
Рабочий стол, Произвольное мобильное |
|
Каковы размеры ЭВМ? |
Большие |
Большие |
Мини |
Микро |
|
Какие процессорные архитектуры? |
- |
- |
I ядерные процессоры |
I ядерные процессоры, II ядерные процессоры, IV ядерные процессоры, VI ядерные процессоры |
|
Каковы типы оперативной памяти? |
- |
- |
SRAM DRAM |
FPM DRAM, EDO DRAM, BEDO, SDRAM, DDR SDRAM, RDRAM, DDR2 SDRAM, DDR3 SDRAM |
|
На чем выполнены сетевые адаптеры? |
на дискретных и логических микросхемах |
На микросхемах с высокой степенью интеграции |
на микросхемах с высокой степенью интеграции, на специализированных интегральных схемах |
На специализированных интегральных схемах, на базе интегральных схем ASIC |
|
Как использовать сетевые адаптеры? |
один кадр для буферизации памяти |
Метод многокадровой буферизации |
метод многокадровой буферизации, конвейерную схему обработки кадров |
конвейерную схему обработки кадров, схему приоритезации кадров |
Таблица 1. Качества, которые относятся к разным точкам на линии системогенеза для АО [2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
Были разработаны рекомендации по переходу в другое состояние автоматизированных систем на линиях системогенеза, на рис. 3 представлены модели перехода по линии системогенеза. По предыдущему методу было определено, в каком состоянии находится пользователь, после этого рассматриваются требования пользователя и, исходя из требований, пользователь определяет, какие услуги ему необходимо предоставить. В данной работе так же разработан метод по переходу в другое состояние автоматизированных систем на линиях системогенеза.
Рисунок 3. Переход в другое состояние автоматизированных систем на линиях системогенеза для АО
Требования для перехода из «поколения с небольшим быстродействием (П1)» к «поколению на транзисторной элементной базе (П2)»: 1) Требования к элементной базе - надёжность, долговечность, малогабаритность, выполнение значительно более сложных вычислений; 2) Требования к устройствам ввода - ввод данных быстрый и точный; 3) Требования к внешней памяти - малый размер и большое хранение данных; 4) Требования к режиму работы - ускорение и упрощение перехода процессора от одной.
Требования для перехода из «поколения с небольшим быстродействием (П1)» к «поколению с расширением функциональных возможностей ЭВМ (П3)»: 1) Требования к технической базе - выполнение значительно более сложных вычислений; 2) Требования к устройствам вывода - отображать на бумаге разные графические образы с большей точностью и скоростью; 3) Требование к внешней памяти - большая информационная ёмкость, неограниченное время доступа к данным, низкая стоимость на единицу запоминаемой информации; 4) Требования к режиму работы - ускорение вычислительных процессов путем одновременного выполнения нескольких программ; 5) Требования к размеру ЭВМ - малогабаритность, микро.
Требования для перехода из «поколения с небольшим быстродействием (П1)», «поколения перехода к транзисторной элементной базе (П2) и «поколения расширения функциональных возможностей ЭВМ (П3)» к «поколению на больших интегральных схемах (П4)» перечислены ниже: 1) Требование к технической базе - повышение мощности технической базы привело к снижению стоимости процессора; 2) Требование к устройствам ввода - необходимость ввода информации в бумажном виде; 3) Требование к внешней памяти - сохранение информации в течение максимально длительного срока, низкая стоимость хранения единицы информации, высокая емкость носителя и высокая скорость записи информации; 4) Требование к режиму работы - скорость вычисления для решения сложных задач, возможность распределения общих ресурсов; 5) Требование к оперативной памяти - скорость обработки и передачи информации, стоимость, надежность; 6) Требование к процессорной архитектуре - скорость, эффективность, меньший вес и размер.
Аналогично разработаны методики учёта закономерностей системогенеза при разработке требований для ПО и ИО. Для проверки этого метода были созданы базы знаний для экспертной системы (ЭС) по данному методу, и вопросы были запущены в экспертную систему (ЭС), результат показал работоспособность метода. Экспертные системы - вычислительные информационные системы, в которые включены знания специалистов о конкретной области и которые в пределах этой области способны принимать экспертные решения. Далее рассматриваются требования пользователя, на базе знания поколения. Среди них представляются следующие поколения: 1) Второе поколение; 2) Третье поколение; 3) Четвертое поколение; 4) Спецзаказ.
В табл. 2 перечислены вопросы и номера поколений, к которым они относятся.
|
Вопросы в ЭС по требованию |
Номер поколения |
|
Нужны ли "Оптические диски" как внешние устройства памяти ЭВМ? |
3 |
|
Нужен ли "Пакетный" Режим работы ЭВМ? |
1 |
|
Нужен ли Режим работы "Разделения времени" ЭВМ? |
2 |
|
Важен ли Режим работы ЭВМ как "Персональная работа"? |
3 |
|
Нужен ли Режим работы ЭВМ, как "Сетевая обработка данных"? |
3 |
|
Является ли "Принтер" устройствам вывода ЭВМ? |
2, 3 |
|
Является ли "Монитор" Устройством вывода ЭВМ? |
3 |
|
Является ли "Алфавитно-цифровой дисплей" Устройствам ввода ЭВМ? |
1, 2 |
|
Нужно ли вам Устройства ввода ЭВМ - "Клавиатура"? |
1, 2, 3 |
|
Нужно ли вам Устройства ввода ЭВМ - "Цветной графический дисплей"? |
3 |
|
Нужно ли вам Устройства ввода ЭВМ- "Сканер"? |
3 |
|
Является ли "Рабочий стол" расположением пользователя? |
3 |
|
Является ли расположение пользователя "Произвольным мобильным"? |
3 |
|
Важен ли вам размер "Мини" ЭВМ? |
2 |
|
Важен ли вам размер "Микро" ЭВМ? |
3 |
|
Нужны ли вам "Одноядерные процессоры"? |
2, 3 |
|
Нужны ли вам "Двухъядерные процессоры"? |
3 |
|
Нужны ли вам "Четырехъядерные процессоры"? |
3 |
|
Нужна ли вам оперативная память "SDRAM"? |
3 |
|
Нужна ли вам оперативная память "DDR SDRAM"? |
3 |
|
Нужна ли вам оперативная память "RDRAM"? |
3 |
|
Нужна ли вам оперативная память "DDR2 SDRAM"? |
3 |
|
Нужна ли вам оперативная память "DDR3 SDRAM"? |
3 |
|
Важно ли вам основывать сетевые адаптеры "на микросхемах с высокой степенью интеграции"? |
1, 2 |
|
Важно ли вам основывать сетевые адаптеры "на специализированных интегральных схемах"? |
2, 3 |
|
Важно ли вам основывать сетевые адаптеры "на базе интегральных схем ASIC"? |
3 |
|
Важны ли для вас сетевые адаптеры "конвейерной схемы обработки кадров"? |
2, 3 |
|
Важно ли для вас использование сетевых адаптеров, в частности "схемы приоритезации кадров"? |
3 |
|
Собираетесь ли вы работать много на компьютере? |
3 |
|
Как долго вы работаете каждый день? |
3 |
|
Любите ли вы компютерные игры? |
3 |
|
Любите ли вы качественное аудио и видео? |
2, 3 |
|
Имеется ли у вас в наличии достаточно денег для подобного аппарата? |
1, 2, 3 |
|
Вы ответили ли до этого "нет", на все вопросы? |
4 |
|
Нужен ли вам более мощный компьютер? |
4 |
|
Важны ли для вас более мощные процессорные архитектуры? |
4 |
|
Важно ли для вас наличие более мощной/ быстро действующей оперативной памяти? |
4 |
|
Есть ли возможность, что ваш компьютер будет работать более 48 часов? |
4 |
|
Собираетесь ли вы загружать большой сервер? |
4 |
|
Собираетесь ли вы загружать специальное программное обеспечение? |
4 |
Tаблицa 2. Вопросы для базы знаний в ЭС
Рассмотрим реальную задачу. Возьмём, как пример, одну современную компютерную игру из общедоступных - " Star Craft II ", посмотрим ее технические требования и найдём ответы на вопросы ЭС и её рекомендации. Ниже в табл. 3 выделены вопросы, на которые представлены положительные ответы в ЭС, по требованию игры:
|
Вопросы в ЭС по требованию |
Ответы |
|
Нужна ли процессорная архитектура «Двухъядерные процессоры»? |
Да |
|
Нужно ли устройство ввода «Клавиатура»? |
Да |
|
Нужно ли устройство ввода «Цветной графический дисплей»? |
Да |
|
Нужно ли устройство вывода «Монитор»? |
Да |
|
Режимом работы является ли «Сетевая обработка данных»? |
Да |
|
Расположением пользователя является «Рабочий стол»? |
Да |
|
Является ли расположение пользователя «Произвольным мобильным»? |
Да |
|
Требуется ли оперативная память «DDR SDRAM»? |
Да |
Таблица 3. Положительние ответы ЭС
ЭС в результате показывает, что данную игру можно установить только на тех компьютерах, которые относятся к поколению перехода к большим интегральным схемам ЭВМ (П4). В табл. 2 видно, что все вопросы, на которые ответ положительный, относятся к поколению перехода к большим интегральным схемам ЭВМ (П4).
Как вывод в данной работе, отметим, что после формирования закономерностей системогенеза, для видов обеспечения АС была разработана методика использования обнаруженных закономерностей для формирования требований к АС в техническом задании. Состав процедур: 1) определение положения создаваемой АС на линиях системогенеза; 2) определение точки перехода по линиям системогенеза; 3) формулирование задач, которые необходимо решить по всем видам обеспечения для перехода по линиям системогенеза. Такой массив аналитической работы для автоматизированных систем был проведен. Это и подчеркивает актуальность выполнения данной работы. Отметим также, что вариативность процесса перехода по линиям системогенеза определяется различными ресурсными ограничениями.
Рецензенты:
- Камаев В.А., д.т.н., профессор, зав. кафедрой «САПР и ПК», ГОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет», г. Волгоград.
- Фоменков С.А., д.т.н., профессор, зав. кафедрой «САПР и ПК», ГОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет», г. Волгоград.
Работа получена 30.09.2011.