49743 (Блочно-симметричные модели и методы проектирования систем обработки данных)

Казахский Национальный Технический Университет имени К.И.Сатпаева

УДК 658.512 519.87 004.83на правах рукописи

НАБИЕВА ГУЛНАЗ СОЦИАЛЕВНА

Блочно-симметричные модели и методы проектирования систем обработки данных

Республики Казахстан

Алматы, 2010

СОДЕРЖАНИЕ

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

ВЕДЕНИЕ

1. МОДЕЛИ И МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МОДУЛЬНЫХ СИСТЕМ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ

1.1 Обзор моделей анализа и синтеза модульных систем обработки данных

1.2 Модели и методы решения задач дискретного программирования при проектировании систем обработки данных

Постановка задачи исследования

Выводы по разделу

2. БЛОЧНО-СИММЕТРИЧНЫЕ МОДЕЛИ И МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ

2.1 Общая постановка блочно-симметричных задач дискретного

программирования

2.2 Декомпозиция прикладных задач и исходных документов систем обработки данных на этапе технического проектирования

2.3 Проектирование модульных блок-схем систем обработки данных

2.4 Частные задачи проектирования модульных блок-схем систем обработки данных

Выводы по разделу 2

3. МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ РЕШЕНИЯ БЛОЧНО-СИММЕТРИЧНЫХ

ЗАДАЧ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ. МНОГОКРИТЕРИАЛЬНАЯ ЗАДАЧА СИНТЕЗА МОДУЛЬНЫХ БЛОК-СХЕМ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ

3.1 Эффективный алгоритм решения блочно-симметричных задач проектирования модульных блок схем обработки данных

3.2 Постановка и решение многокритериальных задач разработки модульных блок-схем обработки данных

3.3 Программное обеспечение двухкритериальной задачи проектирования модульных систем обработки данных

3.3.1 Описание программного обеспечения решения задач проектирования модульной блок-схемы обработки данных

3.3.2 Описание логической структуры разработанной программы предназначеной для решения двухкритериальной задачи проектирования модульной блок-схемы обработки данных

3.3.4 Вызов и загрузка программы

Выводы по разделу 3

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

АИО - алгоритм итеративных отображений

БД – база данных

ВЗУ – внешняя запоминающая устройства

ВТ – вычислительная техника

ВС - вычислительная сеть

ВЦФ - векторная целевая функция

ГЛС - граф локального сценария диалога

ДС - диалоговых систем

ДП - дискретного программирования

КТС - комплекса технических средств

МА - множествами альтернатив

ЛС - локальных сценариев

ТР – таблиц решений

ПМ - паретовское множество

ПМА - полного множества альтернатив

РБД - распределенных баз данных

РБнД - распределенных банков данных

СУБД – система управления базами данных

СОД – система обработки данных

СОД РВ - системах обработки данных реального времени

ТР - -таблиц решений

ЦЛП - задач целочисленного линейного программирования

ЦП - целочисленного программирования

ЧЦП - частичного целочисленного программирования

ЭВМ – электронно-вычислительная машина

ВВЕДЕНИЕ

Повсеместное разработка и внедрение новых информационных и инновационные технологий во все сферы и отрасли жизнедеятельности и рост потребностей в комплексной автоматизации организаций, предприятии и фирм обуславливает резкое возрастание объемов работ по созданию и внедрению систем обработки данных (СОД) к качеству и эффективности которых предъявляются все более высокие требования. Поэтому необходима высокоэффективная технология проектирования, позволяющая создавать системы различной сложности, уровня и назначения в сжатые сроки при минимальных затрат труда [1].

Традиционные технологии проектирование систем ориентированы на последовательную разработку, т.е. вначале проводится изучение и системный анализ организации, для которой создается СОД, формируются требования к автоматизированной системе, осуществляется ее декомпозиция, разрабатывается технический проект системы в целом и отдельных ее подсистем, затем выполняется рабочее проектирование, т.е. разработка программного и информационного обеспечения, проводится его отладка, опытная эксплуатация модификация созданной системы.

Следуя такой технологии, разработчики СОД в последние годы начинают сталкиваться с проблемами, возникающими из за динамизма существующего общества. Пока создается СОД, организация приспосабливается к условиям меняющегося делового мира, и разработанная для нее система оказывает устаревшей. Поэтому создание современных СОД должно базироваться на новых положениях, при реализации которых вместо одного длительного цикла разработки всей системы будет существовать несколько коротких циклов разработки для системы в целом и для ее подсистем. При этом должны быть получены не уникальные промышленные, а потребительские изделия быстро и по умеренной цене.

Теоретической базой такого подхода является парадигма модульности, типизации и клонирования, а технической основой – современные технологии и системы автоматизированного проектирования СОД.

Принцип модульного построения систем общеизвестен и широко используется в самых различных областях, в том числе при разработке систем управления. Разработка формализованных моделей и методов оптимального синтеза программного и информационного обеспечения модульных систем обработки данных, автоматизация технического проектирования оптимальных по заданным критериям систем обработки данных значительно повышает эффективность и качество создаваемых систем, сокращает сроки разработки и внедрения систем в эксплуатацию на 30 – 50% по сравнению с традиционным индивидуальным проектированием.

Создание типовых модульных СОД определяет качественно новый этап в проектировании сложных систем. Сложность разработки типовых модульных систем обработки данных обусловливается необходимостью выбора рационального уровня типизации, многопараметрического анализа объектов автоматизации, синтеза систем типовых программных модулей по заданным критериям эффективности, адекватно отражающим организационные и экономические условия разработки СОД.

При использовании современных технологий и методов разработки модульных СОД и автоматизации этой разработки процесс проектирования, по сути дела, заменяется процессам клонирования, т.е. созданием «генетически» подобной системы. При этом создаются функционально и структурно подобные СОД некоторого класса, соответствующие заданной предметной области и адаптированные на конкретный объект управления.

Общее время и затраты на разработку с использованием методов и средств анализа и синтеза модульных и типовых модульных СОД сокращаются в 10 – 100 раз в зависимости от особенностей создаваемых систем.

Проблемы анализа и синтеза модульных и типовых модульных систем весьма многообразны, в полном объеме не решены и в настоящее время интенсивно разрабатываются многими исследователями. Существующие методы синтеза модульных систем можно разделить на два класса. К первому относится методы [3-12], позволяющие по некоторым эвристическим правилам проектировать рациональные модульные системы и оценивать эффективность полученных систем по некоторым качественным показателям, ко второму – методы синтеза оптимальных модульных систем по заданным количественным критериям эффективности.

В рамках методов синтеза второго класса разрабатывается теоретические основы, формализованные модели и прикладные методы анализа и синтеза оптимальных и модульных СОД широкого класса и назначения, начиная с систем пакетной обработки и кончая системами реального времени и типовыми информационными системами общего назначения [13-33].

Актуальность работы. Повсеместная разработка и внедрение новых информационных и инновационных технологий в различные сферы и отрасли жизнедеятельности и рост потребностей в комплексной автоматизации организаций, предприятии и фирм обуславливает резкое возрастание объемов работ по созданию и внедрению систем обработки данных (СОД), к качеству и эффективности которых предъявляются все более высокие требования. Поэтому необходима высокоэффективная технология проектирования, позволяющая создавать системы различной сложности, уровня и назначения в сжатые сроки при минимальных затратах труда.

Традиционные технологии проектирования систем ориентированы на последовательную разработку, т.е. вначале проводится изучение и системный анализ организации, для которой создается СОД; формируются требования к автоматизированной системе; осуществляется ее декомпозиция, разрабатывается технический проект системы в целом и отдельных ее подсистем. Затем приступают к рабочему проектированию системы, т.е. разработка программного и информационного обеспечений, проводится отладка программного обеспечения, а также опытная эксплуатация и модификация созданной системы.

Следуя такой технологии, разработчики СОД в последние годы сталкиваются с проблемами, возникающими из за динамизма существующего общества. Пока создается СОД, организация приспосабливается к условиям меняющегося делового мира, и разработанная для него система оказывается устаревшей. Поэтому создание современных СОД должно базироваться на новых положениях, при реализации которых вместо одного длительного цикла разработки всей системы будет существовать несколько коротких циклов разработки для системы в целом и для ее подсистем. При этом должны быть получены не уникальные промышленные, а потребительские изделия быстро и по умеренной цене.

Одним из полходов проектирования эффективных и качественных систем обработки данных является разработка формализованных моделей и методов оптимального синтеза программного и информационного обеспечения модульных систем обработки данных. Автоматизация технического проектирования оптимальных по заданным критериям систем обработки данных значительно повышает эффективность и качество создаваемых систем, сокращает сроки разработки и внедрения систем в эксплуатацию на 30 – 50% по сравнению с традиционным индивидуальным проектированием.

Поэтому задачи разработки новых подходов, формализованных моделей и методов, алгоритмов и программных средств проектирования систем обработки данных являются актуальными.

Цель исследований. Целью диссертационной работы является разработка и исследование блочно-симметричных моделей, методов и алгоритмов проектирования эффективных систем обработки данных, обеспечивающих создание систем на этапе технического и рабочего проектирования.

Методы исследования. В процессе постановки и решения задач исследования использованы методы системного анализа, теории графов, теории матриц, дискретного программирования.

Научная новизна результатов исследования заключается:

• разработан комплекс взаимосвязанных моделей и методов проектирования систем обработки данных, сформулированных, в отличие от известных, как задачи нового класса - блочно-симметричные задачи;

• сформулирована общая блочно-симметричная дискретная задача проектирования систем обработки данных;

• впервые поставлена и решена задача декомпозиции функциональных задач и информационных ресурсов, которая решается на этапе технического проектирования систем обработки данных.

• построена модель синтеза модульных блок-схем обработки данных, реализуемая на этапе рабочего проектирования систем;

• впервые сформулирована и решена многокритериальная блочно-симметричная задача проектирования модульных блок-схем обработки данных.

• разработан эффективный алгоритм итеративных отображений решения блочно-симметричных задач.

Достоверность полученных результатов. Научные положения, выводы и рекомендации обоснованы строгими математическими методами, результатами вычислительных экспериментов и внедрены на предприятиях и в организациях.

Практическая ценность. Разработанные в диссертации комплекс моделей и методов, алгоритмов и программных средств использованы при проектировании систем обработки данных на Усть-Каменогорском свинцово-цинковом комбинате, в комитете по информатизации и связи, а также внедрены в учебный процесс.

Положения, выносимые на защиту.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Новый подход и общая постановка блочно-симметричной дискретной задачи проектирования систем обработки данных.

2. Постановка задачи декомпозиции систем обработки данных на кластеры функциональных задач и информационных ресурсов.

3. Постановка задачи синтеза модульных блок-схем обработки данных, а также постановки частных задач проектирования модульных блок-схем.

4. Постановка многокритериальной блочно-симметричной задачи разработки модульной блок-схемы обработки данных.

5. Новые эффективные алгоритмы решения дискретных блочно-симметричных задач проектирования систем обработки данных.

Внедрение результатов диссертационного исследования. Исследования, выполненные в работе, проводились в соответствии с планом госбюджетных работ кафедры «Вычислительная техника» КазНТУ им. К.И.Сатпаева, г. Алматы, – грантом программы фундаментальных исследований МОН РК: по теме 0100РК00633 - «Разработка и исследование блочно-симметричных моделей и методов проектирования модульных систем обработки» и по теме 0101РК00696 - «Разработка технического задания информационной системы «Введение государственного регистра информационно- телекоммуникационных систем» в части определения функциональных требований, состава сведений и их классификаций необходимые для ведения регистра».