Введение. Фгбоу ВПО «челябинский государственный университет»

Редактор

Подписано в печать 22.08.11.

Формат 60 × 84 ¹/₁₆. Бумага офсетная.

Усл. печ. л. 13,2. Уч-изд. л. 12,2.

Тираж 100 экз. Заказ

Цена договорная

ФГБОУ ВПО «Челябинский государственный университет»

454001 Челябинск, ул. Братьев Кашириных, 129

Издательство Челябинского государственного университета
454021 Челябинск, ул. Молодогвардейцев, 57 б

ВВЕДЕНИЕ

Данное учебное пособие включает в себя материал лекций по курсу «Теория вычислительных процессов», входящей в цикл специальных дисциплин государственного образовательного стандарта по специальности «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем. Изучение данной теории позволит ориентировать студентов на фундаментальный подход к важным вопросам будущей профессии.

Научный подход к решению инженерных задач реализуется через построение и использование математических моделей – специальных абстракций процессов, развивающихся в реальной действительности.

Математическое моделирование реального процесса или объекта включает в себя описание процесса на «содержательном» уровне, затем строится математическая модель процесса. При этом происходит абстрагирование от несущественных деталей, которые могут затемнить сам процесс. Процесс конструирования модели не является механическим, он требует определенного творчества, понимания природы решаемой задачи.

Далее эта модель исследуется, полученные для модели выводы и результаты сверяются с поведением реального процесса. Если полученные результаты сильно расходятся с наблюдаемыми фактами, модель следует либо уточнить, либо отвергнуть и строить совершенно новую. Целью математического моделирования является описание и объяснение (хотя бы на качественном уровне) поведения системы, предсказание ее поведения в будущем и, если возможно, управления процессом.

В данном пособии представлена иерархия моделей для описания вычислительных процессов. Начинается изложение с метамодели, то есть модели, предназначенной для описания отдельного класса моделей. Такой метамоделью является абстракция «асинхронный процесс». В дальнейшем название этой метамодели будет упоминаться без кавычек. На базе асинхронного процесса вводятся основные операции над процессами, позволяющие получать новые варианты моделей процессов.

Для указанной метамодели может быть построена модельная интерпретация с помощью сети Петри. Основные положения теории сетей Петри рассматриваются в разделе 2 данного пособия.

Сеть Петри является удобной абстракцией для моделирования динамики параллельно развивающихся процессов. Исследовательский аппарат сети Петри достаточно широк, и поэтому анализ этой модели позволяет сделать множество практических выводов для реальных процессов.

В разделе 3 описано использование формального аппарата асинхронных процессов для описания протоколов информационного обмена между вычислительными процессами, а также для построения согласующих процессов, моделирующих процесс работы адаптеров.

Важным исследовательским вопросом является решение проблем, возникающих при взаимодействии параллельных вычислительных процессов. В разделе 4 рассматриваются способы решения проблемы взаимного исключения и преодоления тупиковых ситуаций.

Разделы 5 и 6 посвящены основам теоретического программирования. Данное научное направление изучает математические модели, предназначенные для исследования свойств созданных программ с целью их оптимизации без искажения реализуемой программой функции. Еще одной важной составляющей данной теории является задача верификации программ, состоящая в проверке того, действительно ли программа реализует ту функцию, для вычисления которой она построена. Умение строго доказывать правильность простых программ помогает программисту лучше понять, как следует разрабатывать корректно работающие, сложные программы.

Таким образом, в результате освоения данного курса студенты будут знать и уметь использовать:

- формальные модели вычислительных процессов и структур;

- основные классы моделей и методы решения задач анализа моделей;

- сетевые модели вычислительных процессов – сети Петри;

- методы управления процессами, протоколы взаимодействия объектов вычислительных структур;

- основные классы схем программ и программных механизмов.