Автоматизація проектування компютерних систем. Автоматизація проектування комп'ютерних систем Модуль I. Конспект лекцій з дисципліни Автоматизація проектування комп'ютерних систем

• Название: Конспект лекцій з дисципліни Автоматизація проектування комп'ютерних систем
• Анкор: Автоматизація проектування компютерних систем
• Дата: 30.05.2022
• Размер: 0.86 Mb.
• Имя файла: Автоматизація проектування комп'ютерних систем Модуль I.doc
• Тип: Конспект; #557364
• страница: 5 из 16

2.3Моделі

Моделі можуть бути фізичними (різного роду макети, стенди) і математичними.

Математична модель - сукупність математичних об'єктів (чисел, змінних, векторів, множин і тому подібне) і стосунків між ними.

2.3.1Визначення поняття "модель"

Модель відбиває деякі властивості натури, але вона завжди відрізняється від натури. Модель - найбільш чіткі знання про об'єкт.

У САПР використовуються наступні види моделі :

• 
  Імітаційна модель За допомогою деяких правил імітує роботу ОП;
  
• 
  Алгоритмічна модель - імітаційна модель, що описується за допомогою алгоритмів і алфавіту (набір правив і синтезу);
  
• 
  Аналітична модель - імітаційна модель, що представляється системою рівнянь, що описують задану функцію функціонування об'єкту;
  
• 
  Функціональна модель - описує функції, що реалізовуються системою в цілому або функції окремих елементів, і відображує фізичні або інформаційні процеси, що протікають в модельованому об'єкті (найчастіше є системи рівнянь);
  
• 
  Структурна модель відбиває структуру, елементи і зв'язки між ними і відображує тільки структурні (у окремому випадку геометричні) властивості об'єктів (найчастіше - це графи, матриці і тому подібне);
  

Макромодель - модель, в яку входять не усі описи елементів. Такі моделі найчастіше використовуються на верхніх етапах для опису об'єктів.

Повна математична модель - математична модель об'єкту, отримана безпосереднім об'єднанням математичних моделей елементів в загальну систему.

Спрощення повної математичної моделі об'єкту дає його макромодель. У САПР застосування макромоделей призводить до скорочення витрат машинного часу і пам'яті, але за рахунок зменшення точності і універсальності моделі.

2.3.2Модель об'єкту проектування

Нехай об'єкт проектування (ОП) характеризується вираженням виду

ОП = {F, S, P},

де F, S і P - відповідно функціональне, структурне і параметричне описи об'єкту.

Функціональний опис відбиває траєкторію ОП в просторі часу-стану як деяку функцію, аргументами якої є дії, що управляють, і пасивні дії зовнішнього середовища. Дії, що управляють, можуть бути як зовнішніми, так і внутрішніми, тобто генеруватися відповідно до деяких прихованих усередині об'єкту правил функціонування.

Завдання проектування у рамках формального визначення пов'язане з декомпозицією початкового F -описів на деякі підфункції (компоненти) : F0 =S(Fj1 ), j=1,2, ., n, де S -оператор, що визначає таку композицію F_i1, яка забезпечує початковий функціональний опис (F₀). S -оператор надалі називається структурним описом (S -опису) і задає структуру ОП на даному рівні деталізації. Деякій частині з отриманих в результаті декомпозиції функціональних описів компонент (Fi) можуть відповідати відомі об'єкти, які називаються елементами. Елемент може бути досить складною технічною системою. Істотним в цьому випадку являється те, що при проектуванні F -опис елементу не вимагає подальшої декомпозиції і, отже, він не має S -описів.

Для частини F_i, що залишилася, знову потрібна декомпозиція і так далі до тих пір, поки усе F -описів не відповідатимуть елементам.

Вибір варіанту декомпозиції, як правило, визначається якістю отриманого рішення.

Нехай якість є безліч властивостей ОП, званих параметрами P={p_i}, i=1,2, ., k. При цьому p_i є обчислювані функції, значення аргументів яких визначаються параметричними описами компонент наступного рівня (P_ji+1) оскільки інші рівні доки не визначені. Виділення курсивом слова "обчислювані" означає, що значення параметрів має обов'язково бути скалярною величиною. Інакше значення параметрів не можна порівнювати, тобто застосовувати до них операції відношення.

2.3.3Визначення поняття "абстракція".

Абстракція - один з найпотужніших інтелектуальних засобів пізнання складних явищ, наявних у розпорядженні людини.

Парадигма (відправний момент) абстракції полягає у визначенні схожості деяких об'єктів, ситуацій або процесів і рішенні виділити істотні властивості, тимчасово залишаючи збоку відмінності.

Таким чином, при абстрагуванні можна виділити наступні стадії:

• 
  Абстракція - вибір істотних для розгляду властивостей;
  
• 
  Специфікація - визначення символьного представлення абстрактних понять :
  
• 
  Перетворення - визначення кінцевої безлічі операцій над символьним представленням для прогнозування поведінки реальних об'єктів відповідно до абстракції;
  
• 
  Аксіоматизація - строге формулювання властивостей об'єкту і правил перетворення.
  

2.3.4Визначення поняття "моделювання"

Моделювання - в даному контексті визначає процес вимірів на моделях властивостей істотних для оцінки якості проектного рішення на певному рівні проектування.

2.3.5Модель процесу проектування

Процес проектування можна інтерпретувати графом-деревом. В цьому випадку вершиною графа є трійка (F0, S0, P0), де F0= S0 (F_i1), а на наступних ярусах - F_i, S_i, P_i, (F_i = S_i(F_{j i+1})), причому S_i і Р_i визначаються після і+1 кроку декомпозиції.

Таким чином, суміжні яруси дерева визначають процедуру декомпозиції, яка може бути сформульована у рамках деякої абстракції.

Якщо черговий крок декомпозиції може бути сформульований у рамках цієї ж абстракції, то його необхідність пов'язана з подоланням об'єктивної складової складності. Інакше слід говорити про рівень відриву. Рівень відриву розмежовує абстракції. У зв'язку з цим виникає необхідність конверсії використовуваних перед рівнем відриву F -описів в терміни, які мають сенс у рамках нової абстракції.

2.3.6Параметри

Важливе значення при описі об'єктів мають параметри, що характеризують властивості елементів, - параметри елементів (внутрішні параметри), параметри, що характеризують властивості систем, - вихідні параметри і параметри, що характеризують властивості зовнішнього по відношенню до даного об'єкту середовища, - зовнішні параметри.

Якщо позначити через X, Q і Y вектори відповідно внутрішніх, зовнішніх і вихідних параметрів, то очевидно, що Y є функція Х і Q. Якщо ця функція відома і може бути представлена в явній формі

Y = F(X, Q)

те її називають аналітичною моделлю.

Часто використовуються алгоритмічні моделі, в яких функція Y = F(X, Q) задається у вигляді алгоритму.

При одно-варіантному аналізі досліджуються властивості об'єкту в заданій точці простору параметрів, тобто при заданих значеннях внутрішніх і зовнішніх параметрів. До завдань одно-варіантного аналізу відноситься аналіз статичних станів, перехідних процесів, стаціонарних режимів коливань, стійкості.

При багатоваріантному аналізі досліджуються властивості об'єкту в околицях заданої точки простору параметрів. Типовими завданнями багатоваріантного аналізу є статистичний аналіз і аналіз чутливості.

Початкові дані для проектування на черговому рівні зафіксовані в ТЗ, що включає перерахування функцій об'єкту, технічні вимоги (обмеження) ТТ на вихідні параметри Y, допустимі діапазони змін зовнішніх параметрів. Необхідні співвідношення між y_j і TT_j називають умовами працездатності. Ці умови можуть мати вигляд рівності

yj = TTj

і нерівностей

yj

yj>TTj

де y_j - допустиме відхилення реально досягнутого значення y_j від вказаного в ТЗ значення y_j; j = 1,2,.., m (m - кількість вихідних параметрів).

Для кожного нового варіанту структури повинна коригуватися або наново складатися модель і виконуватися оптимізація параметрів.

Процедура синтезу об'єкту - це сукупність процедур синтезу структури, складання моделі і оптимізації параметрів.

Процес проектування носить ітераційний характер. Ітерації можуть включати і більш ніж один рівень проектування. Таким чином, в процесі проектування доводиться багаторазово виконувати процедуру аналізу об'єкту. Тому очевидне прагнення зменшити трудомісткість кожного варіанту аналізу без збитку для якості остаточного проекту. У цих умовах доцільно на початкових стадіях процесу проектування, коли високої точності результатів не вимагається, використовувати найбільш прості і економічні моделі. На останніх етапах застосовують найбільш точні моделі, проводять багатоваріантний аналіз і тим самим отримують достовірні оцінки працездатності об'єкту.