m
'
T i m f r i 1 9 7 5
I n t a r m a t v k a
S P IS T R E ŚC I N R 4/75
S tr.
IN FO R M A TY K A NA UCZELNIA CH Z K R A JU
ZE ŚW IATA O ŚR O D K I IN F O R M A T Y K I PR E Z E N T U JĄ
TE R M IN O LO G IA TRY BU N A CZY TELNIK A PR O JE K T O W A N IE SYSTEM ÓW EPD
PRO BLEM A TY K A BAZY DANYCH PR ZEG LĄ D W YDAW NICTW
O sta n ie i k ie ru n k a c h ro zw oju te o rii system ów przełączający ch
T a d eu sz P uchatka
P rzeg ląd w y b ra n y ch m etod w y k o rz y sta n ia i o rg a n iz a cji pam ięci system u cyfrow ego
M ieczysław M u ra szkiew icz
O rganizacja system ów w ielokom puterow ych w oparciu o k o m p u te ry ODRA 1305
A n d rze j D zie rżyk ra j, W ojciech K u c zb o rsk i
N iepew na przyszłość fran cu sk ieg o p rzem ysłu in fo rm a tyki
J e rzy M iłek
K o m p u te ry z ac ja p ra c ed y to rsk o -p o lig raficzn y ch . F o to skład
Ję d rze j W ró b le w sk i
S tru k tu ry n a k ład k o w e p ro g ra m ó w w system ie D O S/JS L ech Ja g o d ziń ski
D ialog S o k ra ty cz n y — tłu m . i oprać. S ta n isła w M a tw in F o rm y o rg an izacy jn e pionów in fo rm a ty k i — tłum . i
oprać. L u d w ik J. R o sso w ski
In fo rm a ty k a n a U n iw ersy te cie E d y n b u rsk im — G e
rard Z ie liń sk i
P ro b le m y w ielodostępnych sy stem ó w info rm aty czn y ch
— Z enon G rodzki, A n d rze j P ia sk o w sk i In fo rm a ty k a w przem yśle siark o w y m In fo rm a c je różne
I n fo rm a ty k a w c e n tra li h a n d lu zagranicznego — B a r
bara N o w a ko w ska
P ro g ra m o w a n ie k o m p u te ró w cyfrow ych. T erm in y ogól
ne — W ła d y sła w K lepacz L ist L u d w ik a J. R ossow skiego
M etody an a liz y k o m pleksow ej sy stem u in f o rm a c y j
nego p rze d sięb io rstw a — A le k sa n d e r A d a m o w ic z, S ta n isła w S zk la rze w ic z
12
16
18 24 29 31 32 34 35 36—37 38 40 41
42 M etody oceny efektyw ności sy stem ó w za rząd z an ia bazą
d an y ch — J ó z e f C z a jk o w sk i 45
B ib lio g rafia w y d a w n ic tw polskich z dziedziny in fo r m a ty k i — oprać. J e rzy K la m b o ro w sk i 48, 49 i IV okł.
W Y D A W N IC T W A C Z A S O M P IS M T E C H N I C Z N Y C H
N O T W a r s z a w a C z a c k ie g o 3/5
K O L E G IU M R E D A K C Y J N E
R e d a k t o r N a c z e l n y p r o f . d r h a b . L e o n Ł U K A S Z E W IC Z
m g r K r y s t y n B E R N A T O W IC Z , p r o f . d r h a b . in ż . K o n r a d F I A Ł K O W S K I (z a s t. r e d a k t o r a n a c z e ln e g o ) , d o c . d r in ż . Z b i g n i e w G A C K O W S K I, m g r in ż . M a r e k H O Ł Y Ń S K I, W ł a d y s ł a w K L E P A C Z , E l ż b i e t a K O Ł O D Z I E J S K A , d o c . d r h a b . A n t o n i M A Z U R K I E W IC Z ,
S e k r e t a r z R e d a k c j i m g r K r y s t y n a W R O Ń S K A R e d . te c l i . J ó z e f D U S Z A R A D A P R O G R A M O W A
M g r in ż . A n t o n i B O S S O W S K I, d o c . d r in ż . J a n F E L I C K I , d o c . d r in ż . Z b i g n i e w G A C K O W S K I , d o c . d r in ż . A l e k s a n d e r G O L IN O W S K I, d r h a b . A n d r z e j G R Z Y W A K , d o c d r h a b . in ż . R o m a n K U L E S Z A , p r o f . d r h a b . L e o n Ł U K A S Z E W I C Z , p r o f . d r h a b . in ż . S t a n i s ł a w P A S Z K O W S K I ( w i c e p r z e w o d n i c z ą c y ) , p r o f . d r T a d e u s z P E C H E m g r in ż . B r o n i s ł a w P IW O W A R , d r in ż . A n d r z e j P L Ą S K O W S K I , m g r in ż . T a d e u s z P O D G Ó R S K I ( w i c e p r z e w o d n i c z ą c y ) , p r o i . d r in ż . J e r z y S E ID L E R , p r o f . d r in ż . A n d r z e j S T R A S Z A K ( p r z e w o d n i c z ą c y ) , d o c . J e r z y T R Y - B U L S K I , d r T a d e u s z W A L C Z A K , p r o f . d r in ż . S t e f a n W Ę G R Z Y N , d r in ż . J a n Z . Z Y D O W O
R e d a k c j a : 00-041 W a r s z a w a , u l . J a s n a 14/16, p o k ó j 331, t e l . 27-71-40 l u b c e n t r a l a 28-82-G1 w . 285, d y ż u r y r e d a k c j i 10,00—13,00 Z a k ł a d K o l p o r t a ż u W C T N O T , W a r s z a w a , u l . M a z o w i e c k a 12
Z a k ł . G r a f . „ T a m k a ” . Z. 2. Z a m . 118. P a p i e r d r u k . s a t . IV k l. 70 g 61 + 86. O b j. 6,75 a r k . d r u k . N a k ł a d 5600 + 30. B-85.
C e n a e g z e m p l a r z a z ł 15.— I N D E K S 36210/36124 P r e n u m e r a t a r o c z n a z ł 180.—
Informatyka
z a s to s o w a n ia w g o s p o d a rc e , te c h n ic e i n a u c e
Nr 4
M I E S I Ę C Z N I K
1 9 7 5
d a w n i e j M a s z y n y M a t e m a t y c z n e ---
A , R O K XI
9- i m t e r
O R G A N K R A J O W E G O B I U R A I N F O R M A T Y K I I P O L S K I E G O K O M I T E T U A U T O M A T Y C Z N E G O P R Z E T W A R Z A N I A I N F O R M A C J I N A C Z E L N E J O R G A N I Z A C J I T E C H N I C Z N E J
TADEUSZ PUCHAŁKA 681.325.65
Politechnika Poznańska
O słanie i kierunkach rozw oju teorii systemów p rzełąc zający ch
A r t y k u ł p r z e d s t a w i a e w o l u c j ą t e o r i i s y s t e m ó w p r z e ł ą c z a j ą c y c h , k o n c e p c j ę k l a s y f i k a c j i t y c h s y s t e m ó w o r a z o p is a l g e b r a i c z n y i c h p o s z c z e g ó l n y c h k l a s . O m ó w i o n o r ó w n i e ż p r o b l e m a t y k ą r e p r e z e n t a c j i i r o z p o z n a w a n i a J ę z y k ó w p r z e z a u t o m a t y o r a z m o ż liw o ś c i t e c h n i c z n e z a s t o s o w a ń m o d e l i s y s t e m ó w p r z e ł ą c z a j ą c y c h .
1. Ewolucja teorii system ów przełączających
T eo ria sy stem ó w p rzełąc za jąc y ch je st m łodą dy scy p lin ą n a u k o w ą . J e j p oczątki sięg ają pierw szy ch la t d ru g ie j połow y naszego stulecia. W ty m czasie za
czy n ają się fo rm o w a ć p o d sta w y te o re ty c z n e u k ła d ó w k o m b in a cy jn y ch . U w aga b adaczy sk u p ia się n a u k ła d ac h przek aźn ik o w o — stykow ych, sta n o w iąc y ch o b sz ern ą k la sę u k ła d ó w k o m b in a cy jn y ch . P rz ed m io tem szczególnego z a in te re so w an ia są zag ad n ien ia syntezy ty c h układów . W 1950 r. u k a z u je się p ra c a M. A.
G aw riło w a [11], pośw ięcona p ro b le m a ty c e te o rii u k ła dów p rzek aźn ik o w o — stykow ych.
U k ład y k o m b in a cy jn e są sy stem a m i p rze łąc za jąc y m i bez m ożliw ości z a p am ięty w a n ia sygnałów . P rz y jęc ie p o stu la tu , iż k aż d y sta n sy stem u p rzełączającego w
P r o f . d r T A D E U S Z P U C H A Ł K A ( u r . 1929) u k o ń c z y ł W y d z i a ł E l e k t r o m e c h a n i c z n y A k a d e m i i G ó r n i c z o - H u t n i c z e j w K r a k o w ie . J e s t p r o f e s o r e m n a d z w y c z a j n y m w P o l i t e c h n i c e P o z n a ń s k i e j , g d z ie k i e r u j e Z a k ł a d e m A u t o m a t y k i P r z e m y s ł o w e j . P r o w a d z i b a d a n i a n a u k o w e w d z i e d z i n i e t e o r i i i z a s t o s o w a ń s y s t e m ó w s t e r o w a n i a o r a z t e o r i i s y s t e m ó w p r z e ł ą c z a j ą c y c h (70 p u b l i k a c j i ) . W s p ó ł p r a c u j e z p r z e m y s łe m w i e l k o p o l s k i m w d z i e d z i n i e s y s t e m ó w a u t o m a t y z a c j i k o m p l e k s o w e j . C z ł o n e k m i ę d z y n a r o d o w y c h i k r a j o w y c h t o w a r z y s t w 1 o r g a n i z a c j i n a u k o w y c h .
chw ili t + 1 zależy od s ta n u sy stem u i sy g n a łu w e jś
ciowego w ch w ili t, w jakościow y sposób zm ienia jego m e ta -s tru k tu rę . P rzeło m l a t pięćdziesiątych i sześć
d ziesiątych w iąże się z k o n c e n tra c ją b a d a ń n a d z d e
te rm in o w a n y m i sy stem a m i p rz e łąc za jąc y m i o sy n chronicznej o rg an iz ac ji czasu i o o k reślo n e j w yżej s tr u k tu rz e p rz e jść od sta n u do sta n u . S y stem y te n az w an o z d e te rm in o w a n y m i a u to m a ta m i sy n c h ro n ic z
nym i. W 1959 r. M. O. R a b in i D. S c o tt w p ra c y [33]
fo rm u łu ją p o d sta w y p o ję cio w o -d efin ic y jn e a u to m a tó w skończonych, tj. ta k ich , k tó ry c h m oc zb io ru sta n ó w je s t skończona. P o d ejm o w a n e są z p o w o dzeniem p ró b y stw o rze n ia g łębokiej, alg eb raic zn e j te o rii au to m a tó w zd e te rm in o w a n y ch [15], u m o ż liw ia
ją ce j w n ik liw e b a d a n ie w łasności oraz d o konyw anie ich sy n te zy n a poziom ach a b s tra c y jn y m i s tr u k tu raln y m .
W a u to m a ta c h zd e te rm in o w a n y ch p rze jście od sta n u do s ta n u pod d ziała n ie m sym bolu w ejściow ego, do k o n u je się z p raw d o p o d o b ie ń stw em p = 1. U ogólniając m e ta -s tr u k tu rę a u to m a tu m ożna założyć, iż p ra w d o p odobieństw o p rze jścia od s ta n u si do s ta n u sj, pod d ziałan iem sy m b o lu w ejściow ego x, z a w a rte je s t w p rze d zia le [0,1] (p(si/sj, x) e [ l] ) . A u to m a ty o ta k ie j m e ta -s tru k tu rz e n az w an o a u to m a ta m i sto c h asty cz n y m i (p robabilistycznym i). M. O. R a b in w 1963 r. og ła
sza p rac ę [32], w k tó re j z a w iera p o d sta w y pojęciow o- -d efin ic y jn e te j k la sy au to m ató w .
Z godnie z ogólną te n d e n c ją o sta tn ie la ta p rzynoszą w z ro st za in te re so w a n ia b ad aczy jeszcze b a rd z iej zło
żonym i s tr u k tu ra m i system ów przełączający ch . P rz e d m io tem szczególnie in te n sy w n y c h b a d a ń są w olno- s tu k tu ro w e a u to m a ty d en d ry to w e ty p u opadającego i w znoszącego, a u to m a ty g rafo w e oraz in n e a u to m a ty złożone. W 1970 r. M. M agidor i G. M o ran p u b lik u ją p rac ę [24], k tó ra za w ie ra p o d sta w y pojęciow o- -d e fin ic y jn e sto ch asty czn y ch w o ln o stru k tu ro w y c h a u to m a tó w d en d ry to w y c h oraz d o k o n u ją b a d a n ia ro zp o zn aw an ia (akceptow alności) języków bez- k o n te k sto w y ch przez te a u to m a ty . W o m aw ian y ch k la sa c h a u to m a tó w zbiory sta n ó w oraz fu n k c je p rz e jść sk o n stru o w a n e s ą b ard z o ogólnie.
2. K lasyfikacja system ów przełączających. Za
kres problemowy
T eo ria system ów p rzełąc za jąc y ch je st te o rią k o m p le m e n ta rn ą , o b ejm u ją cą sw ym zak resem zarów no p ro blem y sy stem o w e ja k i językow e o ra z ich ścisłe zw iązki. S tą d też ta k isto tn e znaczenie p o sia d ają b a
d an ia, dotyczące ak cep to w aln o ści ja k i re p re z e n to - w alności języków p rze z au to m a ty , szczególnie w z a k re sie a u to m a tó w sto c h asty cz n y ch i o złożonych s tr u k tu ra c h . W zajem n e zw iązki, ja k ie istn ie ją pom iędzy ogó ln ą te o rią sy stem ó w i te o rią języków , w re la c ji do k la sy sy stem ó w przełączający ch , p rzed staw io n o na ry s u n k u 2.1.
R y s P 1
R y s . 2.1 S c h e m a t y c z n e p r z e d s t a w i e n i e z w i ą z k ó w t e o r i i s y s t e m ó w p r z e ł ą c z a j ą c y c h z o g ó l n ą t e o r i ą s y s t e m ó w i t e o r i ą J ę z y k ó w
W dalszych ro zw aż an ia ch p rzy ję to k o n w en c ję k la s y fik a c ji sy stem ó w p rzełączający ch w g ich m e ta -s tru k - tu ry . K la sy fik a c ja zo brazow ana je s t n a ry s u n k u 2.2.
Rys. 2.2.
R y s . 2.2 K l a s y f i k a c j a s y s t e m ó w p r z e ł ą c z a j ą c y c h w e d ł u g i c h m e t a - s t r u k t u r y
Z p u n k tu w id zen ia o rg a n iz a c ji czasu, m ożem y w k la sie a u to m a tó w zd ete rm in o w a n y ch w yróżnić d w ie pod- k la sy : a u to m a ty sy n ch ro n iczn e .i a u to m a ty as y n c h ro niczne, co zilu stro w an o n a ry su n k u 2.3.
egs.23
R y s . 2.3 K l a s y f i k a c j a a u t o m a t ó w z d e t e r m i n o w a n y c h w e d ł u g s p o s o b u o r g a n i z a c j i c z a s u
W te o rii synch ro n iczn y ch au to m a tó w z d e te rm in o w a n y c h k o n w en c jo n aln y ch [12, 14, 15, 17, 22, 27, 28, 30, 31, 33, 34, 35] ro zw in ę ły się i u g ru n to w a ły alg e b ra ic z n e p o d sta w y te j teorii. O d g ry w a ją one isto tn ą rolę w p ro b lem ach : rów now ażności au to m ató w , dek o m p o zycji, ko d o w an ia stanów , re a liz a c ji au to m ató w . W p ro b lem aty c e asy n ch ro n iczn y ch a u to m a tó w z d e te r
m in o w a n y ch szczególnie w ażne są za g ad n ien ia: h a z a rd u i g onitw y [27, 37],
B ad an ie re la c ji: a u to m a t zd e te rm in o w a n y — język, było p rze d m io te m za in te re so w an ia b adaczy przez dłuższy o k res ■ czasu. S zczytow ym i o siągnięciam i w te j dziedzinie są c e n tra ln e tw ie rd z e n ia a n a liz y i sy n tezy [2, 23, 27], U w aga sp e cja listó w sk u p ia się na p ra c a c h z z a k resu p o d sta w lin g w isty k i m a te m a ty c z n e j, np. [5],
T eoria au to m a tó w stochastycznych k o n w en c jo n aln y ch i[26, 27, 32, 35] ro zw ija się szczególnie dynam iczn ie w o sta tn ic h la tac h . Z a in te re so w a n ia b ad aczy k o n c e n tru ją się n a p ro b lem ach języ k ó w w ty c h au to m a ta c h . W ra m a c h te o rii a u to m a tó w sp e cja ln y ch szczególnie ciek aw e r e z u lta ty o siąg n ięto w b a d a n ia c h : 1) lin io w ych au to m a tó w z d e te rm in o w a n y ch ¡[38], 2) liniow ych a u to m a tó w sto ch asty czn y ch [7], 3) a u to m a tó w zd e
te rm in o w a n y c h zm iennych w czasie [13], 4) a u to m a tó w sto ch asty czn y ch z czasem ciągłym [6, 20], N a jb a rd z ie j złożoną s tru k tu r ę — spośród r o z p a try w anych — r e p re z e n tu ją au to m a ty w o ln o stru k tu ro w e d en d ry to w e , b ę d ą ce p rze d m io te m in te n sy w n y ch b a d a ń w ciągu o sta tn ic h k ilk u la t [10, 19, 24],
3. Algebraiczny opis niektórych system ów przełączających
A lgeb raiczn y opis sy stem ó w p rzełączający ch ' stanow i głęboki fo rm a liz m m a tem aty c zn y , u m ożliw iający szczegółow e w n ik n ię cie w m echanizm y d ziała n ia p o szczególnych sy stem ó w p rze łąc za jąc y ch . W ro z w a ż a niach zam ieszczanych w n in ie jsz y m p u n k cie d o k o n u je się algebraicznego opisu n ie k tó ry c h k la s system ów p rze łąc za jąc y ch . Opis te n u w id aczn ia ew o lu cję w e w n ę trz n e j s tr u k tu r y system ów p rze łąc za jąc y ch : od uk ła d ó w k o m b in a cy jn y ch k o n w en cjo n aln y ch , sta n o w ią cych n a jp ro s ts z e sy stem y przełączające, do a u to m a tó w w o ln o stru k tu ro w y c h , m a jąc y ch n a jb a rd z ie j ro z b u d o w a n ą m e ta -s tru k tu rę .
3.1. U k ład y k o m b in a cy jn e
3.1.1 U k ła d y k o m b in a c y jn e k o n w e n c jo n a ln e (U.K.K) D efin ic ja U.K.K
U .K .K . = < X , y , / > , 3.1
gdzie:
X = {0,1} — a lfa b e t w ejściow y, Y == {0,1} — a lfa b e t w yjściow y f : ’X.n - * Y — fu n k c ja p rzełączająca.
(x gdzie X i€ X , nazy w am y n -p o zy c y jn ą b in a rn ą k o m b in a c ją w ejściow ą, lu b słow em w ejścio w y m o długości n.
S c h e m a t blokow y U.K.K. p rze d staw io n y .jest na r y su n k u 3.1.
G łów ny o b szar p ro b le m o w y te o rii u k ła d ó w k o m b in a c y jn y c h ,[1, 4, 11, 18, 25, 27] sta n o w ią : 1) synteza u k ła d u , p o le g ają ca n a o k reśle n iu m in im a ln e j n o r m a l
n ej p o sta ci fu n k c ji p rze łą c z a ją c e j, 2) w y b ó r r e a li
zacji logicznej sy n tety zo w an eg o u k ła d u . P o d k re ślić n a leży znaczny rozw ój te o rii p rogow ych u k ła d ó w k o m b in a c y jn y c h {3, 8, 21, 27, 29],
B.US.3.L
R y s . 3.1 S c h e m a t b l o k o w y u k ł a d u k o m b i n a c y j n e g o k o n w e n c j o n a l n e g o
3.1.2. U kłady k o m b in a cy jn e progow e (U.K.P.) D efin ic ja U.KJ?.
U.K .P. = < x , 7 , w , + < , f , T , > , p rzy czym :
3.2
gdzie r i r ' oznaczają czas w y k o n y w an ia operacji przez au to m a t. (Czas z' b y w a w ro zw aż an ia ch te o re tycznych n a ogól pom ijany).
P o zo sta łe oznaczenia: ja k w d efin icji 3.3.
S ch em at blokow y A.z.as. zilu stro w a n y je st n a r y s u n k u 3.4.
R y s . 3.2 S c h e m a t b l o k o w y u k ł a d u k o m b i n a c y j n e g o p r o g o w e g o
S
<5, A
T.T*
flys,3.4.
R y s . 3.4 S c h e m a t b l o k o w y a u t o m a t u z d e t e r m i n o w a n e g o a s y n c h r o n i c z n e g o
y [(xl5 x n) e X ” 1/ (Xj, x„) = 1] J g WfS-i > T
i —1
v [(xl f x„) G X* 1/ (xl f x„) = 0] £ w¡Xi < T . i= i
W defin icji te j o znaczają:
W = { w j , . — zbiór wag,
T — pró g u k ła d u k o m b in a cy jn eg o progow ego.
P ozostałe oznaczenia: jak- w d efin icji 3.1
S ch em at blokow y U.K .P. zam ieszczony je s t n a r y su n k u 3.2
3.2. A u to m a ty z d e te rm in o w a n e k o n w en c jo n aln e 3.2.1. A u to m a ty z d e te rm in o w a n e sy n ch ro n iczn e (A.z.s.) D efin icja A .z s .
A .z.s. = < 5 , X , Y , <5, X ,> 3.3 gdzie:
S — n ie p u sty zbiór sta n ó w , X — n ie p u sty a lfa b e t w ejściow y, Y — n ie p u sty a lfa b e t w yjściow y,
<5 : (S X X)t -* St+i — fu n k c ja przejść,
X : (S X X )t -* Yt — fu n k c ja w y jść (dla au to m ató w k lasy M e aly ’ego)
s
S , A
ftys.3.3.
R y s . 3.3 S c h e m a t b l o k o w y a u t o m a t u z d e t e r m i n o w a n e g o s y n - c h r o n i c z n e g o
S ch em at blokow y A.z.s. p rze d staw io n y je s t n a r y su n k u 3.3.
3.2.2. A u to m a ty z d e te rm in o w a n e asy n ch ro n iczn e (A.z.as.)
D efinicja A.z.as.
A .z.as = < S , ,X , Y , <5, X, z, z' > , p rzy czym :
s ( ( - f t ) = ¿ [ s (t), x (i)], y (t + i') = x [s (<).«(*)].
3.4
3.3. A u to m a ty sto ch asty czn e k o n w en c jo n aln e (A.st.) D efin ic ja A.st.
A .s t = < S , X , F , { M (x)>, 7r0)>
gdzie:
3.5
F — zbiór dopuszczalnych sta n ó w końcow ych ( F £ S ) ,
{M(x)> — zbiór sto ch asty czn y ch m a cie rz y p rze jść, tío —• sto ch asty czn y s ta n początkow y.
P o zo stałe o znaczenia: ja k w d efin icji 3.3.
Z biór dopuszczalnych sta n ó w końcow ych F s c h a r a k te ry z o w an y je s t przez zbiór (m acierz n X 1) n b i
n a rn y c h w ielkości.
O dpow iednio:
_ f i , g d y s ¡ e F
~ t 0, g d y s¡<=F 3.6
S to ch asty czn a m acierz p rze jść o k reślo n a je s t n a s tę p u ją c o :
3.7 gdzie:
m a — mijisjist, x) (0 < m a < 1) o k reśla p raw d o p o d o b ień stw o p rze jścia s ta n u si do sta n u S) pod d z ia ła n iem sy m b o lu x, zaś n = |S|. O czyw iście zachodzi zw iązek:
i
2 m ,j = m j = 1.
i = l
3.8
-T0 o k reśla ro z k ła d p ra w d o p o d o b ie ń stw a n a zbiorze sta n ó w S w chw ili p o czątkow ej:
= ( * ’ Sn) ,
\ P i - , P n ! p rzy czym zachodzi zależność:
I > = L
i= i
3.9
3.10
S ch em at blokow y a u to m a tu stochastycznego zam iesz
czony je s t n a ry s u n k u 3.5.
x
S ,F(M ix)) 3To
-R ys. 3.5.
R y s . 3.5 S c h e m a t b l o k o w y a u t o m a t u s t o c h a s t y c z n e g o .
3
3.4. A u to m a ty w o ln o stru k tu ro w e
3.4.1. A u to m a ty ty p u „sin k in g ” (opadające) (A.w.s.) D efin ic ja A.w.s.
A.w.s, = < S , X ,F , S > , 3.11
gdzie:
F — zbiór dopuszczalnych sta n ó w końcow ych, 5 : S M X X -> P (S ) ,
p rz y czym :
fj. — liczba całk o w ita,
SM - U
v=0
P{S) — zbiór w szelkich podzbiorów zbioru S.
P o zostałe oznaczenia: ja k w defin icji 3.3.
S ch em at blokow y A.w.s. zobrazow any je s t na r y s u n k u 3.6.
X 5 , F
s
R y s . 3.6 S c h e m a t b l o k o w y a u t o m a t u w o l n o s t r u k t u r o w e g o t y p u „ s i n k i n g ”
X — a lfa b e t te rm in a ln y , X f l V = i ,
P — skończony zbiór u p o rzą d k o w a n y ch p a r (p ro d u k cji), (cp,y>), <sp -> ¥').
p rz y czym :
< p e V ' - { A }, V e ( V { j X ) ' , gdzie:
V* — zbiór słów n ad a lfa b e te m V, ( F ( J X ) * — zibór słów n a d a lfa b e te m (V U X),
{A } — słow o puste,
s — zm ien n a początkow a.
P rz ez język, g en e ro w a n y przez g ra m a ty k ę G, ro z u m iem y zbiór słów L(G):
L [O) = {x* |x* £ X *, s -* ^ x*} , 4,2 p rz y czym :
s - > 0 x* oznacza, że istn ie je ciąg: cpo, cp\
ta k i, że p ro d u k c ja s -> 0 X* m a m ie jsc e (y i = rp0 = s, Wz = <pn = x*).
P ro c e d u ra g e n e ra c ji ję zy k a L(G) p o k az an a je st blo
kow o n a ry s u n k u 4.1.
3.4.2. A u to m a ty ty p u „clim bing” (wznoszące) (A.w.c.) D efin icja A.w.c.
A .w .c. = < S , X , F , A > , 3.12 gdzie:
F — zbiór dopuszczalnych sta n tó w końcow ych, J : [ S U W l x X - v P ( n
p rz y czym :
A — słow o p u ste , elem e n t m onoidu S*,
P(S*) — zbiór w szy stk ich podzbiorów m onoidu S*, P o zostałe oznaczenia: ja k w d e fin ic ji 3.3.
S ch e m a t blokow y A.w.c. p o k az an y je s t n a ry s u n k u 3.7.
X S , F
A
b l o k o w y a u t o m a t u t y p u „ c l i m b i n g ”
4. Języki w system ach przełączających
T eo ria sy stem ó w p r z łą c z a ją c y c h je s t te o rią k o m p le m e n ta rn ą , o b e jm u ją c ą zarów no a s p e k ty sy stem o w e ja k i językow e. W ra m a c h a n a liz y p o d ejm u je m y b a d a n ia , dotyczące ro z p o z n aw an ia przez a p rio ri is t
n ie ją c e sy stem y p rz e łąc za jąc e (autom aty) języków w ejściow ych (problem y ak cep to w aln o ści języków ), n a to m ia st w ra m a c h sy n te zy d o k o n u je m y k o n s tru k c ji sy stem u p rzełączającego, re p re z e n tu ją c e g o a p rio ri o k reślo n y ję zy k w ejściow y (problem y re p re z e n to w a l- ności).
Do o k re śle n ia ję zy k a kon ieczn a je s t znajom ość a lf a b etów : n ie te rm in a ln e g o (V) i te rm in a ln e g o (X) oraz g ra m a ty k i (G).
G ra m a ty k ę G d e fin iu je m y ja k o sy stem :
<? = < F , X , P , * > , 4.1
gdzie:
V — zbiór sym b o li (zm iennych) n ie te rm in a ln y c h (a l
fa b e t n ie te rm in a ln y ),
R y s . 4.1 S c h e m a t p r o c e d u r y g e n e r a c j i j ę z y k a L (G )
N. C hom sky zap ro p o n o w ał p ew n ą k la sy fik a c ję g r a m a ty k [5], k tó ra m a duże znaczenie w b a d a n ia c h ak cep to w aln o ści i rep rez en to w aln o ści języków przez au to m aty .
Załóżm y, że LC x . M ożna pokazać [2, 23, 27], że z a chodzą dw a c e n tra ln e tw ie rd z en ia , zw ane tw ie rd z e n ia m i analizy i sy n tezy :
1. Jeżeli a u to m a t z d e te rm in o w a n y A.z. a k c e p tu je ję zyk L, to języ k te n je s t re g u la rn y (c e n tra ln e tw ie r dzenie analizy),
2. D la każdego języka re g u la rn e g o — L reg. — m ożna sk o n stru o w ać odpow iedni, re p re z e n tu ją c y go a u to m a t z d e te rm in o w a n y (c e n tra ln e tw ie rd z e n ie syntezy).
Szczególnie in te re s u ją c e są b a d a n ia w za k re sie ro z p o zn aw an ia języ k ó w przez a u to m a ty stochastyczne [20] .i a u to m a ty w o ln o stru k tu ro w e .[19].
5. M ożliwości technicznych zastosowań modeli system ów przełączających
F o rm a liz m y m a tem aty czn e, o p isu jące m odele sy ste m ów p rzełączający ch , m ogą być w y k o rz y sta n e, dzięki ich ogólności, w b a d a n ia c h in n y c h system ów oraz analizie k o n k re tn y c h m odeli technicznych. Z ak res m ożliw ych zastosow ań ulega ciągłem u poszerzaniu.
P rzy k ład o w o , m ożna tu ta j w skazać m odele d y s k r e t
nych k an a łó w in fo rm a c y jn y c h oraz m odele n ie z a w o d nościow e. P ierw sze z nich m ożna p o tra k to w a ć ja k o lin io w e a u to m a ty sto ch asty czn e [16], drugie, ja k o a u to m a ty sto c h asty cz n e z czasem ciągłym [9, 36].
S zczególnie duże m ożliw ości w y k o rz y sta n ia a lg e braicznego a p a r a tu pojęciow ego te o rii sy stem ó w p rz e łą cz ają cy c h o raz jej re z u lta tó w is tn ie ją w dziedzinie d y sk re tn y c h sy stem ó w ste ro w a n ia.
[1] B r o m i r s k i J . : T e o r i a a u t o m a t ó w .
W y d a w n i c t w a N a u k o w o - T e c h n i c z n e , W a r s z a w a 1069.
[2] B r z o z o w s k i J . A .: D e r l v a t e s o f r e g u l a r e x p r e s s i o n s . J o u r n a l o f A .C .M ., v o l. 11 N o 4 ( O c t o b e r 1964).
[3] B u t a k o w E . A ., Z a k r i e w s k i j A . D .: N i e k o t o r y j e w o p r o s y r e a l i z a c j i b u l l e w y c h f u n k c j i p o r o g o w y m i e l i e m e n t a m i . I z w i e s t i a A .N . Z S R R , „ T i e e h n i c z e s k a j a K i b e r n e t i k a ” N o . 1, 1964.
[4] C a l d w e l l S . H .: S w i t c h i n g c i r c u i t s a n d l o g i c a l d e s ig n . J o h n W ile y a n d S o n s , N e w Y o r k 1958.
[5] C h o m s k y N .: T h r e e m o d e ls f o r d e s c r i p t i o n o f l a n g u a g e . I.R .E . T r a n s , o n I n f o r m a t i o n T h e o r y , N o 2 (1956).
[6] C h u n g K . X.: M a r k o v c h a i n s w i t h s t a t i o n a r y p r o b a b i l i t i e s .
S p r i n g e r , B e r l i n 1960.
[7] C o h n M .: P r o p e r t i e s o f l i n e a r m a c h i n e s . J o u r n a l o f A .C .M . 11 (1964).
[8] D e r t o u z o s M . L .: T h r e s h o l d lo g ic : a s y n t h e s i s a p p r o a c h . M .I.T . P r e s s , C a m b r i d g e , M a s s . 1965.
[9] D o la z z a E .: S y s t e m s t a t e a n a l y s i s a n d f lo w g r a p h s d i a g r a m s i n r e l i a b i l i t y .
I .E .E .E . T r a n s R e l i a b i l i t y R -15, N o 3, 1966, s t r . 85—94.
[10] D o n e r J . E .: T r e e a c c e p t o r s a n d s o m e o f t h e i r a p p l i c a t i o n s .
S y s t . D e v e l. C o rp . S c i e n c e R e p o r t N o 8, 1967.
[11] G a w r i ł o w M . A .: T i e o r i a r i e l e j n o k o n t a k t n y c h s c h le m . Iz d . A .N . Z S R R , 1950.
[12] G ill A .: I n t r o d u c t i o n t o t h e t h e o r y o f f i n i t e s t a t e a u t o m a t a m a c h i n e s .
M e G r a w - H i l l B o o k C o m p ., N e w Y o r k 1962.
[13] G ill A .: T i m e - v a r y i n g s e q u e n t i a l m a c h i n e s . J o u r n a l F r a n k l i n I n s t . 276 (D e c . 1963), s t r . 519—539.
[14] H a r r i s o n M . A .: I n t r o d u c t i o n t o s w i t c h i n g a n d a u t o m a t a t h e o r y .
M e G r a w - H i l l B o o k C o m p ., N e w Y o r k 1965 ( r ó w n i e ż t l u m . p o l s k i e ) : W s tę p d o t e o r i i s ie c i p r z e ł ą c z a j ą c y c h i t e o r i i a u t o m a t ó w , P W N , W a r s z a w a 1973).
[15] H a r t m a n i s J ., S t e a r n s R . E .: A l g e b r a i c s t r u c t u r e t h e o r y o f s e q u e n t i a l m a c h i n e s .
P r e n t i c e - H a l l I n c . E n g l e w o o d C lif f s , N e w Y o r k 1964.
[16] H o w a r d R .: D y n a m i c p r o g r a m m i n g a n d M a r k o v p r o c e s s e s .
L i t e r a t u r a
[1 7 ] H u f fm a n D . A .: T h e s y n t h e s i s o f s e q u e n t i a l s w i t c h i n g c i r c u i t s .
J o u r n a l F r a n k l i n I n s t . , t. 257, n r 3 (1954).
[18] H u m p h r e y W . S . J r . : S w i t c h i n g c i r c u i t s w i t h c o m p u t e r a p p l i c a t i o n s .
M e G r a w - H i l l B o o k C o m p ., N e w Y o r k 1958.
[19] K a r p i ń s k i M .: F r e e s t r u c t u r e t r e e a u t o m a t a . R o z p r a w a d o k t o r s k a , P o z n a ń 1973.
[20] IC n a st R .: M o d e le m a t e m a t y c z n e 1 e l e k t r y c z n e a u t o m a t ó w s t o c h a s t y c z n y c h .
R o z p r a w a d o k t o r s k a , P o z n a ń 1969.
[21] L I s i e c k a - F r ą s z c z a k J .. P u c h a l k a T .: O m o ż l i w o ś c i a c h s y ą t e z y f u n k c j i b o o l o w s k i c h n a e l e m e n c i e p r o g o w y m o z m i e n n y m p r o g u .
P r a c e V I K r a j o w e j K o n f e r e n c j i A u t o m a t y k i , t . I , P o z n a ń 1974, s t r . 213—222.
[22] M c C lu s k e y E . I . : I n t r o d u c t i o n t o t h e t h e o r y o f s w i t c h i n g c i r c u i t s .
M c G r a w - H i l l B o o k C o m p ., N e w Y o r k 1964.
[23] M c N a u g h t o n R ., Y a m a d a H .: R e g u l a r e x p r e s s i o n s a n d s t a t e g r a p h s f o r a u t o m a t a .
I .R .E . T r a n s . F.C — 9. 1963
[2 4 ] M a g id o r M ., M o r a n G .: P r o b a b i l i s t i c t r e e a u t o m a t a a n d c o n t e x f r e e l a n g u a g e s .
I s r a e l J o u r n a l M a th . N o 8 (1970).
[25] M o is il G .: A l g i e b r a i c z e s k a j a t i e o r i a d i s k r e t n y c h a w t o - m a t i c z e s k i c h u s t r o j s t w . ( T lu m . z ję z . r u m u ń s k i e g o ) . Iz d . I n n o s t r . L i t ., 1962.
[26] P a z A .: I n t r o d u c t i o n t o p r o b a b i l i s t i c a u t o m a t a . A c a d e m i c P r e s s , N e w Y o r k 1971.
[27] P u c h a l k a T .: T e o r i a s y s t e m ó w p r z e ł ą c z a j ą c y c h . W y k ł a d y n a s t u d i u m d o k t o r a n c k i m w z a k r e s i e a u t o m a t y k i i I n f o r m a t y k i , p r o w a d z o n e w r o k u a k a d . 1973/74.
S k r y p t u c z e l n i a n y , A G H , K r a k ó w , w d r u k u .
[28] P u c h a l k a T .: S y s t e m y p r z e ł ą c z a j ą c e . Z a g a d n i e n i a r e p r e z e n t a c j i 1 r o z p o z n a w a n i a j ę z y k ó w . M o d e le p e w n y c h z a s t o s o w a ń t e c h n i c z n y c h .
M a t e r i a ł y I I O g ó l n o p o l s k i e g o S y m p o z j u m n t . : „ S y s t e m — M o d e l o w a n i e — S t e r o w a n i e ” . Z a k o p a n e 1974, s t r . 97.
[29] P u c h a l k a T ., L i s i e c k a J . , S i w a k P . : N i e k t ó r e p r o b l e m y s y n t e z y s i e c i e l e m e n t ó w p r o g o w y c h .
P r a c e IV K r a j o w e j K o n f e r e n c j i A u t o m a t y k i , t. I I , A G H , K r a k ó w , 1967, s t r . 93—106.
M .I.T . P r e s s a n d J . W ile y , N e w Y o r k 1970.
[30] P u c h a ł k a T ., M i k o ł a j c z a k B .: O o p t y m a l n y m k o d o w a n i u s t a n o w y m p e w n y c h k l a s s y n c h r o n i c z n y c h m a s z y n s e k w e n c y j n y c h .
P r a c e V K r a j o w e j K o n f e r e n c j i A u t o m a t y k i , t. 2, P o l i t e c h n i k a G d a ń s k a , G d a ń s k 1971, s t r . 79—85.
[31] P u c h a ł k a T ., W o ż n i a k A ., G r z y m a - ła - B u s s e J . : G e n e r a l i s e d s y n t h e s i s o f f i n i t e a u t o m a t a b y a l g e b r a i c m e t h o d s . M a t e r i a ł y I I I K o n g r e s u IF A C 1966, W . C lo w e s a n d S o n s L i m i t e d , L o n d o n a n d B e e c le s , s t r . 35F1—35F7.
[32] R a b i n M . O .: P r o b a b i l i s t i c a u t o m a ta .
I n f o r m a t i o n a n d C o n t r o l 6 (1963).
[33] R a b i n M . O ., S c o t t D .: F i n i t e a u t o m a t a a n d t h e i r d e c i s i o n p r o b l e m s , IB M , 1959.
[34] S a l o m a a A .: T h e o r y o f a u t o m a t a . P e r g a m o n P r e s s , 1969.
[35] S t a r k e P . H .: A b s t r a k t e a u t o m a t o n . V E B D e u t s c h e r V e r l a g d e r W i s s e n s c h a f t e n , B e r l i n 1963.
[36]T in H t u n L .: R e l i a b i l i t y p r e d i c t i o n t e c h n i q u e s o f c o m p l e x s y s t e m s . I .E .E .E . T r a n s . R e l i a b i l i t y R-15, 1966, s t r . 53—69.
[37] T o r n g H . c . : I n t r o d u c t i o n t o Ih e l o g ic a l d e s i g n o f s w i t c h i n g s y s t e m s . A d d i s o n - W e s e l y P u b l i s h i n g C o m p . I n c ., 1964.
[38] Y a u S . S ., W a n g C . K .: L i n e a r i t y o f s e q u e n t i a l m a c h i n e s .
I.E .E .E T r a n s . E l e e t r , C o m p . E C — 15 (1956).
5
MIECZYSŁAW MURASZKIEWICZ Centralny O środek Informatyki Politechnika Warszawska
681.327.2:681.322.001.1
P rzegląd w ybranych metod w ykorzystyw ania i o rg an izacji pam ięci systemu cyfrow ego
W a r t y k u l e p r z e d s t a w i o n o t r z y m e t o d y w y k o r z y s t a n i a i o r g a n i z a c j i p a m i ę c i s y s t e m u c y f r o w e g o t w o r z ą c e c i ą g e w o l u c y j n y : p r z e a d r e s o w y w a n i e , s t r o n i c o w a n i e i s e g m e n t a c j ą . W s k a z a n o r ó w n i e ż n a g ł ó w n e w a d y i z a l e t y k a ż d e j z n i c h . P o n a d t o p o d a n o k o n c e p c j e m a s z y n y w i r t u a l n e j b ę d ą c e j z w i e ń c z e n i e m te g o c i ą g u e w o l u c y j n e g o .
P o szu k iw an ie sposobów lepszego w y k o rz y sta n ia je d n o stk i c e n tra ln e j sy stem u cyfrow ego doprow adziło do o p rac o w a n ia ta k ic h koncepcji, ja k : p rz e tw a rz a n ie w sadow e, w ielo p ro g ram o w a n ie i p ra c a z podziałem czasu. C h a ra k te ry z u ją się one m iędzy in n y m i tym , że w p am ięci sy stem u m oże jednocześnie zn ajd o w ać się w ięcej niż je d e n p ro g ra m . Z azw yczaj je d n a k p ro g ram y przeznaczone do w y k o n an ia w p ro ced u rze są n a ty le długie, bąd ź ich liczba je s t ta k duża, że nie m ożha ich w szy stk ich przech o w y w ać w p am ięci ope
ra c y jn e j sy stem u (dalej PAO). W ta k ic h p rzy p a d k ach część tych p ro g ra m ó w lub ich fra g m e n ty są um iesz
czane w pam ięci z e w n ętrzn e j p ro ce so ra (dalej PAZ).
P o ciąg a to je d n a k za sobą konieczność p rze p isy w an ia tych p ro g ra m ó w do w łaściw ych obszarów PAO zaw sze w ted y , gdy m a ją być one rea lizo w a n e w p ro cesorze.
O becność w ielu p ro g ra m ó w w pam ięci sy stem u c y fro w ego oraz konieczność ich p rz e sy ła n ia z P A Z do PAO lu b o d w ro tn ie sp raw iły , że nieodzow ne stało się o p ra cow anie m eto d tzw . p rzy d z iału p am ięci, czyli p rz y p o rzą d k o w a n ia ró żn y m obszarom pam ięci poszcze
gólnych p ro g ra m ó w i dan y ch [1]. R e aliza cją czyn
ności zw iązanych z przy d ziałem p am ięci obarczono o dpow iednie p ro g ra m y system u o p eracy jn eg o k o m p u te ra . P ro g ra m y te pow inny c h a ra k te ry z o w a ć się ok reślonym i cecham i, a je d n ą z n ajw a żn iejsz y ch jest, och ro n a p ro g ra m ó w n ie ak ty w n y c h przed in g e re n c ją ze stro n y a k tu a ln ie w ykonyw anego p ro g ra m u . Ta i in n e cechy zostały om ów ione m .in. w p ra c a c h [2], [3], [41.
P oniżej, p o cz y n ając od h isto ry czn ie n a jsta rsz e j i je d nocześnie koncepcyjnie n ajp ro stsz e j, p rzedstaw iono ró żn e m eto d y p rzy d z iału pam ięci.
M g r in ż . M IE C Z Y S Ł A W M U R A S Z K IE W IC Z u k o ń c z y ł W y d z i a ł E l e k t r o n i k i P o l i t e c h n i k i W a r s z a w s k i e j w 1972 r . O d t e g o t e ż r o k u p r a c u j e w C e n t r a l n y m O - ś r o d k u I n f o r m a t y k i P W . Z a j m u j e s i e o n p r o b l e m a t y k a z w i ą z a n ą z w y k o r z y s t a n i e m i b u d o w a S y s t e m u A b o n e n c k i e g o C Y F R O N H T o r a z z a g a d n i e n i a m i d o t y c z ą c y m i t r a n s l a t o r ó w j e ż y
k ó w s y m u l a c y j n y c h .
Przeadresow ywanie
N ajp ro stszy sposób p rzy d z iału p am ięci, tzw . sta ty c z n y p olega n a tym , że p ro g ra m y (p rz etłu m ac zo n e i z a p isa n e p rz y u ży ciu a d re só w rzeczyw istych) są u m iesz
czane w PA O S kw encyjnie (jeden za drugim ). M ogą być one je d n a k w y k o n y w a n e w in n e j kolejności — decy d u je o ty m sy stem o p eracy jn y . R ów nież p ro g ra m y z n a jd u ją c e się w PA Z są za p isa n e p rzy użyciu a d re só w rzeczy w isty ch pam ięci o p era cy jn e j. O zn a
cza to, że re a liz a c ja p ro g ra m u zn a jd u ją ce g o się w P A Z m usi być p o p rze d zo n a zw olnieniem żądanego o bszaru p am ięci o p e ra c y jn e j oraz p rze słan iem w to
<0 PAO PAZ b) PAO PAZ
M t l
• / / / / /
77//%,
R y s . 1. R o z m ie s z c z e n ie p r o g r a m ó w w P A O i P A Z a — p r z e d p r z e s ł a n i e m p r o g r a m u S d o PAO;-,
b — p o p r z e s ł a n i u p r o g r a m ó w : S d o P A O , N i Q d o P A Z
m iejsce tego p ro g ra m u . C zynności te sch em aty czn ie p rze d staw io n o n a rys. 1. P rz y ty m sposobie p rz y działu p am ięci nie je s t w zasadzie m ożliw e w y k o n y w an ie p ro g ram ó w , w k tó ry c h p o ja w ia się p o trz e b a dynam icznego zw ię k sz an ia liczby pól roboczych.
P o n a d to w celu w y k o n a n ia p ro g ra m u p rzesłanego z PA Z m oże w y stą p ić konieczność zw o ln ien ia o k re ś lonych obszarów PAO ta k ż e w ted y , gdy dostęp n e są in n e pola pam ięci o p e ra c y jn e j — w y k o n an ie p r o g ra m u zależy od jego położenia w PAO , a to, ja k w i
dać n a ry s. 1 b, p ro w a d zi do nieekonom icznego w y k o rz y sta n ia p am ięci. T e i in n e niedogodności s p r a w iają, że sta ty c z n y sposób p rzy d z iału pam ięci nie je s t sto so w a n y w p ra k ty c e .
J a k w iadom o, uniezależn ien ie re a liz a c ji p ro g ra m u od jego położenia w p am ięci m ożna osiągnąć przez z a p i
sa n ie go za pom ocą a d re só w w zględnych. P rz y g o to w a n e w łaśn ie w ta k i sposób p ro g ra m y są um ieszczone w PAO i P A Z je d en za d ru g im ta k , ja k w p o przednim p rzy p a d k u . O dpow iednie p o d p ro g ra m y sy stem u o p e
rac y jn eg o n a p o d sta w ie m .in. ta k ic h .kryteriów , ja k : długość pro g ram ó w , in fo rm ac je w w olnych obszarach P A O i czasy p o b y tu p ro g ra m ó w w sy stem ie — k ie r u ją ich rozm ieszczeniem w p am ięci i kolejn o ścią w y-
6
ko n y w an ia. J e d n a k ż e i te n sposób p rzy d z iału pam ięci, tzw . dyn am iczn y nie je s t w olny od w ad, w śród k tó ry ch n aju ciążliw sze są zilu stro w an e sc h em aty czn ie n a rys.
2. W sposobie ty m w y elim in o w an a zo stała n a to m ia st isto tn a w a d a statycznego p rzy d z iału pam ięci, a m ia now icie — je j n ie ra c jo n a ln e w y k o rzy stan ie.
a) PAO, b) PAO PAO
X X X
Y i— Y < Z
W / V ,Z Z ✓ r
PA Z
PAO PAO d PAO PAO
C) x+x'
4)
X . --X —Y Y Y
z 1 '-i Z
PAZ
R y s . 2. P r z y d z i a ł p a m i ę c i d l a t r z e c h p r o g r a m ó w X , Y , Z p r z y p r a c y w i e l o p r o g r a m o w e j
a — r o z m i e s z c z e n i e p r o g r a m ó w X , Y , Z w p a m i ę c i ; b — p r z e s u w a n i e w y n i k a j ą c e z u s u n i ę c i a p r o g r a m u Y z P A O i r o z p o c z ę c i a p r o g r a m u T ;
c — p r z e s u w a n i e w y n i k a j ą c e z u z u p e ł n i e n i a p r o g r a m u X ; d — p r z e s u w a n i e w y n i k a j ą c e z r o z s z e r z e n i a s i ę p ó l r o b o c z y c h p r o g r a m u X
U sta lo n e przez system o p e ra c y jn y położenie p r o g ra m u w pam ięci w zasadzie nie zm ien ia się w czasie jego w y k o n y w an ia . P o n iew aż je d n a k w szy stk ie ro z
k az y p ro g ra m u •— w p rz y p a d k u dynam icznego p rz y działu p am ięci — m a ją części ad re so w e ta k ie , ja k b y 'b y ł on um ieszczony od pew nego um ow nego m ie jsc a p am ięci (zazw yczaj o n u m erze zero), p rze to zach o dzi konieczność zm iany za w arto śc i części adresow ych w iększości in stru k c ji. M o d y fik ac ja ad resó w m oże być re a liz o w a n a bądź p ro g ra m o w o — p rzez sp ecjaln y p o d p ro g ra m sy stem u operacjnego, bąflź u k ład o w o [5], K ażd y z ty c h sposobów m ożna w y k o rz y sta ć albo już w m om encie um ieszczania p ro g ra m u w PA O (tzn.
p rz e d jego w yk o n an iem — (p rzca d re so w y w a n ie g lo balne), albo w tra k c ie re a liz a c ji p ro g ra m u (p rz e a d rc - sow yw anie dynam iczne). Z a le tą tego drugiego sposo
b u je s t to, że n ie są zm ien ian e ad re sy ty c h ro z k a -
■ zów, k tó re w tra k c ie w y k o n y w a n ia p ro g ra m u nie b ęd ą z ja k ic h ś pow odów realizo w an e, co oczyw iście p rzy sp ie sz a w y k o n an ie p ro g ra m u . Z arów no p rzy p rze - ad re so w y w a n iu g lobalnym , ja k i d ynam icznym , m o d y fik o w an e są ad re sy ty lk o ty c h in s tru k c ji, k tó re zo stały n a p o d sta w ie ich tre śc i o p atrzo n e sp e cja ln ą e ty k ie tą w czasie tr w a n ia tr a n s la c ji p ro g ra m u . U n i
k a się dzięki te m u w y d łu ż a n ia p ro cesu jego rea liza cji.
Ze w zględu n a m a łą sp raw n o ść p rz e a d re so w y w a n ia p ro g ram o w eg o co s ta je się szczególnie w idoczne przy częstych p rze sła n ia c h p ro g ra m ó w z P A Z do PAO oraz licznych p rze łąc ze n iac h m iędzy p ro g ra m am i, nie znalazło ono pow szechnego za sto so w a n ia w p r a k ty ce. Z nacznie częściej k o rz y sta się z p rze a d re so w y - w a n ia układow ego, dla k tó reg o zarów no w p rz y p a d k u p rze a d re so w y w a n ia globalnego ja k i d y n am icz n e
go sto su je się tzw. r e je s tr p rze ad re so w o w y w a n ia n a zy w an y inaczej r e je s tre m bazow ym . Z aw a rto ść tego r e je s tru je s t k o n tro lo w a n a przez sp e c ja ln y p o d p ro g ra m sy stem u o p era cy jn e g o i u le g a zm ian ie w zależ
ności od a k tu a ln ie w y k o nyw anego p ro g ra m u . M echa
nizm p rze a d re so w y w a n ia um ożliw iający uzy sk an ie ad re su rzeczyw istego p rze d staw io n o sch em aty czn ie n a ry s. 3 — m o d y fik o w an y a d re s je s t d o d aw a n y w u k ła d zie su m u jąc y m do za w arto śc i r e je s tr u p rz e a d re so w y w an ia d ają c w te n sposób a d re s rzeczyw isty.
P o p ra w ę sp raw n o śc i tego sposobu p rz e a d re so w y w a - liia m ożna osiągnąć przez zastosow anie k ilk u r e je strów , z k tó ry c h k aż d y je s t zw iązan y z in n y m p ro g ram e m z n a jd u ją c y m się w PAO . W ta k im p rz y p a d k u p rzy p rze łąc za n iu m iędzy p ro g ra m a m i n ie trze b a ju ż zm ieniać za w arto śc i re je stró w , co w y d a tn ie p o p ra w ia sp raw n o ść d ziała n ia sy stem u , a p o n ad to — po pew n ej rozb u d o w ie sy stem u o p eracy jn eg o — p o z w a la n a p rzech o w y w an ie p ro g ra m ó w w p o sta ci ro z łącznych bloków .
M ożliwość p rzech o w y w an ia p ro g ra m u w p o staci ro z łącznych bloków je s t o ty le cenna, iż p o zw ala lepiej i sp raw n ie j w y k o rz y sta ć p am ięć o p era cy jn ą , zw łasz
cza w ted y , gdy bloki te są sto sunkow o niew ielkich rozm iarów . W ówczas m ożna nim i w y p ełn ić „lu k i”
pom iędzy p ro g ra m a m i z n a jd u ją c y m i się w PAO bez konieczności p rz e su w a n ia czy o d sy ła n ia określo n y ch p ro g ra m ó w do PAZ. O płacone to je s t je d n a k ty m , że z k aż d y m blokiem p ro g ra m u m uszą być w ta k im p rz y p a d k u stow arzyszone trz y re je s try : je d e n r e je s tr p rz e a d re so w y w a n ia oraz d w a r e je s try , tzw . g ra n ic z ne, p rze ch o w u jąc e in fo rm a c je o długości bloku.
W p ierw szy m z nich z n a jd u je się a d re s p ie rw sz ej, a w d ru g im o sta tn ie j in s tru k c ji n ależącej do bloku.
W yk o n an ie w iększości rozk azó w je s t poprzedzone po ró w n a n ie m ich części ad reso w y ch z za w a rto śc ią k o le jn y c h p a r re je s tr ó w gran iczn y ch , co trw a ta k d łu go, aż zo stan ie znaleziony w łaściw y blok. D opiero
PAO
R y s . 3. P r z e k s z t a ł c e n i e a d r e s u p r z y w y k o r z y s t a n i u r e j e s t r u p r z e a d r e s o w y w a n i a (w d a l s z y c h r y s u n k a c h u k ł a d s u m u j ą c y b ę d z i e o z n a c z a n y s y m b o l i c z n i e k r o p k ą o p a t r z o n ą z n a k i e m p lu s )
w ted y rea liz o w a n a je s t m o d y fik a c ja a d re su rozkazu, po czym n a s tę p u je jego w y k o n an ie. W p rzy p a d k u , g d y b lok ta k i nie zo stan ie o dnaleziony, p o w in n a być sy g n a liz o w a n a p ró b a in g e re n c ji ze stro n y p ro g ra m u a k ty w n e g o w tre ść in n y c h p ro g ra m ó w z n a jd u ją c y c h się w PAO , czem u n a d to m usi to w arzy szy ć p rz e rw a nie w y k o n y w a n ia tego p ro g ra m u . T ak w ięc r e je s tr y g ran iczn e, oprócz sw ojej pod staw o w ej fu n k c ji, sp e ł
n ia ją ró w n ież ro lę u k ła d ó w o chrony pam ięci. S ła bością tego sposobu p rz e a d re so w y w a n ia je s t duża liczb a p o ró w n a ń a d re su z za w arto śc iam i re je s tró w g ran ic zn y c h w tych p rzy p a d k ach , gdy p ro g ra m został p odzielony n a w iele bloków .
W ady p rze d sta w io n y c h w yżej sposobów p rz e a d re so w y w an ia , do k tó ry c h n ależy dołączyć tru d n o ści, ja k ie p o ja w ia ją się p rzy p ró b ac h ta k ieg o zo rg an izo w an ia p rocesu p rz e tw a rz a n ia in fo rm a c ji, b y w iele p r o g ra m ó w m ogło k o rz y sta ć ze w spólnych p ro c e d u r lu b zbiorów dan y ch sp ra w ia ją , że sposoby te nie są w zasadzie w y k o rz y sty w an e w e w spółczesnych sy ste m a ch cyfrow ych.
M etodą p o z w a la ją c ą u su n ą ć w iele spośród w y m ie n io n ych w a d je s t stro n ico w an ie.
Stronicowanie
U p o d sta w koncep cji stro n ic o w a n ia (ang. paging) leży pom ysł, by p ro g ra m w ra z z d an y m i zo stał ro z b ity n a g ru p ę rozłącznych części, a a d re sy jego in s tr u k c ji b ezpośrednio w sk azy w ały w łaściw e re je s try p rze ad reso w y w ania.
Z re alizo w a n ie stro n ic o w a n ia w y m ag a sp e łn ie n ia trz e c h w a ru n k ó w . P o pierw sze należy dokonać p o d ziału p am ięci sy stem u cyfrow ego n a ró w n e obszary (co do liczby je d n o ste k m aszynow ych np. słów lub bajtów ). O b szary te są n azy w an e ra m a m i stro n (ang.
page fram e). N astęp n ie , p rzetłu m aczo n y p ro g ra m u ży tk o w n ik a trz e b a bez jego u d ziału podzielić n a tzw.
stro n y (ang. page), czyli ta k ie części z k tó ry c h k ażda nie z a w ie ra w ięcej je d n o ste k niż r a m a stro n y * ). I w reszcie — należy zap ew n ić sposób jednoznacznego p rzy p o rz ą d k o w a n ia stro n y do o k reślonej ra m y s tr o ny. D ługości ra m stro n są sta łe d la danego k o m p u te r a i w zależności od jego ty p u w a h a ją się od 64 do 1024 słów [4],
Je d n a k ż e w n ie k tó ry c h sy stem ach cy frow ych — ta k ja k np. w sy stem ie M U LTIC S [6], dopuszcza się i s t n ie n ie ra m stro n o dw óch różnych ro zm iarac h . A d re s ro zk a zu w p ro g ra m ie p o d leg ający m stro n ic o w a n iu s k ła d a się z dw óch części: n u m e ru stro n y i n u m e ru słow a n a stronie. B u d o w a tak ieg o ro zk azu zo-
Bys. 6
numer strony-A numer słowa na stronie
cześć ndresom cześć operacyjna
R y s . 4. B u d o w a r o z k a z u p r z y s t r o n i c o w a n i u .
s ta ła sc h em a ty cz n ie p rze d sta w io n a n a ry s. 4. W yko
n a n ie in s tru k c ji je s t p o przedzone p rze k szta łc en ie m je j części ad reso w ej w a d re s rzeczyw isty, (nie m usi to być a d re s z z a k re su PAO). P rz e k sz ta łc e n ie to od
b y w a się n a p o d sta w ie za w arto śc i odpow iedniego r e je s tru — g ru p a ta k ic h re je s tró w zw iązanych z po szczególnym i ra m a m i stro n p am ięci tw o rzy tzw. ta - Ucę stro n . T ab lica ta je s t n a d z o ro w a n a przez system op era cy jn y . W p rzy p a d k u , gdy w yznaczony a d re s rzeczy w isty w sk a z u je k o m ó rk ę pam ięci z n a jd u ją c ą się w PA Z, w ów czas do P A O je s t p rz e p isy w a n a odpo
w ied n ia stro n a. Z asady, w edług k tó ry c h odbyw a się tra n s m is ja stro n o p isu ją sp e c ja ln e algorytm y. D o
k ła d n e in fo rm a c je n a te n te m a t m o żn a znaleźć w p ra c a c h [7] i [4],
nr strony P
0 1
2
3
nr strony P
1 z 0 2
5 A 4
6 2 > 5
3 3
nr ramy strony
2 3
4
PAMIĘĆ
Tablica stron programu X
Tablica stron programu Y
strona OY 3X 1Y 1X 2X
R y s . 5. Z a w a r t o ś ć t a b l i c y s t r o n d w ó c h p r o g r a m ó w X 1 Y o r a z o b r a z p r z y d z i e l o n e j l m p a m i ę c i
n u m e r stro n y b it o chrony stro n y — P
(11 bitów ) (1 b it)
rozkaz: numer strony
(11 bitów)
numer słowa na stronie (9 bitów)
nurrfer stróñü
30 31
Tablica stron adres rzeczywisty
•) N i e k i e d y s t r o n a m i l ą n a z y w a n e r ó w n i e ż r a m y s t r o n .
R y s . 7. S p o s ó b p r z e k s z t a ł c a n i a c z ę ś c i a d r e s o w e j r o z k a z u p r z y s t r o n i c o w a n i u w s y s t e m i e A t l a s
P ra c a w sy stem ie w ielo p ro g ram o w a n ia , g d y p r o g r a m y zo stały podzielone n a stro n y , w y m ag a bądź u tw o rz e n ia ta b lic y stro n dla k ażdego p ro g ra m u , bąd ź w y m ia n y za w a rto śc i re je s tró w je d n e j w spólnej ta b li
cy w m om encie p rze łąc ze n ia pro g ram ó w . N a rys. 5 p rze d staw io n o ta b lic e stro n d la dw ó ch p ro g ra m ó w X i Y o raz ob raz pam ięci p rzy d z ielo n e j im przez system o p era cy jn y .
O d w ołanie od odpow iedniego słow a w ta b lic y stro n je s t rea lizo w a n e przez p odanie n u m e ru stro n y A p rze k szta łc an eg o ad resu . Z aw a rto ść tego słow a w s k a zu je n u m e r ra m y stro n y w pam ięci (w rzeczyw istości je s t to a d re s p ie rw sz ej k o m ó rk i tego obszaru). J e d y n k a w polu P słow a w ta b lic y stro n oznacza, że dan a s tro n a je s t n ie d o stę p n a w pam ięci.
W idoczną ju ż obecnie z a le tą stro n ic o w a n ia je s t s to sunkow o p ro sto z re aliz o w an a m ożliw ość nieciągłego rozm ieszczan ia p ro g ra m ó w w p am ięci co znacznie podnosi efek ty w n o ść je j w y k o rz y sta n ia — n ie p o trz e b ne je s t w ięc p rze su w a n ie pól in fo rm a c y jn y c h w p rz y p a d k a c h w y stę p u ją c y c h w om ów ionym ju ż p rz e a d re - sow yw aniu.
S tro n ico w an ie jednopoziom ow e
O pisany poniżej k la sy cz n y ju ż sposób stro n ic o w a n ia , zw any jednopoziom ow ym , zo stał o p rac o w a n y dla k o m p u te ró w sy stem u A TLA S [8], [9] i ja k o je d e n z p ierw szy ch b y ł re a liz o w a n y w p ra k ty c e . Z k aż d ą ra m ą stro n y w PA O tego system u je s t sto w arzy szo n y je d e n re je s tr , w k tó ry m p rze ch o w u je się (w sposób p o d a n y n a ry s. 6) n a s tę p u ją c e in fo rm a c je :
J e d e n a śc ie b a rd z ie j znaczących b itó w tego r e je s tr u o k reśla n u m e r stro n y , a zatem w system ie A TLA S m o żn a w y k o rz y sta ć 2048 stro n . R a m a stro n y zaś liczy 512 słów m aszynow ych. R e je s try zw iazan e z ra m a m i stro n w P A O są z g ru p o w an e w ta b lic ę stro n , k tó ra s k ła d a się z 32 słów (rejestrów ).
Sposób p rz e k sz ta łc a n ia części a d re so w e j ro zk a zu w a d re s rze czy w isty p rze d staw io n o sc h em aty czn ie na rys. 7.
Część ad re so w a ro zk azu je s t podzielona na dw ie g r u py: 11 b a rd z ie j znaczących b itó w w sk a z u je n u m e r stro n y , a ty m sam ym — p o śred n io — odpow iednie słow o w ta b lic y stro n . P o zo stałe 9 b itó w o k reśla a d re s k o m ó rk i w e w n ą trz ■wyznaczonej stro n y . M ożli
w e są dw a p rzy p a d k i w p ro cesie p rz e k sz ta łc a n ia ad re su , gdy n u m e r ż ą d an e j stro n y :
• zo stan ie o d szu k an y w k tó ry m ś r e je s tr z e w ta b lic y stro n . W ów czas a d re s rze czy w isty je s t tw o rzo n y p o przez złożenie n u m e ru te g o r e je s tr u z ad resem k o m ó rk i n a d an e j stro n ie . N ie w y stę p u je tu do d aw an ie adresów , ta k ja k w p rz y p a d k u użycia re je s tru p rze - adregowyw ąryia, a rąc z e j su m o w a n ie logiczne,
8
