Вычислительный граф системы обработки

Реальный вычисли­тельный процесс состоит из работ. Каждая работа реализуется на основе программы при наличии соответствующих данных. В про­цессе выполнения работы осуществляется обработка имеющегося набора данных. Перечень работ, возникающих при решении вычис­лительной задачи, определяется ее алгоритмом. На логическом уровне алгоритм решения задачи может быть представлен граф-схемой, приведенной на рис. 57, вершины которой отобража­ют отдельные процедуры.

Дуги граф-схемы алгоритма — это отношения, т. е. связи между процедурами в алгоритме. Обычно Процедуры реализуются на основе стандартного программного обеспечения. По своему содержанию процедуры могут соответство­вать рассмотренным выше информационно-вычислительным работам. Так же как и работы, они выполняются параллельно-последовательно во времени, поэтому в корне графа располагается некоторая начальная (головная) процедура Р₀, а в зависимых верши­нах — процедуры Р₁,P₂,…,Р_n (рис. 57). При наличии головной вершины граф имеет древовидную структуру. Дуге графа может быть приписан вес p_ji, отражающий число вызовов процедуры P₁ при однократном выполнении предшествующей процедуры P_j. Если алгоритм имеет детерминированный характер, то p_ji=1; для вероятностного алгоритма возникает условный переход, тогда p_ji отображает вероятность перехода по данной дуге, т. е. p_ji <1; в случае итеративного перехода p_ji >1. Совокупность алгоритмов обработки данных составляет алгоритмическую модель системы обработки.

Алгоритмы обычно записываются на языке высокого уровня и включают в себя две части: описание действий и описание данных, обрабатываемых в процессе реализации этих действий. Действия задаются операторами, данные определяются описаниями. Данные представляют собой на логическом уровне множество элементов и функциональных отношений между ними. В качестве элемента множества данных выступает неделимая единица информации, ис­пользуемая в алгоритме. Каждый элемент данных имеет имя и зна­чение. Имя элемента определяется именем множества, которому он принадлежит. Значение элемента — это цифробуквенная последова­тельность, описывающая элемент с данным именем между множе­ствами, к которым принадлежат элементы, существуют функци­ональные отношения. При реализации процедуры с помощью опе­ратора вычисляется значение функционального отношения. Для этого задаются значения его аргументов. Отношение вычисляется либо в определенной точке, либо на некотором множестве определе­ния. Поэтому каждая процедура может включать в себя описание и операции. Описание определяет множества, к которым принад­лежат элементы, функциональные отношения между ними, правила упорядочения. В общем случае отношения могут быть определены формальными параметрами, при вызове процедуры формальные параметры изменяют свои обобщенные значения на фактические.

Учитывая, что одни и те же процедуры могут присутствовать в граф-схемах различных алгоритмов, производят их укрупнение за счет пересечения граф-схем. В результате этого возникают укруп­ненные вершины алгоритмов (рис. 58). Укрупнение вершин осуще­ствляется в области, принадлежащей алгоритмам a_i, a_j. Представляя оставшиеся части граф-схем G_ai, G_aj в виде укрупненных вершин, получим вариант укрупнения граф - схем алгоритмов a_i, a_j (рис. 59).

Укрупненные вершины на физическом уровне могут соответство­вать устройствам вычислительной системы, которые назовем вычис­лительными модулями. Вычислительный модуль реализует определенную функцию в алгоритме. Совокупность вычислительных модулей с учетом подчиненности их реализации называют вычисли тельной схемой алгоритма. Вычислительную схему можно также представить древовидным графом, в вершинах которого располагаются вычислительные модули, а дуги отображают связи между ними. Объединяя вычислительные схемы алгоритмов путем совмещения одноименных вершин, можно получить вычислительный граф системы обработки.

Этот граф может обладать корневой вершиной, отображающей головной модуль. Головному модулю подчинены вычислительные модули, находящиеся в последующих вершинах графа. На нижнем уровне графа располагаются приклад­ные модули, реализующие вычислительные функции. Вычислитель­ный граф системы обработки увязывают с информационным гра­фом, отображающим набор используемых данных.

При раскрытии вычислительного модуля информационный граф позволяет опреде­лить входной и выходной наборы данных, которые можно рассмат­ривать как совокупности данных, передаваемых между взаимодей­ствующими вычислительными модулями. Таким образом, вычис­лительный и информационный графы системы обработки позволя­ют связать процесс обработки и процесс накопления данных.