स्वचालित कार्यक्रम प्रबंधन मॉडल

1. परिचय

[1] में, इस सवाल का जवाब दिया गया था कि स्वचालित प्रोग्रामिंग (एपी) को क्या माना जाता है, लेकिन एक परिमित राज्य मशीन (SC) के मॉडल को स्वचालित कार्यक्रमों के नियंत्रण मॉडल के रूप में विस्तार से वर्णित नहीं किया गया था। यह स्पष्ट है कि एक शुद्ध अमूर्त ऑटोमेटन इस भूमिका के लिए उपयुक्त नहीं है, क्योंकि चैनलों की संख्या से सीमित है। लेकिन ऑटोमेटन का संरचनात्मक मॉडल, साथ ही साथ इसके अनुरूप संरचनात्मक ऑटोमेटा का सिद्धांत, अभी तक ऑटोमेटन मॉडल की पसंद पर जवाब देने की अनुमति नहीं देता है।

समस्या इस तथ्य से शुरू होती है कि परिमित ऑटोमेटा (TCA) के सिद्धांत पर कई कार्यों में से कुछ ऐसे हैं जो एक संरचनात्मक परिमित ऑटोमेटन (SCA) के मॉडल की परिभाषा देते हैं। सच है, कोई यह समझ सकता है कि एक संरचनात्मक ऑटोमेटोन प्राथमिक ऑटोमेटा (कार्यात्मक तत्वों) का एक [संरचनात्मक] आरेख है जो एक सार ऑटोमोटन [2] के एक मॉडल को लागू करता है। स्मरण करो कि, सिद्धांत के अनुसार, यह सब एक सार ऑटोमोबाइल के रूप में एक उपकरण मॉडल बनाने के साथ शुरू होता है, और फिर कार्य एक डिजिटल सर्किट को संश्लेषित करना है जो इसे लागू करता है [3]।

पहली नज़र में प्रोग्रामिंग डिजिटल सर्किट के संश्लेषण की तरह दिखता है। लेकिन केवल पहली बार में। सबसे पहले, वहाँ और वहाँ यह सब एक एल्गोरिथ्म के साथ शुरू होता है। दूसरी बात, डिजिटल सर्किट और प्रोग्रामिंग को व्यवस्थित और कार्यान्वित करने के संरचनात्मक मुद्दे बहुत आम हैं, खासकर समानांतर प्रोग्रामिंग के संदर्भ में। लेकिन हम समानता के विषय पर अलग से चर्चा करेंगे। इस बीच, हमारा कार्य एक परिमित राज्य मशीन के मॉडल को चुनना और / या संशोधित करना है, जो विभिन्न सॉफ्टवेयर टूल द्वारा खराब किए गए प्रोग्रामर के लिए समझने योग्य, सुविधाजनक और सुखद होगा।

सच है, सवाल तुरंत तार्किक है - क्यों एक और बल्कि असामान्य "स्वचालित टूलकिट"? हम इस सवाल का जवाब देने की कोशिश करेंगे [नेस्टेड] स्वचालित नियंत्रण के मॉडल को परिभाषित करते हुए, सामान्य प्रोग्रामिंग मॉडल की तुलना में इसके फायदे पर भी।

2. स्वचालित कार्यक्रमों के नियंत्रण मॉडल की परिभाषा

विकास की प्रक्रिया में, प्रोग्रामिंग के अभ्यास ने कार्यक्रम प्रबंधन मॉडल के लिए कुछ आवश्यकताओं का गठन किया है। यह माना जाना चाहिए कि एक शास्त्रीय परिमित राज्य मशीन का मॉडल उनके बजाय थोड़ा मेल खाता है। और अगर कार्य प्रोग्रामिंग में ऑटोमेटा का उपयोग करना है, तो इसे अनुकूलित करने की आवश्यकता है। यह ऑटोमेटा के सिद्धांत के ढांचे में करने के लिए वांछनीय है। मौजूदा एपी के मुख्य दावों को इस तथ्य से कम किया जाता है कि इस स्थिति का उल्लंघन किया जाता है।

परिभाषा 1. हम परिमित ऑटोमेटा (डीएनएफए) के विघटनकारी सामान्य रूप को पूरी तरह से परिभाषित परिमित ऑटोमेटा कहते हैं, जिनके संक्रमण तार्किक चर के प्राथमिक संयोजनों द्वारा लेबल किए जाते हैं।

डीएनए मॉडल एक सार राज्य [4] और तार्किक ऑटोमेटा [5] के साथ पूरी तरह से (पूरी तरह से परिभाषित) ऑटोमेटा के औपचारिक मॉडल पर आधारित है।

परिभाषा 2. हम एक परिमित ऑटोमेटन (डीएफए) के विघटनकारी रूप को केवल परिणामी संक्रमण वाले डीएफए के रूप में एक ऑटोमेटन कहते हैं।

आउटपुट सिग्नल के साथ चिह्नित बदलाव और आउटपुट सिग्नल के स्थान पर डैश के साथ बदलाव जो ऑटोमेटन की वर्तमान स्थिति को बदलते हैं, को प्रभावी संक्रमण के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। विघटनकारी ऑटोमेटन के विवरण में शामिल नहीं होने वाले संक्रमण पूरी तरह से परिभाषित डीएफए ऑटोमेटन के लिए डीकेए (डीडीए) के अतिरिक्त होते हैं । इस तरह का जोड़ एक ऑटोमेटन है जिसमें अलग-अलग राज्यों से मिलकर लूप के रूप में संक्रमण होता है और आउटपुट संकेतों के स्थान पर डैश होता है।

3. गणना मॉडल एपी के लिए स्मृति मॉडल

डीएफए के कई इनपुट और आउटपुट की उपस्थिति सॉफ्टवेयर ऑपरेटरों / इसके साथ जुड़े कार्यों के समानता को निर्धारित करती है। इसके सही क्रियान्वयन के लिए, CREW प्रकार का मेमोरी मॉडल (समवर्ती पढ़ा अनन्य - लिखना) आवश्यक है [6]। इसकी रूपरेखा के भीतर, सभी फ़ंक्शन (विधेय और क्रियाओं) के सेट के हिस्से पर वर्तमान डेटा मानों को पढ़ने की अनुमति है, और उनमें से केवल एक को समानांतर निष्पादन योग्य कार्यों के लिए सामान्य डेटा को बदलने की अनुमति है।

स्वचालित नियंत्रण मॉडल, बहु-थ्रेडेड कंप्यूटिंग मॉडल के विपरीत, स्पष्ट रूप से एक असतत समय चक्र की सीमाओं के लिए स्वचालित कार्यक्रम के ऑपरेटरों / कार्यों के निष्पादन को सीमित करता है। ऐसी स्थिति में, वर्तमान घड़ी चक्र पर की गई क्रियाओं द्वारा मेमोरी में कोई भी परिवर्तन "शैडो मेमोरी" के लिए लिखा जा सकता है, ताकि वे पूर्ण होने के बाद और अगले असतत घड़ी चक्र की शुरुआत से पहले, इसके नए मूल्य बन जाएं।

मेमोरी के साथ ऑटोमेटन प्रोग्राम ऑपरेटरों के इंटरैक्शन को शैडो मेमोरी मॉडल कहा जाएगा। यह मॉडल स्वचालित प्रोग्रामिंग के सामान्य मॉडल का एक अनिवार्य हिस्सा है। यह एपी ऑपरेटरों के समानांतर संचालन की शुद्धता सुनिश्चित करता है और समानांतर प्रक्रियाओं की प्रोग्रामिंग को सरल बनाता है।

मेमोरी मॉडल के ढांचे के भीतर, प्रक्रियाओं के बहु-थ्रेडेड सिंक्रनाइज़ेशन के लिए जटिल और बहुत विश्वसनीय तंत्र वास्तव में आवश्यक नहीं हैं (अधिक विवरण के लिए [7] देखें)। लेकिन यदि आवश्यक हो, तो एल्गोरिथम (जीएडब्ल्यू) [8] के ऑटोमेटा और ग्राफ-योजनाओं की समानता के कारण, स्वचालित प्रोग्रामिंग मॉडल उनके आवेदन को सीमित नहीं करता है।

4. ऑटोमेटा के नेस्टेड और जड़त्वीय मॉडल

देरी के तर्क तत्व का एक मॉडल बनाने का कार्य, एक उदाहरण के रूप में आगे चुना गया, एक तरफ, ऑटोमेटन के शास्त्रीय मॉडल की समस्याओं को प्रदर्शित करता है, और दूसरी ओर, डीएफए मॉडल के गुणों को दर्शाता है जो अधिक दृश्य और सुविधाजनक साधनों के साथ प्रोजेक्टर समस्याओं का समाधान करता है। नेस्टेड ऑटोमेटा का शुरू किया गया मॉडल ऑटोमेटन मॉडल का एक उपवर्ग उत्पन्न करता है, इसके बाद इसे इनरटियल ऑटोमेटा और इसी प्रकार के इनरटियल एल्गोरिदम के रूप में संदर्भित किया जाता है ।

तो, यह एक विलंबित तर्क तत्व के असतत मॉडल बनाने का कार्य है जो एक बाइनरी इनपुट सिग्नल के संचरण को लागू करता है। इसके अलावा, इसकी देरी t01 और t10, क्रमशः, इकाई और शून्य राज्यों में सामान्य मामले में मेल नहीं खाती है।

Mealy automaton के रूप में एकल देरी का सबसे सरल मॉडल अंजीर में दिखाया गया है। 1 (देखें, तुलना के लिए, देरी मॉडल [2] में)। इसकी देरी एकल असतत घड़ी चक्र द्वारा निर्धारित की जाती है। परिवहन देरी के अधिक जटिल मॉडल (देरी के प्रकारों के बारे में अधिक जानकारी के लिए [9] देखें) एक माइली ऑटोमेटन के रूप में और एक संयुक्त माइली-मूर मॉडल क्रमशः अंजीर में प्रस्तुत किए गए हैं। 2 ए और अंजीर। 2 बी।


अंजीर। 1. मील्स ऑटोमेटन के रूप में यूनिट देरी मॉडल


अंजीर। 2. माइल्स (ए) और माइल्स-मूर (बी) के परिवहन देरी मॉडल

इनपुट सिग्नल x3 (हम याद करते हैं कि स्वचालित कार्यक्रम में यह विधेय [1] से मेल खाता है) एक सही मूल्य लेता है अगर घड़ी काउंटर का मान देरी t01 या t10 के बराबर चर टी के मूल्य के बराबर है। वैरिएबल टी का मान संकेत y3 और y4 को सौंपा गया है (प्रोग्राम में, आउटपुट सिग्नल के समान नाम के एक्शन फ़ंक्शन)। सिग्नल y1, y2 मॉडल आउटपुट का प्रतिनिधित्व करने वाले चर का मान निर्धारित करते हैं। सिग्नल y5 क्लॉक काउंटर को बढ़ाता है, जो सिग्नल y6 द्वारा रीसेट किया जाता है।

टिप्पणी 2. अंजीर में मॉडल की आंतरिक स्थिति। 1, किसी तत्व की आउटपुट स्थिति के साथ जुड़ना सुविधाजनक है। यह हमें न केवल ऑपरेटर y1 और y2 को बाहर करने की अनुमति देता है, बल्कि आउटपुट चर भी।

सबरूटीन्स को कॉल करने के समान ऑटोमेटा के एम्बेडिंग का कार्यान्वयन मॉड्यूलर ऑटोमेटन प्रोग्रामिंग की तकनीक बनाता है। उसी समय, सॉफ़्टवेयर स्तर पर, हार्डवेयर स्तर पर समान प्रयासों के विपरीत (देखें [तुलना के लिए 10)), यह बहुत सरल है। ऐसा करने के लिए, आपको नेस्टेड ऑटोमेटन के प्रोग्राम कॉल को सम्मिलित करने की आवश्यकता है, और फिर एक सामान्य प्रोसेसर की तरह ऑटोमेटा के कार्यान्वयन का कर्नेल, नियंत्रण के रिटर्न को वर्तमान स्तर के नेस्टिंग को व्यवस्थित करता है।

परिभाषा 3. नेस्टेड ऑटोमेटा को अंतिम स्थिति के साथ ऑटोमेटा कहा जाएगा, जिसके संक्रमण से नेस्टिंग के पिछले स्तर (रैंक) पर लौटने की प्रक्रिया शुरू होती है।

ऑटोमेटा के घोंसले का सही कार्यान्वयन उनके निर्माण की प्रक्रिया पर प्रतिबंध लगाता है। सबसे पहले, एक नेस्टेड ऑटोमेटोन केवल अधीनस्थ हो सकता है। इसके अलावा, एक शीर्ष स्तर के ऑटोमेटन, रैंक शून्य को छोड़कर, एक नेस्टेड ऑटोमेटन भी हो सकता है। दूसरे, किसी भी संक्रमण पर केवल एक नेस्टेड ऑटोमेटन बनाया जा सकता है। नेस्टेड ऑटोमेटा का तंत्र स्वचालित नियंत्रण पर आधारित पुनरावर्ती एल्गोरिदम के कार्यान्वयन का आधार भी बनाता है।


अंजीर। 3. नेस्टेड ऑटोमेटा के रूप में देरी मॉडल

अंजीर। 3 देरी मॉडल को दर्शाता है, जहां अंजीर 3 ए ऊपरी स्तर के मॉडल का प्रतिनिधित्व करता है, और अंजीर। 3 बी और अंजीर। 3 सी - परिवहन और जड़ता देरी के लिए नेस्टेड ऑटोमेटा के वेरिएंट (देरी के प्रकारों के बारे में अधिक जानकारी के लिए [8] देखें)। इसी समय, ये दो प्रकार के नेस्टेड ऑटोमेटा के उदाहरण हैं - साधारण और जड़त्वीय । नेस्टेड ऑटोमेटन के प्रकार को उसके अंतिम राज्यों के नाम से परिभाषित किया गया है: "00" नाम वाला एक राज्य नेस्टेड ऑटोमेटन से सामान्य निकास निर्धारित करता है, और "XX" नाम वाला एक राज्य शीर्ष-स्तरीय ऑटोमेटन की वर्तमान स्थिति को नहीं बदलता है।

जड़त्वीय देरी एल्गोरिथ्म को समझने के लिए एक महत्वपूर्ण स्पष्टीकरण। इसके लिए (चित्र 3 सी देखें), एक्स 1 का मूल्य विधेय पर निर्भर करता है, जिस पर एम्बेडेड ऑटोमेटन बनाया जाता है। दूसरे शब्दों में, राज्य में स्थित "0" इनपुट पर "शून्य" के संरक्षण को नियंत्रित करता है, और राज्य में "1", इसके विपरीत, "इकाइयां"। यदि इनपुट पर मूल्य आउटपुट के शून्य मूल्य पर शून्य है, तो आपको सही मूल्य वापस करने की आवश्यकता है। इसके अलावा, यदि इनपुट की स्थिरता का उल्लंघन किया जाता है (मान X1 गलत है) और विलंब समय समाप्त नहीं हुआ है (मान x3 गलत है), तो अंतर्निहित मशीन से बाहर निकलने का एहसास जड़त्वीय स्थिति (छवि 3 सी देखें) के माध्यम से होता है।

परिभाषा 4. स्वचालित ऑटोमेटा, नेस्टेड ऑटोमेटा की कॉल जिसमें अंतिम जड़त्वीय स्थिति होती है, को जड़त्वीय ऑटोमेटा कहा जाएगा।

अंजीर 3 ए में मॉडल में, एक्शन जेड 1 (ए प्रतीक को उन कार्यों के नाम के लिए चुना जाता है जिसमें एक नेस्टेड ऑटोमेटन को कॉल शामिल होता है) एक नेस्टेड ऑटोमेटन बनाता है यदि विलंब मान परिभाषित किया गया हो। इस क्रिया के हिस्से के रूप में, निर्दिष्ट प्रकार की देरी निर्धारित की जाती है, जिसके अनुसार नेस्टेड ऑटोमेटा में से एक बनाया जाता है, जो कि Fig.3b या अंजीर में दिखाया गया है। 3c।

पदानुक्रम के शीर्ष स्तर पर, चित्र 3 में ऑटोमेटन का दृश्य अंजीर में मॉडल के साथ संरचना में पूरी तरह से मेल खाता है। 1, संक्रमणों पर केवल क्रियाओं की उपस्थिति में भिन्नता है। अंजीर में एकल-स्तरीय मॉडल की तुलना में नेस्टेड ऑटोमेटा के साथ विलंब का एक सरल रूप है। एक नेस्टेड ऑटोमेटन को "लाइब्रेरी ऑटोमेटन" के रूप में भी माना जा सकता है जिसे किसी अन्य ऑटोमेटन से कहा जा सकता है।

3. ऑब्जेक्ट ऑटोमेटन प्रोग्रामिंग

स्वचालित नियंत्रण मॉडल, ग्राफिक रूप के अलावा, एक सरल सारणीबद्ध रूप भी है - एक संक्रमण तालिका (टीपी), जिसे C ++ में प्रभावी रूप से व्याख्या किया जा सकता है। इसके ढांचे के भीतर, एक अलग ऑटोमेटन प्रोग्राम (या इसका एक हिस्सा) और, तदनुसार, प्रोग्राम सर्किट एस के रूप में इसकी परिभाषा को एक वर्ग द्वारा दर्शाया जा सकता है। इस मामले में, मेमोरी मॉडल वर्ग के गुणों के अनुरूप होंगे, संचालन का सेट कक्षा के तरीकों के अनुरूप होगा, और टीपी के रूप में स्वत: नियंत्रण वर्ग के व्यवहार का वर्णन करेगा। कक्षा में नियंत्रण की शुरूआत हमें सक्रिय वस्तुओं के बारे में बात करने की अनुमति देती है, जिन्हें अक्सर एजेंट भी कहा जाता है, आदि।

ऑटोमेटन नियंत्रण के रूप में व्यवहार के साथ कई वस्तुएं ऑब्जेक्ट ऑटोमेटन समानांतर कार्यक्रम की अवधारणा को औपचारिक बनाती हैं। इस मामले में, किसी भी समानांतर कार्यक्रम के मॉडल को एक प्रोग्राम आरेख द्वारा दर्शाया जा सकता है जिसमें नियंत्रण सी को एक ऑटोमेटन नेटवर्क के रूप में प्रस्तुत किया जाएगा, जहां घटक ऑटोमेटा सक्रिय वस्तुओं के व्यवहार का वर्णन करता है, स्मृति एम को वस्तुओं के गुणों के संयोजन से दर्शाया जाता है, और कई ऑपरेटरों को प्रोग्राम ऑब्जेक्ट के तरीकों के संयोजन द्वारा दर्शाया जाता है।

VKPA वातावरण में, स्वचालित प्रोग्रामिंग भाषा की भूमिका C ++ भाषा को सौंपी जाती है। "स्वचालित सी ++" में, वस्तुओं को गतिविधि / व्यवहार के साथ संपन्न किया जाता है और समानांतर वस्तुओं का वर्णन करने और लागू करने का साधन होता है, दोनों व्यक्तिगत वस्तुओं के तरीकों के स्तर पर और कई वस्तुओं के समानांतर संचालन का वर्णन करने के स्तर पर।

एपी के मौजूदा वस्तु कार्यान्वयन बल्कि जटिल हैं। वीकेपीए में, इसका ऑब्जेक्ट कार्यान्वयन ऑटोमेटा की व्याख्या और कार्यक्रम के समर्पित नियंत्रण पर आधारित है। ऑटोमेटा के प्रत्यक्ष कार्यान्वयन के विपरीत, उदाहरण के लिए, SWITH तकनीक में, यह ऑटोमोटिव मॉडल को फ्लोचार्ट मॉडल में बदलने की प्रक्रिया को समाप्त करता है। VKPa में प्रयुक्त व्याख्या एल्गोरिथ्म ई। हैम्बी [12] द्वारा निर्णय तालिकाओं की व्याख्या करने की विधि के समान है।

जब तक अन्यथा निर्दिष्ट नहीं किया जाता है, हम ओओएम के अर्थ में एक ऑटोमेटन ऑब्जेक्ट (एओ) की अवधारणा के साथ एक ऑटोमेटन प्रोग्राम की अवधारणा को आगे जोड़ेंगे, लेकिन ऊपर प्रस्तुत ऑब्जेक्ट ऑटोमेटन समानांतर प्रोग्राम की अवधारणा को ध्यान में रखते हुए। इसके कारण, एपी के ऑपरेटरों और मेमोरी को सक्रिय वस्तुओं के तरीकों और गुणों के माध्यम से निर्धारित किया जाएगा। ऑटोमेटा वस्तुओं को राज्य मशीन मॉडल द्वारा निर्धारित व्यवहार की उपस्थिति से सामान्य वस्तुओं से अलग किया जाता है।

4. निष्कर्ष

नेस्टेड ऑटोमेटा का एक मॉडल बनाना प्रोग्रामिंग तकनीक में गुणात्मक परिवर्तन की दिशा में एक कदम है। ऑटोमेटन का वर्णित जड़त्वीय मॉडल यूएमएल में ऐतिहासिक राज्यों की अवधारणा के समान है। ऑटोमेटा के सामान्य एम्बेडिंग में प्रोग्रामिंग में एक एनालॉग होता है, "जड़त्वीय एम्बेडिंग" में यह नहीं होता है, क्योंकि एक प्रोग्राम में, आप सबरूटीन कॉल से पहले एक कमांड पर नहीं लौट सकते। और ये स्वचालित प्रोग्रामिंग और साधारण प्रोग्रामिंग के बीच गुणात्मक अंतर के तत्व हैं।

आप निश्चित रूप से, छाया स्मृति को सामान्य प्रोग्रामिंग में पेश कर सकते हैं और कार्यों के समानांतरवाद को निरूपित कर सकते हैं। लेकिन ऑटोमेटन मॉडल के ढांचे में, यह सब एक कार्बनिक रूप है, दोनों विवरण के संदर्भ में और प्रदर्शन के संदर्भ में। सब कुछ मॉडल के प्राकृतिक समानता द्वारा निर्धारित किया जाता है। ब्लॉक आरेख मॉडल में ऐसी क्षमताएं नहीं हैं।

सक्रिय ऑब्जेक्ट भी प्रोग्रामिंग क्षमताओं का विस्तार करते हैं। लेकिन "ऑब्जेक्ट रैपर", अपने हिस्से के लिए, गुणात्मक रूप से स्वचालित प्रोग्रामिंग को प्रभावित करता है, नेस्टेड ऑटोमेटा को लागू करने और लागू करने की प्रक्रियाओं को सरल करता है। तो, [स्थानीय] वर्ग के गुणों का उपयोग आपको न केवल एम्बेडिंग, बल्कि किसी भी पुनरावर्ती एल्गोरिदम को लागू करने की अनुमति देता है।