скачать книгу бесплатно
Недостаточная функция – функция, создающая недостаточное действие.
Пример 1.13. Холодильник
Функция холодильника – охлаждать продукт, например, мясо.
Бесполезнаяфункция для потребителя – нагрев задней части холодильника, но она необходима для принципа действия холодильника. Потребителю этот нагрев не нужен.
Вреднаяфункция холодильника – шум компрессора.
Достаточнаяфункция холодильника – нормальное охлаждение до заданной температуры.
Избыточнаяфункция холодильника – это избыточное охлаждение (переохлаждение) – ниже требуемой температуры.
Недостаточнаяфункция холодильника – недостаточное охлаждение – выше требуемой температуры.
Пример 1.14. Газовая плита
Функция газовой плиты – греть объект, например, воду или мясо.
Бесполезнаяфункция газовой плиты – нагрев окружающей среды (лишний расход тепла).
Вреднаяфункция газовой плиты – утечка газа.
Достаточнаяфункция газовой плиты – нормальный нагрев объекта до заданной температуры.
Избыточнаяфункция газовой плиты – избыточный нагрев объекта, например, вода выкипела, мясо сгорело.
Недостаточнаяфункция газовой плиты – слабый огонь, например, недостаточный для закипания воды.
Пример 1.15. Компьютер
Функция компьютера – обрабатывать информацию.
Бесполезнаяфункция – затраты энергии, когда на компьютере не работают, а он включен. Компьютер должен работать только тогда, когда вводится, обрабатывается и выводится информация. Во все остальное время компьютер впустую расходует энергию.
Вредныефункции компьютера – электромагнитное излучение от компьютера и Wi-Fi, шум от вентилятора.
Достаточнаяфункция компьютера – его нормальная работа.
Недостаточнаяфункция компьютера – когда происходит долгая обработка информации, например, при скачивании информации из Интернета.
Пример 1.16. Телефон
Функция телефона – передавать звуковой сигнал, например, речь.
Бесполезнаяфункция. Если телефон включен, а по нему не говорят – бесполезная функция. Телефон должен работать только тогда, когда передается сигнал. Во все остальное время телефон впустую расходует энергию. В любые перерывы сигнала телефон должен отключаться и включаться с появлением сигнала.
Вреднаяфункция. Электромагнитное излучение, возникающее при разговоре по мобильному телефону, вредно воздействует на окружающую аппаратуру, поэтому в самолетах и в больницах не разрешается разговаривать по мобильному телефону. Антенны ретрансляторов мобильной связи вредно воздействуют на окружающих.
Достаточнаяфункция телефона – когда телефон работает нормально.
Избыточнаяфункция телефона – когда звук передается слишком сильно, и он искажается.
Недостаточнаяфункция телефона – когда сигнал плохо слышен.
Пример 1.17. Автомобиль
Функция автомобиля – перемещать людей.
Бесполезнаяфункция автомобиля – затраты энергии, когда автомобиль стоит, а двигатель работает, например, на светофоре.
Вредныефункции автомобиля – выбрасывание в атмосферу выхлопных газов, загрязняя окружающую среду.
Достаточнаяфункция – нормальная работа автомобиля.
Избыточнаяфункция. Автомобиль рассчитан на скорость движения, значительно превышающую допустимую скорость.
Недостаточнаяфункция – это, когда автомобиль не можем выбраться из заноса снега, грязи или преодолеть очень крутой подъем.
1.5.3. Иерархия функций
Иерархия функций:
– главная функция;
– основная функция;
– вспомогательная функция.
Можно рассматривать и функции 3-го и ниже рангов.
Иерархия функций показана на графе (рис. 1.2).
Рис. 1.2. Иерархия функций
Главная функция – это функция высшего (нулевого) ранга, указывающая главное действие – предназначение системы. Она должна выполнять главную цель, обеспечивая главную потребность в системе. Ее еще называют главной полезной функцией.
Основные функции – это функции следующего (первого) ранга, функции основных подсистем. Основные функции обеспечивают работоспособность главной функции, а, следовательно, и всей системы в целом.
Вспомогательные функции – это функции второго ранга, функции подподсистем. Вспомогательные функции обеспечивают работоспособность основных функций. Функции низших (n) рангов, прежде всего, должны обеспечивать работоспособность функций высших (n-1) рангов.
Функции, обеспечивающие работоспособность, будем называть необходимыми функциями. Функциональная работоспособность системы определяется набором необходимых функций всех рангов, который должен быть необходимым и достаточным, и в то же время обеспечивать функциональную полноту.
Пример 1.18. Компьютер
Главнаяфункция – обработка информации (компьютер обрабатывает информацию).
Основныефункции: системного блока – прием, обработка, хранение и вывод цифровых (электрических) сигналов, клавиатуры – ввод цифровой и буквенной информации, монитора – вывод информации на экран и т. д.
Вспомогательнаяфункция части системного блока, блока питания, – обеспечение электрической энергией.
Пример 1.19. Телефон
Главнаяфункция – передача звукового сигнала, например, речи.
Основныефункции: микрофона – преобразование звукового сигнала в электрический, наушника – преобразование электрического сигнала в звуковой, клавиатуры – вводить цифровую и буквенную информацию и т. д.
Вспомогательнаяфункция кнопки клавиатуры – ввод конкретного знака.
Пример 1.20. Автомобиль
Главнаяфункция – перевозка (перемещение) людей.
Основныефункции: бензобака – хранение (удержание) бензина, двигателя – преобразование бензина в поступательное движение, трансмиссии – преобразование поступательного во вращательное движение и т. д.
Вспомогательнаяфункция частей двигателя: поршня и цилиндра – сжатие бензина (создание давления).
1.6. Процесс
Процесс (от лат. processus – продвижение) – это состояние какого-либо явления во времени.
Процесс можно определить, как[31 - Процесс – БСЭ. См. также материал из Википедии.]:
– последовательную смену состояний стадий развития.
– совокупность последовательных действий для достижения какого-либо результата (например, производственный потребности – последовательная смена трудовых операций).
Для технических систем мы в основном будем рассматривать второе определение. Первое определение характерно для развития систем.
Пример 1.21. Приготовление кофе
Операция 1 – измельчение зерен кофе. Операция 2 – молотый кофе засыпается в турку. Операция 3 – турка заливается водой. Операция 4 – турку ставят на огонь или помещают в разогретый песок. Операция 5 – ждут пока поднимется пенка. Операция 6 – турку снимают с огня. Операция 7 – ждут, пока пенка опустится. Операции 5—7 повторяются несколько раз.
Пример 1.22. Компьютерная программа
Любая компьютерная программа работает по определенному алгоритму – порядку действий. Таким образом, компьютерная программа осуществляет процесс.
Пример 1.23. Алгоритм Евклида
В качестве процесса представим алгоритм Евклида – метод вычисления наибольшего общего делителя (НОД). Это один из древнейших алгоритмов, который используется до сих пор.
Наибольший общий делитель (НОД) – это число, которое делит без остатка два числа и делится само без остатка на любой другой делитель данных двух чисел. Проще говоря, это самое большое число, на которое можно без остатка разделить два числа, для которых ищется НОД.
Описание алгоритма нахождения НОД делением.
– Большое число делим на меньшее.
– Если длится без остатка, то меньшее число и есть НОД (следует выйти из цикла).
– Если есть остаток, то большее число заменяем на остаток от деления.
– Переходим к пункту 1.
Например, необходимо найти НОД для 30 и 18.
30/18 = 1 (остаток 12)
18/12 = 1 (остаток 6)
12/6 = 2 (остаток 0). Конец: НОД – это делитель. НОД (30, 18) = 6
Пример 1.24. Компилятор
Большинство компиляторов переводит программу с некоторого высокоуровневого языка программирования в машинный код, который может быть непосредственно выполнен процессором.
Компилятор состоит из следующих этапов.
1. Лексический анализ. На этом этапе последовательность символов исходного файла преобразуется в последовательность лексем. Цель лексического анализа – подготовить входную последовательность к грамматическому анализу.
2. Синтаксический (грамматический) анализ. Последовательность лексем преобразуется в дерево разбора.
3. Семантический анализ. Дерево разбора обрабатывается с целью установления его семантики (смысла) – например, привязка идентификаторов к их декларациям, типам, проверка совместимости, определение типов выражений и т. д. Результат обычно называется «промежуточным представлением/кодом», и может быть дополненным деревом разбора, новым деревом, абстрактным набором команд или чем-то еще, удобным для дальнейшей обработки.
4. Оптимизация. Выполняется удаление излишних конструкций и упрощение кода с сохранением его смысла. Оптимизация, может быть, на разных уровнях и этапах – например, над промежуточным кодом или над конечным машинным кодом.
5. Генерация кода. Из промежуточного представления порождается код на целевом языке. В конкретных реализациях компиляторов эти этапы могут быть разделены или, наоборот, совмещены в том или ином виде.
Каждый из этих этапов имеет свою программу, работающую по определенному алгоритму – процессу.
1.7. Структура
Структура (от лат. Structura – «строение») – это внутреннее устройство системы. Она создается элементами и связями между ними.
1.7.1. Связи
Связи могут быть внутренние и внешние.
Внутренние связи – связи между элементами системы (подсистемами).
Внешние связи – связи системы с надсистемой и окружающей средой и обратное воздействие окружающей среды и надсистемы на систему. Одна из надсистем – это объект, для которого предназначена система. Эта связь обеспечивает главную функцию системы.
1.7.2. Элементы
Элементы и связи могут быть:
– вещественные;
– энергетические;
