Моделирование дискретно-событийных систем средствами графического языка состояний и переходов конечных автоматов

Функция λtr реализует (если определена) свой вывод аналогично функции λst, но срабатывает, когда автомат, находясь в состоянии S, получает на входе входящее событие из множества E или внутреннее событие выхода из состояния **, после чего осуществляется переход в новое состояние.

8) Понятие состояния данного класса автоматов рассматривается как абстракция некоторого производственного процесса, в общем случае имеющего длительность во времени. Длительности равные нулю или бесконечности также возможны как частные случаи, что часто используется в технических решениях при моделировании систем. Моделирование процесса, протекающего в конкретном состоянии автомата реализуется с помощью рассмотренных выше двух типов внутренних событий – входа в состояние, соответствующего началу производственного процесса, и выхода из состояния, моделирующего выход из процесса. Внутренние события входа в состояние обозначаются звёздочкой - *, а события выхода из состояния – двумя звёздочками - **.

9) В общем случае каждый автомат обладает собственной структурой времени TSA. Поэтому при моделировании систем, состоящих из нескольких компонентов, представленных в модели отдельными автоматами, работающими в собственных временных структурах, важной задачей становится приведение временных структур компонентов к общей временной структуре системы. Примером здесь может служить модель центрального процессора, компоненты которого такие как, арифметическое и логическое устройство, память, кэши работаю в собственных тактовых режимах.

Введённый в данном разделе класс автоматов Мили* представляет собой базовый формализм для определения языка моделирования дискретно-событийных систем, названного DLAA. В соответствии с новым понятием автомата уточним понятие системной композиции таких автоматов с согласованными внешними событиями.

Определение 2: определение операции системной композиции для расширенной версии автомата определим с помощью следующей конфигурации:

SM=< N, D, E, SPM, Q, TS, G, R>, (2)

где

N - имя модели системы SM (System_Model)

D = {di} - множество ссылок/имён на автоматы (FSM), входящие в состав модели,

i ∈ [1 - k], где k - число автоматов

E - множество всех внешних событий системы - объединение всех внешних событий (входящих и выходящих) компонентов-автоматов системы E=Ս(ExiՍEyi), i∈ [1 - k],

SPM = {SP_FSMdi} - множество спецификаций автоматов, входящих в систему, где SP_FSMdi - спецификация автомата di∈D,

FSMi=,

Q={Si} - совокупность всех состояний всех автоматов системы

TS - структура времени системы,

G – блок управления системой S (используется в расширенных операциях над системами автоматов) - не обязательный элемент,

R - некоторый системный ресурс (используется в расширенных операциях над системами автоматов) - не обязательный элемент.

Рассмотренная выше операция системной композиции для расширенной версии автомата (Мили*) и будет составлять ядро языка моделирования, который в силу своего происхождения будет называться языком DLAA (Diagrams Language of Automata Algebra). Именно на основе этого ядра, состоящего из одной операции композиции автоматов, язык будет далее развиваться по уровневому принципу.

В этой операции особенно важную роль для взаимодействия автоматов системы играет аппарат внешних событий. Однако, для механизма перехода по внешнему входящему событию несет в себе семантическую неоднозначность. По существу, для целей моделирования динамических процессов нужны два различных механизма, работающих на основе внешних входящих событий.

Один механизм, типа wait/signal, применяется для синхронизации параллельных (квазипараллельных) процессов, когда, например, один автомат, находясь в некотором состоянии, ожидает сигнала от процесса, протекающего в другом автомате. В этом случае внешнее входящее событие x рассматривается именно как сигнал (возможно, несущий некоторую информацию в своих параметрах), который будет передан ожидающему состоянию данного автомата для соответствующей реакции и продолжения ожидающего этот сигнал процесса. В этом случае переход состояния в режим ожидания (wait) должен произойти до того момента времени, когда случится ожидаемое событие (signal), т.е. twait < tsignal.- условие корректного использования события x.

Второй механизм моделирует прерывание текущего процесса, протекающего в некотором состоянии автомата, с помощью внешнего события-прерывания x. Примером может служить ситуация, когда необходимо приостановить производственный процесс для проведения регламентных работ используемого оборудования (например, заправки его расходными материалами). В этом случае обработка такого события-прерывания актуальна только в течение выполнения данного производственного процесса, т.е. [tl, tn) - интервал корректного использования события x.

Разрешение описанной выше проблемы семантической неоднозначности представленного механизма внешних входящих событий легко решается разделением обоих случаев на всех уровнях описания - онтологическом, синтаксическом и семантическом, т.е. введением отдельных понятий и примитивов для каждого из рассматриваемых случаев. Однако это ведёт к усложнению предлагаемого языка. С тем, чтобы не усложнять язык и конструкцию автоматов, в данной работе предложена реализация механизма внешних событий, поддерживающая оба рассмотренных случая.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «Литрес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на Литрес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.

Примечания

1

Гапанович Д.А., Сухомлин В.А. Визуальный графический интерпретируемый язык дискретного моделирования DLAA // Современные информационные технологии и ИТ-образование. 2025. Т. 21, № 1. С. 76-89. https://doi.org/10.25559/SITITO.021.202501.76-89; Gapanovich D.A., Sukhomlin V.A. Tools for Constructing Production Digital Twin Models Based on an Algebraic Approach and a Graphical State Language Extended by Functional and Operational Semantics // Mathematical Modeling and Supercomputer Technologies. MMST 2024. Communications in Computer and Information Science ; ed. by D. Balandin, K. Barkalov, I. Meyerov. Vol. 2363. Cham: Springer, 2025. P. 3-16. https://doi.org/10.1007/978-3-031-80457-1_1