Реферат по предмету "Информатика, программирование"


Чтение и запись с CD-R-устройств

Задание
1. Выбратьвычислительный процесс и на его примере:
a. построитьметамодель «асинхронный процесс» и определить свойства исходного процесса наоснове анализа метамодели;
b. выполнитьоперации над процессом: репозиция, редукция, композиция, и оценить полученныерезультаты с практической точки зрения;
c. построитьпредметную интерпретацию метамодели на основе сети Петри и сделать вывод одинамических характеристиках исходного процесса.
2. Оформитьотчет.
Описаниепроцесса
операция асинхронный метамодель процесс
Предлагаетсярассмотреть процессы и ситуации происходящие при чтении / записи с CD-R – устройств. CD-R (устройство считывания изаписи компакт-дисков) – напоминают обычные дисководы. Однако кроме приводовшпинделя и головки они имеют еще и механизм загрузки диска и более сложнуюголовку считывания. Считывающая головка состоит из лазерного излучателя,фотоприемника и наклонного зеркала, зафиксированных на подвижной кареткеголовки. Для записи используются специальные диски, иногда называемые мишенями(Target). При записи луч лазерав нужных местах дорожки выжигает ямки в слое краски. За счет разницыкоэффициента отражения ямок и невыжженных участков поверхности при считываниивозникает модуляция яркости принятого луча, которая и несет полезнуюинформацию. Обмен данными с памятью происходит без участия центральногопроцессора, для этого используется канал прямого доступа к памяти – DMA (Direct Memory Access).
Практическивсе устройства CD-Rпозволяют воспроизводить и аудио-диски, для чего они имеют встроенные ЦАПы(цифроаналоговые преобразователи) и аналоговый интерфейс с линейным выходомстереосигнала. Чтобы аудиоплейер не пытался воспроизводить установленный поошибке диск с данными (это угрожает стереосистемам и ушам слушателя), длятрека, содержащего данные, устанавливается флаг Data. Этот флаг проставляетсяв первом секторе диска.
Построениеметамодели «асинхронный процесс»
Компонентыпроцесса p1=1 есть диск в лотке
p2=1 если диск не пустой
p3=1 если аудио диск
p4=1 ЦАП в работе (есть данные)
p5=1 головка считывает
p6=1 головка записывает
p7=1 аналоговый интерфейс включен
p8=1 канал DMA в работе
Множествоситуаций процесса.
S1 – в лоток вставлен диск;
S2 – считывание аудиоинформации;
S3 – перевод цифровых данныхв аналоговые;
S4 – вывод сигнала ваналоговый интерфейс;
S5 – считывание данных;
S6 – вывод данных в канал DMA;
S7 – получение данных изканала DMA;
S8 – запись данных на диск.
Таблицавекторов ситуаций Ситуация Вектор
 
P1
P2
P3
P4
P5
P6
P7
P8
S1 1
S2 1 1 1 1
S3 1 1 1 1
S4 1 1 1 1
S5 1 1 1
S6 1 1 1
S7 1 1
S8 1 1
Инициаторы: I={S1,S2, S3, S5, S7}.
S1 – ситуация, при которойв лоток вставлен диск, что свидетельствует о готовности устройства к выполнениюсвоих основных функций, то есть непосредственно инициирует данный процесс;
S2 – ситуация, при которойпроисходит считывание аудиоинформации, что влечет за собой работу саудиоданными;
S3 – ситуация, при которойпроисходит перевод цифровых данных в аналоговые, что влечет за собой вывод этихданных в аналоговый интерфейс;
S5 – ситуация считыванияданных инициирует вывод данных в канал DMA;
S7 – ситуация чтения данныхиз канала DMA, инициирует запись их на диск.
Результанты: R={S4, S6, S8}.
S4, S6, S8 – ситуации являютсярезультатом функционирования устройства, а именно: вывод сигнала в аналоговыйинтерфейс, вывод данных в канал DMA и запись данных на диск, соответственно.
Графпроцесса.
/>


Свойстварассматриваемого процесса.
Классыэквивалентности:
Начальнымклассом эквивалентности является класс {S1, S2, S5, S7}.
Конечнымиклассами эквивалентности являются классы: {S8}, {S4}, {S6}.
Допустимыетраектории: />
Где: S1 à S7 à S8 – запись информации надиск;
S1 à S2 à S3à S4         – проигрываниеаудио диска;
S1 à S5 à S6 – чтение информации сдиска.
1)  АП является эффективным,т.к. из инициаторов все траектории ведут в результанты, и каждая из траекторий,приводящая к результантам, начинается в каком-либо инициаторе; в процессе нетциклов;
2)  АП не являетсяуправляемым, так как траектории из инициаторов ведут в различные заключительныеклассы {S8}, {S4}, {S6};
3)  АП не является простым, т.к.из инициатора />существуетпереход к инициаторам />/>не выполняется />.
Операциинад процессами
Репозицией асинхронного процесса P = (S, F, I, R) называется эффективныйасинхронный процесс P’ = (S’, F’, I’, R’), такой что S’ Í Í (I È R È SD), I’ Í R, R’ Í I.
Репозиция – это возобновлениепроцесса, его повторная активации. Практически все процессы в реальныхтехнических и вычислительных системах имеют репозицию, в них имеет место эффектвозобновляемости. В случае с процессом работы CD-ROMа репозиция будетвыполняться при повторном считывании аудио информации (считывании новоготрека).
/>
/>

/>
/>
Объединенныйграф основного процесса и репозиции:
/>

В результатепроведения операции репозиции над процессом получили новый процесс, в которомсчитывание аудиоинформации может происходить требуемое число раз, что болееприближено к реальным условиям.
Отношение />задает траекторию переходаот элемента из множества I’ к элементам множества R’. Т.к. I’R, R’Iи F’, то репозиция являетсячастичной.
Редукция позволяетвыделить отдельные ветви процесса, что характерно при рассмотрении отдельныхситуаций. Таким образом, редукция может быть полезна для изучения отдельныхэлементов процесса.
Проведемредукцию нашего процесса так, чтобы в результате из процесса выделились ветвичтения и записи на диск.
Ситуацииисходного процесса.
S1 – в лоток вставлен диск;
S2 – считывание аудиоинформации;
S3 – перевод цифровых данныхв аналоговые;
S4 – вывод сигнала ваналоговый интерфейс;
S5 – считывание данных;
S6 – вывод данных в канал DMA;
S7 – получение данных изканала DMA;
S8 – запись данных на диск. Ситуация Вектор
 
P1
P2
P3
P4
P5
P6
P7
P8
S1 1
S2 1 1 1 1
S3 1 1 1 1
S4 1 1 1 1
S5 1 1 1
S6 1 1 1
S7 1 1
S8 1 1 /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
Инициаторы ирезультанты исходного процесса:
I={S1,S2, S3, S5, S7}.
R={S4,S6, S8}.
В качествевходной компоненты выберем 1, 2 и3 элементы векторов ситуаций.
S1’   />
Выделимвходную компоненту X*={100,110}. Берём такие компоненты, так как именно этим входнымкомпонентам соответствуют ситуации, имеющие непосредственное отношение к чтению /записи.
Тогдаредукцией P (X*) будет являться:
S* = {S1, S5, S6, S7, S8};
Для каждогоинициатора процесса P построим множество ситуаций SiI, S(Si), встречающихся натраекториях процесса P ведущих из указанного инициатора.
1:S1 à S2 à S3à S4
2:S1 à S7 à S8
3:S1 à S5 à S6
4: S2 à S3 à S4
5: S7 à S8
6: S5 à S6
Образуеммножество S(X*), как объединение техмножеств S(Si), для которых справедливоS(Si)S*.
S(X*)={S1,S5, S6, S7, S8};
/>;
/>;
R(X*)={S6,S8}.
Построим графпроцесса редукции:
/>

Такимобразом, в результате редукции были выделены ветви, которые соответствуютчтению и записи на диск. То есть из исходного процесса выделили более простойподпроцесс.
Рассмотримдва АП. Один из них исходный процесс />, другой– вновь построенный />:
В качестведополнительного процесса построим вспомогательный процесс, управляющий лотком CD-ROM’а.
Компонентыпроцесса />:
p1’– лоток закрыт;
p2’– диск в лотке.
Ситуациипроцесса />:
1. Лотокоткрыт, диска нет, устройство к работе не готово
p1’– p2’–
2. Лотокзакрыт, диск есть, устройство готово к работе
Выделим висходном процессе первую (лоток) компоненту в качестве входной. Выбираемналичие диска в лотке, так как оно является основным показателем того, чтоустройство функционирует. Выбираем в исходном процессе ситуации, при которых влотке имеется диск (первая компонента; т.е. все ситуации). Таким образом,получаем исходный процесс целиком. Это соответствует действительности, так какна всех стадиях работы устройства в нем имеется диск.
Очевидно, чторедукцией процесса /> по определеннойвыше компоненте (назовем ее />) будетявляться весь исходный процесс, т.е.: />.
Выделим вдополнительном процессе выходную компоненту. Это компонента p2’ – диск в лотке. X2 = {0,1}
В качестве /> выберем все наборы входнойкомпоненты дополнительного процесса. X2* = {0,1}
Дополнительныйпроцесс />представлен простойлинейной структурой, которая не нуждается в дополнительном упрощении.
Сцеплениепроцессов будет происходить по компоненте {1}. То есть выходная компонентапроцесса />соответствует входнойкомпоненте />.
Построимкомпозицию исходного процесса /> идополнительного />.
/>
S31=(S1,S1’);
S32=(S1,S2’);
S33=(S2,S2’);
S34=(S3,S2’);
S35=(S4,S2’);
S36=(S5,S2’);
S37=(S6,S2’);
S38=(S7,S2’);
S39=(S8,S2’);
S3={(10000000),(10000000), (11101000), (11110000), (11100010), (11001000), (11000001), (10000001),(10000100)};
F3= {(S31)à(S32)à (S38)à (S39),
(S31)à(S32)à (S33)à (S34)à (S35),
(S31)à(S32)à (S36)à (S37)};
I3= {(S31), (S32), (S33),(S34), (S36), (S38)};
R3 = {(S35), (S37), (S39)}.
Граф композиции:
/>

Обеспеченыусловия 1, 2, 3, 4:
1)/>,/>:/>
2) выходныекомпоненты /> ситуаций из /> равны входной компоненте /> ситуации из />
3) если в /> компонента />, то />
4) если />, то />.
Такимобразом, выбрав в качестве дополнительного процесса небольшой подпроцесс,предшествующий основному процессу, построили композицию этих процессов путёмвыделения входных и выходных компонент соответствующих процессов и последующегоих (процессов) сцепления. Исходный процесс не стали упрощать с помощьюрепозиции, так как по смыслу данной композиции модель должна сохранить своюцелостность. Получившийся процесс /> представляетсобой несколько усложнённый исходный процесс.
Предметнаяинтерпретация асинхронного процесса
Сетью Петриназывается пятёрка/>.
/> – конечное непустоеколичество условий;
/> – конечное непустоеколичество событий;
/> — функция инцидентности;
/> — функция инцидентности;
/> — начальная разметка.
 
P= {p1, p2, p3, p4, p5, p6, p7, p8}
/> — в лоток вставлен диск;
/> – диск не являетсячистым;
/> — диск саудиоинформацией;
/> — работает ЦАП;
/> — происходит считываниеданных;
/> — происходит записьданных;
/> — включен аналоговыйинтерфейс;
/> — канал DMA в работе.
 
T= {t1, t2, t3, t4, t5, t6, t7}
/> – переход к считываниюданных;
/> – переход к считываниюаудиоинформации;
/> – переход к получениюданных через канал DMA;
/> – переход к состояниюперевода цифровых данных в аналоговые;
/> – переход к состояниювывода данных в канал DMA;
/> – переход к записиданных на диск;
/> – переход к выводуинформации в аналоговый интерфейс.
F(p1, t1) = 2
F(p1, t2) = 2
F(p1, t3) = 2
F(p2, t4) = 1
F(p2, t5) = 2
F(p3, t4) = 1
F(p5, t4) = 1
F(p5, t5) = 2
F(p4, t7) = 1
F(p8, t6) = 2
H(t1, p1) = 1
H(t1, p2) = 2
H(t1, p5) = 2
H(t2, p1) = 1
H(t2, p2) = 1
H(t2, p3) = 1
H(t2, p5) = 1
H(t3, p8) = 2
H(t4, p4) = 1
H(t5, p2) = 1
H(t5, p8) = 1
H(t6, p6) = 1
M0= {2,0,0,0,0,0,0,0}
Графразметок:/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

Замечание:одна или две фишки в данном графе соответствуют единице в ситуациях исходногопроцесса.
Свойства сетиПетри:
1) Ограниченностьсети.Места p1, p2, p3, p4, p5, p6, p7, p8 являются ограниченными(существует число /> достижимой всети разметки Mсправедливо />)/> вся сеть являетсяограниченной;
2) Безопасностьсети.Места p1, p2, p8 не являются безопасными(для этих мест не выполняется условие />)/> вся сеть не являетсябезопасной;
3) Живостьсети.При />переходы t1, t2, t3, t4, t5, t6, t7 являются потенциальноживыми в сети, но эти же переходы не являются живыми при любой достижимой всети разметке/>сеть не является живой;
4) Устойчивостьсети.Сеть не является устойчивой, так как существуют переходы, которые, сработав,могут лишить другой переход этой возможности: переходы />, /> и t3 взаимно блокируются;
Вывод.
1) Системавыполняет те функции, для которых она предназначена;
2) Даннаясистема функционирует эффективно;
3) Висходном АП ошибки и аварийные ситуации возникнуть не могут;
4) Системуупростить нельзя, т. к. она уже является достаточно упрощённой.
На основепостроенной модели была создана сеть Петри для заданного процесса. В качествеситуаций были взяты компоненты исходного процесса. Между ситуациями былирасставлены переходы, а также установлена начальная разметка. После былпостроен граф разметок, который полностью совпал с исходным графом процесса,что свидетельствует о правильности построения и функционирования сети Петри.

Заключение
t6  
t3   Вданной работе были рассмотрены процессы и ситуации происходящие при чтении /записи с CD – устройств. Процесс представлен в очень упрощенном виде. Былоустановлено, что АП, построенный на основе данного вычислительного процесса,является эффективным, не является управляемым и не является простым.Врезультате проведения операции репозиции над процессом получили новый процесс,в котором считывание аудиоинформации может происходить требуемое число раз. Врезультате проведения операции редукции были выделены ветви, которые соответствуютчтению и записи на диск. Т.о. был выделен более простой подпроцесс. Вследствиепоследовательной композиции исходного и вспомогательного процесса получилиновый несколько усложненный процесс. Описаны составляющие модели «асинхронныйпроцесс», используя понятия модели «сеть Петри». Проведён анализ свойств местсети Петри на ограниченность и безопасность: сеть ограниченная и не безопасная.Проведён анализ свойств переходов сети Петри на живость и устойчивость: сеть неявляется потенциально живой, и не является устойчивой.
Можно утверждать, чтосистема функционирует эффективно и выполняет те функции, для которых онапредназначена.


Не сдавайте скачаную работу преподавателю!
Данный реферат Вы можете использовать для подготовки курсовых проектов.

Поделись с друзьями, за репост + 100 мильонов к студенческой карме :

Пишем реферат самостоятельно:
! Как писать рефераты
Практические рекомендации по написанию студенческих рефератов.
! План реферата Краткий список разделов, отражающий структура и порядок работы над будующим рефератом.
! Введение реферата Вводная часть работы, в которой отражается цель и обозначается список задач.
! Заключение реферата В заключении подводятся итоги, описывается была ли достигнута поставленная цель, каковы результаты.
! Оформление рефератов Методические рекомендации по грамотному оформлению работы по ГОСТ.

Читайте также:
Виды рефератов Какими бывают рефераты по своему назначению и структуре.