Модель динамического поведения. Асинхронный процесс как метамодель
Современные системы управления содержат важный подкласс систем. Это управляющее устройство, осуществляющее координацию процессов с конечным множеством состояний. Типичный пример системы с конечным множеством состояний – это управление обменом информации в сетях компьютеров. Подобные системы управления обладают следующими существенными чертами:
Наличие у процессов (и составляющих их подпроцессов) явно выраженных фаз, в течение которых происходит изменение состояний процессов, причём в каждой фазе системе управления выдаётся информация о завершении фазы.
Согласованность – переход к следующей фазе процесса инициируется системой управления только после того, как будет получен сигнал об окончании предыдущего перехода.
Параллельность, т.е. возможность одновременных переходов в нескольких подпроцессах.
Асинхронность, т.е. отсутствие ограничений на относительную длительность осуществления переходов, зависящую от многочисленных неконтролируемых факторов. Поскольку речь идёт о системе с конечным числом состояний, то естественной моделью для неё кажется модель конечного автомата. Однако сложность заключается в том, что классическая модель конечного автомата игнорирует понятие физического времени. Возникающие при этом трудности обычно преодолеваются за счёт использования систем внешней синхронизации.
Существует 2 типа систем внешней синхронизации:
Синхронизация по величине самого длительного переходного процесса. Однако при этом происходит “недоиспользование” скоростных возможностей систем. Кроме того, если длительность перехода превысит максимально ожидаемую, то это может привести к неправильной работе всей системы. Такое явление называется параметрическим отказом и является наиболее распространённой причиной неисправностей. В компьютере при возникновении сбоев их часто пытаются устранить снижением частоты тактового генератора.
В этом типе выявление нового состояния осуществляется путём периодического зондирования асинхронных сигналов тактовыми импульсами. Типичный пример этого – система обработки прерываний.
Казалось бы, при повышении частоты тактовых импульсов можно получить сколь угодно точную синхронизацию. Однако здесь возникает явление арбитража. Оно проявляется тогда, когда тактовый сигнал подаётся в момент изменения зондируемого асинхронного сигнала. В этой ситуации арбитр должен решить, когда был подан тактовый сигнал: до изменения или после изменения зондируемого сигнала. Показано, что абсолютно надёжных арбитров построить нельзя.
Для решения обозначенных проблем предлагается производить квантование времени событиями, происходящими в системе и во внешней среде, а не во внешних часах. Это приводит к понятию самосинхронизации. Такая концепция позволяет использовать её при построении согласованных асинхронных систем.