Microsoft Word впвс book 2011 sev pa doc

1.2 Состояние и перспективы высокоуровневого 
проектирования ВсС 
1.2.1 Проектирование заказных микропроцессорных систем 
Сложившаяся практика проектирования вычислительных систем вообще и 
ВсС, в частности, как было отмечено выше, состоит в выборе одной из 
канонических вычислительных платформ (ВП), на которой за счет программной 
надстройки решается прикладная задача. Задача делится на две части: 
выбирается база (платформа), база достраивается вверх (за счет 
программирования в широком смысле) до получения требуемой ВС. Для такого 
способа 
проектирования 
существуют 
технологические 
приемы 
и 
инструментальные средства. Примерами являются языки программирования, на 
которых описывается конечная задача, исполнительные устройства (готовые 
вычислительные машины) и трансляторы. 
Применяется и второй вариант: выбирается ВП и наряду с достройкой 
вверх выполняется модификация вниз. В этом случае базовая платформа 
выступает и в роли прототипа. Такой способ используется реже из-за высокой 
трудоемкости. 
Первая проблема, с которой сталкиваются разработчики ВсС, состоит в 
следующем: 
• существующие языки программирования предполагают описание задачи для
идеализированной виртуальной (языковой) машины; 
• транслятор отображает эту языковую машину на реальную машину, внося 
определенные ограничения и не учитывая многих важных технических 
особенностей исполнительской машины (например, особенностей системы 
ввода-вывода, защитных механизмов и др.); 
• для того чтобы учесть эти ограничения и особенности, программисту 
необходимо помимо знаний о языковой машине иметь знания о трансляторе 
и об исполнительской машине. 
На сегодня отсутствует единая система описания этих трех составляющих, 
они описываются в различных предметных пространствах и языковых стилях. 
Вторая проблема – большое число задач, особенно в области систем 
управления физическими объектами, которые плохо укладываются в схему 
реализации на основе канонических ВП с языковой программно – реализуемой 
надстройкой. При таком подходе решения оказываются экономически 
неоптимальными, либо задача вообще не решается в рамках современных 
технических средств. Необходимо проектировать специализированные ВП, 
например, с высокой степенью параллелизма и специализацией операционных 
блоков. Попытка проектировать целевую ВсС на такой архитектурной основе по 
описанной выше массовой традиционной технологии катастрофическим 
образом обостряет проблему нестыковки специфических требований языковой 

---

26 
машины, трансляторов и ВП. Если для определенного класса задач 
традиционная схема проектирования приемлема, то для специализированных 
систем эффективность проектирования может сводиться к нулю (огромные 
проблемы с параллелизмом, с защитными механизмами, с ограничением 
реального времени, с тестированием и отладкой и т.д.). 
Третья проблема связана с постоянно растущим объемом необходимого 
проектирования ВсС. Разобщенность описаний, отмеченная выше, препятствует 
повторному использованию разработанных компонентов (аппаратных блоков, 
программ, реализаций алгоритмов и т.д.). Магистральным направлением в 
повышении эффективности проектирования, как отмечают ведущие 
специалисты, является закрепление результатов разработок в виде абстрактных 
технических решений, инвариантных к способу реализации [71]. Переходу в 
проектировании 
ВсС 
на 
такой 
уровень 
препятствует 
отсутствие 
соответствующей методологии, языковой базы и инструментальных средств. 
Сегодня на рынке востребованы все варианты проектирования ВсС по 
шкале «глубины погружения» в аппаратно-программную организацию системы: 
• Прикладное программное обеспечение (ПО); 
• Прикладное и системное ПО; 
• Устройства сопряжения с объектом (УСО), прикладное, системное ПО; 
• Аппаратура «центра», коммуникации, УСО, прикладное и системное ПО. 
Как отмечается в [41], проектирование ведется в рамках трех типовых 
сценариев (рис. 1.3): 
• целевая ВсС (a); 
• платформа ВсС (b); 
• модификация существующей ВсС (c). 
Анализ традиционного процесса проектирования ВсС позволяет выделить 
следующие недостатки: 
• неформальное разбиение на аппаратную и программную части на начальном 
шаге; 
• последовательное проектирование аппаратуры и программы; 
• раздельное моделирование аппаратуры и программы; 
• ручная интеграция аппаратной и программной частей проекта; 
• компенсация выявившихся в процессе отладки ошибок за счет изменения 
программы. 

---

27 
Рис. 1.3. Типовые сценарии проектирования ВсС [41] 
Основные тенденции в развитии процессов и средств проектирования ВсС 
непосредственно связаны с увеличением удельного веса и усилением значения 
этапов архитектурного, функционального, логического проектирования: 
• Повышение уровня абстракции проектирования; 
• Широкое применение моделирования, методов формального анализа и 
верификации моделей; 
• Выделение уровня абстрактного представления вычислительного процесса; 
• Выделение технологий создания встраиваемого ПО (ВПО). 
Перечисленные этапы проектирования сегодня составляют до 70% общего 
объема разработки ВсС (рис. 1.44) и относятся к области высокоуровневого 
проектирования (НLD), центральным понятием которого следует считать