Вставская Е.В. Архитектура ЭВМ, систем, сетей, лекции

Подождите немного. Документ загружается.

проводят не профессиональные программисты, а специалисты в той или иной

конкретной области приложения.

Системное программное обеспечение используется для управления

вычислительной машиной во время выполнения или разработки других

программ. Его часто называют также операционной системой (ОС). По

функциональному назначению ОС подразделяются на исполнительные и

инструментальные. Исполнительные ОС обеспечивают выполнение на ЭВМ

пользовательских задач, или, более точно, функционирование ППО.

Инструментальные ОС предназначены для обеспечения работы ЭВМ в

процессе выполнения ИПО. С точки зрения сложности СПО наиболее

трудоёмкая составляющая ПО и требует от разработчиков глубоких знаний

как в области программирования, так и в области аппаратного обеспечения

вычислительных машин.

В современной теории программирования термин «программное

обеспечение» понимается двояко - в широком и узком смысле. Приведенное

выше определение раскрывает узкий смысл этого термина. Часто под

программным обеспечением подразумевают не только совокупность

программ, но еще и сопроводительную документацию к ним (инструкции по

использованию, описание используемых языков программирования и т. д.).

Сама по себе сопроводительная документация не является программным

продуктом, но без неё понять и разобраться в программном обеспечении,

понимаемом в узком смысле этого слова, невозможно.

2.2 Состав программного обеспечения систем коммутации

с программным управлением

Как и в любом ПО большого объёма в ПО систем коммутации с

программным управлением (СКПУ) присутствуют все три его составляющие

171

типа: инструментальное, прикладное и системное. Состав ПО СКПУ приведен

на рис. 61.

Инструментальное программное обеспечение предназначено для

автоматизации проектирования программ на различных уровнях - от уровня

алгоритмов до уровня машинных команд. Автоматизация процесса

проектирования программ основывается на использовании специальных

систем автоматизации проектирования (САПР), соответствующих

различным уровням разработки ПО. Объём и сложность ПО СКПУ диктует

необходимость использования следующих САПР:

ПО СКПУ

ИПО

СПО

ППО

САПР на языке

спецификаций

(SDL)

САПР

на ЯВУ реального

времени (CH ILL)

САПР на машинно-

зависимом ЯВУ

САПР на языке

ассемблера

Инструмен-

тальная ОС

Исполни-

тельная ОС

Управ-

ляющие

програм-

мы

Средства

интерак-

тивного

общения

Управля-

ющие

програм-

мы

Средства

интерак-

тивного

общения

(MML)

Основное

Вспомога-

тельное

Коммута-

ционные

програм-

мы

Админис-

тративные

програм-

мы

Програм-

мы техоб-

служива-

ния

Пакет

автомати-

зации

отладки

основного

ППО

Пакет

испыта-

тельных

программ

Система

генерации

основного

ПО

Рис. 61 Состав программного обеспечения

1 САПР на основе языка спецификаций. Разработка любой программы

начинается с проектирования алгоритма ее решения. Алгоритм задачи

оформляется в виде блок-схемы, состоящей из ряда условных обозначений. В

172

качестве первичных описаний алгоритмов функционирования СКПУ МККТТ

рекомендует использовать язык SDL (Specification and Description Language),

основанный на представлении систем коммутации в языке конечных

автоматов.

Система автоматизации проектирования на основе языка SDL

обеспечивает автоматическое преобразование алгоритма функционирования

СКПУ, описанного в терминах языка SDL, в программу на одном из языков

программирования. Такая САПР в качестве составных элементов содержит:

- программу верификации, обеспечивающую автоматический поиск

логических ошибок в первичном описании алгоритмов СКПУ;

- программу структуризации, обеспечивающую автоматическое

преобразование первичного описания алгоритмов СКПУ к структурному

виду, соответствующему требованиям структурного программирования.

2 САПР на языке высокого уровня (ЯВУ) реального времени. В

настоящее время разработаны несколько языков высокого уровня,

специально ориентированных на создание программного обеспечения систем

реального времени. Наиболее характерными примерами таких являются

языки Ада, Модула и CHILL. Последний разработан под эгидой МККТТ и

ориентирован на разработку ПО электронных СКПУ, что нашло своё

отражение в названии этого языка CHILL - сокращение от CCITT High Level

Language (язык высокого уровня МККТТ). Применение этого языка

способствует увеличению производительности труда программистов,

поскольку в нём используется целый ряд конструкций, специально

предназначенных для разработки программ поддержки функционирования

систем реального времени.

3 САПР на машинно-зависимом языке высокого уровня. Использование

данного типа языков дает программисту все преимущества обычного ЯВУ и

вместе с тем позволяет учитывать архитектурные особенности конкретной

ЭВМ, входящей в состав управляющей системы. Примером может служить

173

язык PL/M-86, на котором разработано практически всё программное обеспе-

чение ЭАТС-200. В рассматриваемую САПР входит программа компилятора,

обеспечивающая перевод программ на язык машинных команд.

4 САПР на языке ассемблера. Языки низкого уровня типа ассемблера

используются для разработки программ с нормированным временем

выполнения. В состав САПР на языке ассемблер входят следующие

программы:

- транслятор, обеспечивающий автоматическое преобразование программ

с языка ассемблера в язык машинных команд;

- редактор связей (компоновщик), служащий для объединения различных

частей одной программы в единый программный модуль. Неотъемлемой

частью САПР всех уровней являются программы работы с текстовой

информацией. Эти программы предназначены для создания и

редактирования текстов программ, написанных на различных языках

программирования. В процессе редактирования текста можно производить,

например, размножение отдельных строк, перемещение частей текста,

контекстный поиск или замену, исправление информации в пределах одной

или нескольких строк и т. д. Предусматривается возможность

редактирования одновременно нескольких текстов, например, созданных в

различное время. В этом случае может производиться сравнение, сортировка,

объединение текстов и т. д. Кроме того, программы работы с текстовой

информацией дают возможность производить перенос текстов, запись и

считывание на внешние носители информации (магнитные диски, ленты и т.

д.).

Работа с текстовой информацией осуществляется, как правило, в режиме

диалога с программистом и с использованием так называемых экранных

редакторов текста. Последние обеспечивают отображение на экране дисплея

как самого текста, так и всех процедур по его редактированию, что дает

пользователю максимум удобств.

174

Прикладное программное обеспечение СКПУ (рис.61) может быть

разбито на основное и вспомогательное. Основное прикладное программное

обеспечение содержит программы и данные, предназначенные для

обеспечения функционирования ЭВМ в процессе управления СКПУ, т. е.

обеспечивает все этапы технологического процесса установления соединений.

Вспомогательное ППО используется на этапе разработки основного ППО и

подготовки АТС в эксплуатацию. Оно используется для автономной и

комплексной отладки, испытания основного ППО, а также для генерации

программного обеспечения каждого конкретно экземпляра АТС.

Основное ППО состоит из коммутационных, административных и

программ техобслуживания. Коммутационные программы предназначены для

управления процессом установления соединения на станции (определение

состояния абонентской линии, приём номера вызываемого абонента,

контроль за состоянием разговорного тракта, обработка всех видов

сигнализации и т. д.). Административные программы служат для

удовлетворения запросов абонентов и администрации сети связи (управление

абонентскими и станционными данными, контроль телетрафика и сбор

статистической информации, управление учётом стоимости разговора,

выдача различного рода справок и т. д.). Программы техобслуживания

обеспечивают поддержание в работоспособном состоянии аппаратно-

программных средств СКПУ (контроль оборудования с целью выявления

неисправностей, диагностика отказавшего устройства, локализация

неисправности, включение в работу восстановленных устройств и т. д.).

Вспомогательное ППО содержит системы автоматизации отладки,

испытательных программ и генерации основного ППО. В задачу системы

автоматизации отладки входит прежде всего верификация, под которой

понимают обнаружение и устранение допущенных при разработке основного

ППО ошибок. Большой объём и сложность основного ППО СКПУ,

необходимость работы в реальном масштабе времени и взаимодействие с

175

многочисленными внешними устройствами делает процесс отладки

чрезвычайно сложным. Система автоматизации отладки даёт разработчику

удобные и эффективные средства управления процессом выполнения

отлаживаемых программ, включающие принудительную остановку их

выполнения с выведением промежуточных результатов работы, имитацию

необходимых для отладки ситуаций, учёт временных соотношений и т. д.

Система генерации основного ППО необходима для подготовки ПО для

каждой конкретной станции. Эта система обеспечивает учёт конкретных

особенностей отдельных экземпляров АТС (ёмкость, число и коды

направлений, категории абонентов и т. д.). Система испытательных программ

предназначена для проверки правильности функционирования оборудования

и ПО СКПУ после его установки на объекте без подключения на станцию

реальной нагрузки (трафика). Эти же программы находят применение при

расширении ёмкости станции, обеспечивая проверку работоспособности

вновь установленного оборудования.

Согласно рассмотренному выше, ПО СКПУ содержит прикладное и

инструментальное программное обеспечение. Вследствие этого системное

программное обеспечение можно разделить на исполнительную и

инструментальную ОС (см. рис. 61). Несмотря на кажущуюся общность

назначения инструментальной и исполнительной ОС (поддержка

функционирования соответствующих программ), между ними существует

принципиальная разница, заключающаяся в степени участия человека в

управлении ходом работы ЭВМ (степени интерактивности). В инстру-

ментальной ОС управление осуществляется главным образом посредством

директив, полученных от оператора (программиста, пользователя), которые

вызывают выполнение определенной последовательности действий. В

исполнительной ОС выполнение действия вызывается в результате работы

некоторой специальной управляющей программы ОС при минимальном

участии человека. Применительно к СКПУ исполнительная ОС должна

176

обеспечивать параллельное выполнение большого числа программных

модулей с различными приоритетами и периодами запуска.

Таким образом, средства диалогового (интерактивного) общения в случае

инструментальной ОС имеют определяющее значение для её

функционирования, а в случае исполнительной ОС - лишь вспомогательное,

например, при возникновении аварийных ситуаций в СКПУ и проведении

плановых контрольно - диагностических проверок. Интерактивные средства

исполнительной ОС МККТТ рекомендует проектировать на основе языка

MML [Man Machine Language - язык общения (диалога) человека с ЭВМ].

2.3 Этапы и средства разработки программного обеспечения

СКПУ

Для разработки ПО СКПУ МККТТ рекомендует использовать

нисходящую стратегию проектирования программ, которую также называют

стратегией «сверху вниз». В соответствии с этой стратегией весь процесс

разработки ПО разбивается на отдельные этапы, отличающиеся уровнем

представления СКПУ. Все виды работ на различных уровнях тесно

увязываются друг с другом.

На самом верхнем или на начальном этапе разработки проектируется

алгоритм функционирования СКПУ в терминах и понятиях наиболее

крупного ранга. Далее на основе результатов верхнего уровня

разрабатывается более детальный алгоритм и так до тех пор, пока не будет

достигнута полная детализация. В процессе проектирования ПО СКПУ можно

выделить следующие этапы (уровни):

- спецификация и планирование системы;

- системное проектирование;

- детальное проектирование;

177

- программирование (кодирование программ в терминах языков

различных уровней);

- компоновка;

- верификация;

- генерация;

- документирование.

Первые три этапа ориентированы на разработку алгоритмов

функционирования СКПУ- алгоритмического обеспечения. Четвёртый и

пятый этапы предназначены для разработки собственно программного

обеспечения. На этапе верификации осуществляются поиск и устранение

ошибок. Этап генерации предназначен для учёта особенностей конкретных

АТС. Этот этап по существу завершает разработку ПО в узком смысле. Этап

документирования завершает разработку ПО СКПУ в широком смысле.

В соответствии с принятой стратегией нисходящего проектирования

последовательность чередования этапов можно представить в виде

диаграммы на рис.62, которая отражает сложный процесс разработки ПО

СКПУ с многочисленными возвратами и итерациями. Рассмотрим

содержание каждого этапа более подробно.

Этап составления спецификации и планирования системы начинается с

момента получения технического задания на разработку СКПУ.

Разрабатывается укрупнённая структурная схема ПО, определяется перечень

(спецификация) основных параметров и состав всех процессов, которые

должны быть отражены в программном обеспечении. В результате работ на

данном этапе получают функциональную спецификацию системы, которая

используется на последующих этапах при планировании работ.

178

Спецификация и

планирование

системы

Системное

проектирование

Детальное

проектирование

Программирование

Компоновка

Верификация

Генерация

Документирование

SDL

CHILL

MML

SDL

CHILL

Рис. 62 Этапы разработки программного обеспечения

На этапе системного проектирования выделяются стандартные

процессы, определяются информационные связи между ними, порядок и

способ обмена сигналами. Этот этап предназначен для детализации

функциональной спецификации СКПУ, полученной на предыдущем этапе.

Этап детального проектирования завершает эту детализацию,

обеспечивая получение алгоритмов, отражающих действительное поведение

179

системы. Результат работ на данном этапе - функциональное описание,

служащее основой дальнейшей разработки ПО СКПУ. Для работ на трёх

выше рассмотренных этапах МККТТ рекомендует использовать язык SDL.

Этап программирования предназначен для записи полученных выше

алгоритмов на одном из языков различного уровня. МККТТ рекомендует в

качестве ЯВУ использовать язык CHILL. На этапе компоновки решаются

задачи связывания отдельных модулей программы в единую систему

программного обеспечения. Из-за большого объёма и сложности СКПУ задачи

этого типа оказываются весьма трудоёмкими, требующими применения

специальных инструментальных средств.

Этап верификации - это выявление и устранение ошибок. Значение

данного этапа для ПО СКПУ трудно переоценить так как от эффективности

проведения работ в его рамках во многом зависит качество ПО СКПУ.

Следует иметь в виду, что рис.62 даёт лишь упрощенное представление о

нисходящей стратегии проектирования программ. На практике этап верифи-

кации начинается гораздо раньше, практически после этапа спецификации и

планирования системы. МККТТ рекомендует на этом этапе использовать

язык MML, обеспечивающий возможность диалога «человек-машина» в

процессе отладки и настройки ПО СКПУ.

Этап генерации используется для записи готовых программ на

машинные носители информации. На этом этапе осуществляется учёт

особенностей конкретных экземпляров АТС.

Документирование ПО СКПУ является неотъемлемым этапом его

разработки. Качественно составленная документация облегчает дальнейший

процесс использования ПО. В больших программных системах типа ПО

СКПУ этап документирования аналогично этапу верификации начинается

фактически в процессе выполнения работ на первом этапе - спецификации и

планирования системы. В качестве средств выполнения работ на данном

180