«ЯЗЫК ДРАКОН КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ В краткой форме изложены наиболее важные идеи языка ДРАКОН. В данном материале использованы главы из еще не опубликованной книги. Если Вы желаете прочитать более полное описание, скачайте ...»

Как их отличить? В первом случае переключатель имеет два выхода, во втором — только один. Есть еще одно отличие. Если вверх загибается выход иконы «вопрос» — это обычный цикл (ДО, ПОКА или гибридный). А если кверху идет выход переключателя — перед нами переключающий цикл.

ЦИКЛ ДЛЯ

На рис. 84 и 85 показаны два варианта решения простой математической задачи. В первом случае используется цикл ДО, во втором — цикл ДЛЯ.

Цикл ДЛЯ — составной графический оператор (рис. 5, макроикона 6).

Он содержит иконы «начало цикла ДЛЯ» и «конец цикла ДЛЯ» (рис. 4, иконы И13, И14), между которыми располагаются одна или несколько других икон.

Внутри иконы «начало цикла ДЛЯ» указываются переменная цикла, ее начальное и конечное значения и шаг. Порядок записи этих величин определяется выбранным вариантом текстового синтаксиса. На рис. изображен вариант, по умолчанию принимающий, что шаг равен 1.

ВЕТОЧНЫЙ ЦИКЛ

Циклы, описанные выше, могут использоваться как в примитиве, так и в силуэте. В этом параграфе речь пойдет о веточном цикле, который встречается только в силуэте.

Веточный цикл — это повторное исполнение одной и той же ветки.

Чтобы построить веточный цикл, нужно написать в иконе «адрес» название данной ветки (или более левой ветки).

На рис. 68 изображен циклический алгоритм «Покраска забора». Можно ли нарисовать его в виде силуэта? Да, можно. Результат показан на рис. 86.

Во второй ветке слово «Покраска» встречается дважды: вверху и внизу. Это значит, что перед нами веточный цикл. Бегунок, доехав до адреса «Покраска», тут же вернется к началу ветки и будет «утюжить» ее вновь и вновь.

Циклическое движение по ветке «Покраска» будет продолжаться, пока выполняется условие продолжения цикла:

Когда Том Сойер кончит красить забор, появится условие окончания цикла:

После этого бегунок, проходя через икону «вопрос», повернет направо и через адрес «Завершение» попадет в ветку «Завершение». На этом алгоритм закончит работу (рис. 86).

Другой пример веточного цикла показан на рис. 87. Как и любой цикл, веточный цикл может иметь основной и досрочный выходы (рис. 88 и 89).

Веточный цикл можно использовать в сочетании с циклами ПОКА и ДО.

Например, на рис. 90 изображена конструкция «цикл в цикле». Внутри веточного цикла «Покраска» находится цикл ДО, содержащий иконы:

Вопрос. Зачем нужны маленькие черные треугольники в иконах «Покраска» и «Покупка плюшек» (рис. 86—90)?

Ответ. Это флажки. Они привлекают внимание и позволяют легко заметить веточный цикл даже при беглом взгляде.

ПРЕЖНИЙ ПОДХОД ИСЧЕРПАЛ СЕБЯ

Описание циклов с помощью текста следует признать устаревшим. Визуальные циклы гораздо удобнее и эффективнее.

Существующая «текстовая» традиция возводит в ранг закона «насилие» над мыслью программиста, заставляя его, в частности, вводить никому не нужные и нередко опасные инверсии логических условий.

Например, язык Си требует: «выход из цикла производится только по false». Данное требование заставляет «искалечить» пример на рис. 68 и заменить утвердительный вопрос «Все доски покрашены?» на отрицательный «Доски не покрашены?».

Это явно противоречит рекомендациям эргономики, согласно которым отрицательные вопросы нежелательны, ибо провоцируют ошибки [2].

ВЫВОДЫ

1. В различных текстовых языках при описании циклов применяются разные наборы ключевых слов, имеющих к тому же разную семантику.

Неразбериху усугубляют отличия в логике окончания цикла. Например, в языке Си для циклов while и do-while условие окончания цикла соответствует значению false или 0, условие продолжения — значению true или 1. В языке Паскаль картина иная: в цикле while-do выход из цикла соответствует значению false, а в цикле repeat-until по каким-то загадочным причинам применяется диаметрально противоположный принцип:

выход из цикла производится, когда логическое выражение принимает значение true. Все эти путаные правила программист обязан знать и неукоснительно выполнять.

2. Отсутствие унификации ключевых слов и разнобой в определении условий выхода из цикла является серьезным недостатком. Программисты вынуждены зубрить ключевые слова и значения условий, причем освоение каждого следующего языка требует новой зубрежки.

3. С точки зрения визуального программирования, указанные трудности являются надуманными и легко устраняются. Надо лишь отказаться от сложившихся привычек и устаревших стереотипов мышления, связанных с текстовым программированием. Визуализация качественно меняет ситуацию, поскольку текст больше не является единственным носителем информации.

4. Визуальные образы уменьшают нагрузку на память программиста. Ликвидируют ошибки, вызванные неправильным пониманием семантики ключевых слов. Отменяют ненужные ограничения. Предоставляют пользователю богатую палитру выразительных средств. И в конечном итоге обеспечивают более высокую понимаемость алгоритмов и программ.

5. Визуализация циклов — весьма полезный инструмент, так как сложные вложенные циклы со многими выходами часто бывают источником трудных ошибок. Многие из них возникают из-за путаницы, связанной с устаревшей привычкой описывать циклы словами. Сегодня никто не пытается заменить конструкторские и строительные чертежи словесными описаниями. По мнению автора, текстовая форма записи циклов во многих случаях является таким же анахронизмом, как словесное описание механического чертежа или электрической схемы.

';

ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ЛОГИЧЕСКИХ ФОРМУЛ

ЩЕПОТКА МАТЕМАТИКИ

В большинстве случаев математики записывают алгоритмы в виде текста (математического текста). В последнее время бурно развивается новое направление — графическое представление алгоритмов и программ.

Однако известные чертежи алгоритмов обладают важным недостатком — они слишком трудны для понимания. Язык ДРАКОН выгодно отличается от конкурентов тем, что удовлетворяет критерию сверхвысокого понимания и облегчает работу с алгоритмами.

Тем не менее, есть одно «но». Читатель-математик вправе усомниться:

обеспечивают ли дракон-схемы необходимую математическую строгость?

Является ли графическая запись алгоритмов столь же точной, как и текстовая математическая запись?

На этот вопрос следует дать утвердительный ответ. Дракон-схемы нисколько не уступают тексту. Чтобы пояснить суть дела, рассмотрим частный случай — алгоритмическую конструкцию Если–то–иначе и равносильную ей дракон-схему (рис. 91). Из рисунка видно, что обе формы алгоритма (текст и схема) математически равносильны, т.е. выражают в точности одинаковое содержание.

Если (Суп готов? = да) (Текст и схема математически равносильны) Введем обозначения:

Подставив новые обозначения в рис. 91, получим «буквенный» алгоритм на рис. 92.

(Текст и схема математически равносильны) Применим рокировку к дракон-схеме. Для этого в правой части рис. поменяем местами:

Аналогичные изменения произведем и в левой части рис. 92. Результат представлен на рис. 93.

Рис. 93. Буквенный алгоритм после рокировки.

(Текст и схема математически равносильны) Заметим, что все четыре формы записи алгоритма, показанные на рис.

92 и 93, равноценны. Можно сказать и по-другому: один и тот же алгоритм записан четырьмя разными способами.

Сделаем следующий шаг рассуждений. Уберем из рис. 93 символы А, В, С, да, нет, =. В итоге получим рис. 94.

(Текст и схема математически равносильны) Абстрактная дракон-схема — схема, из которой удалены все текстовые надписи. На рис. 94 справа показан частный случай такой схемы — абстрактная развилка. Ее математический смысл выражается формулой Если то иначе (If Then Else).

Сделанные пояснения убедительно подтверждают, что графический узор дракон-схемы является четко определенным математическим объектом.

Сочетание математической строгости и богатых возможностей когнитивно-эргономического подхода позволили превратить язык ДРАКОН в чрезвычайно удобный инструмент, обеспечивающий беспрецедентный рост производительности умственного труда при решении широкого класса задач.

ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ФУНКЦИИ «И»

— Где можно купить щенка?

— В нашем городке они продаются на рынке, но сегодня рынок закрыт. К тому же щенков продают не каждый день. Щенки довольно дорогие и какие-то невзрачные — не знаю, понравятся ли они вам.

Упростим ситуацию. Будем считать, что покупка щенка возможна в том и только в том случае, когда выполняются три условия (рис. 95):

В итоге получаем логическую функцию где Х означает «Можно купить щенка» (рис. 95).

БУДЬТЕ ПРОЩЕ — К ВАМ ПОТЯНУТСЯ!

В традиционных языках программирования значениями логических переменных считаются пары (ИСТИНА, ЛОЖЬ) или (1, 0). С эргономической точки зрения, такой подход нельзя признать удачным.

В самом деле, использование «шибко мудреных» слов ИСТИНА и ЛОЖЬ или таинственных цифр 1 и 0 в примере о щенках (как и в любом другом конкретном примере) является надуманным и дезориентирующим.

Оно не содействует пониманию сути дела, а наоборот, затемняет картину.

Чтобы поправить дело, надо убрать никому не нужные сложности.

В качестве значений логических переменных и логических функций гораздо лучше выбрать простые и ясные слова «да» и «нет». Смысл этих слов не требует пояснений. Он понятен любому. Даже ребенок знает, что такое «да» и «нет».

Поэтому в языке Дракон используются ключевые слова «да» и «нет». А логические функции, переменные и выражения рассматриваются как данетные вопросы или утверждения.

ЛОГИЧЕСКАЯ ФУНКЦИЯ «И»

Логическая функция И — это функция, которая принимает значение «да», если все логические переменные имеют значение «да».

В остальных случаях функция приобретает значение «нет» (рис. 95).

АЛГОРИТМЫ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ ФУНКЦИЮ «И»

На рис. 96 приведены два примера алгоритмов. Слева описан рассказ о покупке щенков. Справа тот же самый алгоритм представлен в абстрактной математической форме.

Попытайтесь в правом алгоритме найти и выделить логическую функцию «И». Полученный результат пригодится при анализе рис. 97.

ДВА СПОСОБА ЗАПИСИ ФУНКЦИИ «И»

На языке ДРАКОН существуют два способа записи функции И: текстовый и визуальный.

В первом случае используют одну икону «вопрос», внутри которой пишут логическое выражение, состоящее из логических переменных, соединенных знаками логической операции И (рис. 97 слева).

В другом случае на одной вертикали рисуют N икон «вопрос», где N — число логических переменных, причем в каждой иконе записывают одну логическую переменную (рис. 97 справа).

КАКОЙ СПОСОБ ЛУЧШЕ: ТЕКСТОВЫЙ ИЛИ ВИЗУАЛЬНЫЙ?

Визуальная формула на рис. 97 показывает, что оба способа эквивалентны.

Для практического использования рекомендуется визуальный способ, так как он более нагляден и позволяет быстрее найти ошибку в сложном алгоритме. Следует подчеркнуть, что текстовый способ не является запрещенным, но пользоваться им следует с осторожностью и лишь в тех случаях, когда пользователь убежден в своих способностях гарантировать отсутствие ошибок.

Опыт показывает, что большинство людей выбирает визуальный способ как более легкий. Однако подготовленные специалисты, знакомые с основами математической логики, иногда предпочитают текстовый метод. Таким людям можно посоветовать освоить оба метода.

СРАВНЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ФОРМУЛЫ

И ДРАКОН-СХЕМЫ

На рис. 98 приведена математическая формула и равносильная ей дракон-схема. Какую из них следует предпочесть? Какая является более эргономичной?

Слева представлена традиционная формула, понятная далеко не всем.

Формула справа, написанная на языке ДРАКОН, намного легче для понимания. Она становится еще более наглядной, если заменить абстрактные буквы Q, R, S, B на конкретные производственные понятия. Например:

Два объекта (текстовый слева и графический справа на рис. 98) математически равносильны. Это значит, что графическая дракон-схема является МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ФОРМУЛОЙ.

Отсюда вытекает, что математические формулы бывают не только текстовые, но и графические.

И последнее. Анализируя формулу слева на рис. 98, обычно приходится вникать в сложные подробности, например:

Дракон-схема (рис. 98, справа) хороша тем, что полностью избавляет читателя от подобной ненужной работы.

ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ФУНКЦИИ «ИЛИ»

Пете не повезло — он заболел. Что с ним случилось?

На этот счет может быть тьма ответов. Но медициной мы заниматься не будем. Ограничимся логикой.

Для простоты будем считать, что Петя болен, если выполняется хотя бы одно из трех условий (рис. 99):

В итоге получаем логическую функцию где Х означает «Петя заболел» (рис. 99).

ЛОГИЧЕСКАЯ ФУНКЦИЯ «ИЛИ»

Логическая функция ИЛИ — это функция, которая принимает значение «да», если хотя бы одна логическая переменная имеет значение «да».

Функция принимает значение «нет», если все логические переменные имеют значение «нет» (рис. 99).

АЛГОРИТМЫ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ ФУНКЦИЮ «ИЛИ»

На рис. 100 приведены два примера алгоритмов. Слева рассказ о Петиных недугах. Справа тот же самый алгоритм представлен в абстрактной математической форме.

Попытайтесь в правом алгоритме найти и выделить логическую функцию «ИЛИ». Полученный результат пригодится при анализе рис. 101.

ДВА СПОСОБА ЗАПИСИ ФУНКЦИИ «ИЛИ»

На языке ДРАКОН существуют два способа записи функции ИЛИ: текстовый и визуальный.

В первом случае используют одну икону «вопрос», внутри которой пишут логическое выражение, состоящее из логических переменных, соединенных знаками логической операции ИЛИ (рис. 101 слева).

В другом случае лесенкой рисуют N икон «вопрос», где N — число логических переменных, причем в каждой иконе записывают одну логическую переменную (рис. 101 справа).

КАКОЙ СПОСОБ ЛУЧШЕ: ТЕКСТОВЫЙ ИЛИ ВИЗУАЛЬНЫЙ?

Визуальная формула на рис. 101 показывает, что оба способа эквивалентны.

Для практического использования рекомендуется визуальный способ.

Он более нагляден и позволяет быстрее понять суть сложного алгоритма.

Следует подчеркнуть: ДРАКОН не запрещает работать с левой формулой. Но тем, для кого она трудна, он предлагает более гуманный и легкий вариант.

СРАВНЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ФОРМУЛЫ

И ДРАКОН-СХЕМЫ

На рис. 102 приведена математическая формула и равносильная ей дракон-схема.

Слева — традиционная текстовая формула, понятная узкому кругу математиков и программистов.

Справа — «демократическая» графическая формула, записанная на языке ДРАКОН. Она понятна значительно более широкому кругу работников. Как показывает практика, правая формула доступна даже тем людям, которые испытывают непреодолимые затруднения при работе со сложной левой формулой.

Анализируя формулу слева на рис. 102, нередко приходится вникать в сложные подробности, например:

Дракон-схема (рис. 102, справа) хороша тем, что полностью избавляет читателя от подобной ненужной работы.

ЛОГИЧЕСКИЙ ФРАГМЕНТ ДРАКОН-СХЕМЫ

На рис. 103 схема И представлена двумя способами: слева и справа.

Подобная неоднозначность зрительных образов нежелательна, так как может привести к путанице. В связи с этим левая схема считается «незаконной» и исключается из рассмотрения. Весь дальнейший текст относится исключительно к «законной» правой схеме.

Определение. Фрагмент дракон-схемы называется логическим, если он имеет один вход, два выхода и содержит только иконы «вопрос».

Левый выход логического фрагмента называется главным, правый — инверсным. Главный выход лежит на шампуре и обычно обозначается буквой Х. Инверсный выход находится справа от шампура и обозначается буквой Х (рис. 103).

В реальных дракон-схемах буквы Х и Х обычно не пишут, а подразумевают.

ЛОГИЧЕСКАЯ ФУНКЦИЯ «НЕ»

Логическая функция НЕ — это функция W = Z, где логические переменные Z и W принимают инверсные значения, то есть удовлетворяют условиям:

ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ФУНКЦИИ «НЕ»

Как известно, логическое отрицание представляет определенную трудность для понимания. В связи с этим Эдвард Йодан советует:

«Если это возможно, избегайте отрицаний в булевых выражениях.

Представляется, что их понимание представляет трудность для многих программистов» [2].

Учитывая сказанное, ниже будет показано, что логическое отрицание (а также логические связки «И» и «ИЛИ») можно безболезненно изъять из логических выражений.

Правило. Знак логического отрицания (верхнюю черту) всегда можно исключить из дракон-схемы. Для этого надо поменять местами слова «да» и «нет» на выходах иконы вопрос.

(При этом иконы, находящиеся в плечах развилки, следует оставить на своих местах).

Визуальные формулы на рис. 104 иллюстрируют это правило.

КАНОНИЧЕСКИЙ ВИД ДРАКОН-СХЕМЫ

Определение. Дракон-схема имеет канонический вид, если она:

• не содержит логических связок И, ИЛИ, НЕ;

• не содержит повторяющихся частей, которые можно удалить с помощью операций горизонтального и вертикального объединения;

• иконы «вопрос», образующие логическую схему И расположены на шампуре, (см. рис. 97, справа);

• иконы «вопрос», образующие логическую схему ИЛИ расположены лесенкой, (см. рис. 101, справа).

Теорема. Дракон-схему всегда можно привести к каноническому виду с помощью цепочки равносильных преобразований.

Приведение дракон-схемы к каноническому виду показано для частного случая (рис. 105).

Упражнения на рис. 106 помогут читателю закрепить материал.

ЗАПРЕЩЕННЫЕ ДРАКОН-СХЕМЫ

На рис. 103 был показан пример запрещенной схемы «И». Рассмотрим вопрос в более общем виде.

Правило. Выход логической функции Х должен находиться на шампуре.

Понятие «канонический вид» подразумевает запрет использовать дракон-схемы на рис. 107 слева. Запрет объясняется тем, что в этих схемах выход логической функции Х удален от шампура.

Теорема. Если главный выход логической дракон-схемы есть результат вычисления логической функции Х, то инверсный выход вычисляет ее логическое отрицание X.

Доказательство теоремы предоставляем читателю.

ВИЗУАЛИЗАЦИЯ СЛОЖНЫХ ЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ

Рассмотрим функцию На рис. 108 показан визуальный способ записи этой функции. Из рисунка видно, что формула (1) разбивается на три части:

Функция А и B и С изображается с помощью трех икон А, В, С, расположенных на одной вертикали. Аналогично рисуют функцию D и Е и F. Связка «или» реализуется с помощью линий, объединяющих нижние выходы икон С и F в точке K (рис. 108).

В формуле (1) некоторые члены записаны без логического отрицания (А, В, D, Е), другие — с отрицанием ( B, F ). Члены без отрицания превращаются в иконы А, В, D, Е, у которых нижний выход помечен словом «да».

Членам с отрицанием соответствуют иконы В и F, где нижний выход помечен словом «нет» (рис. 108).

Другие примеры алгоритмов, вычисляющих сложные логические функции, представлены на рис. 109, 110.

Опираясь на изложенные соображения, можно показать, что справедлива Теорема. Дракон-схему, содержащую логические связки И, ИЛИ, НЕ внутри икон «вопрос», всегда можно преобразовать в эквивалентную дракон-схему, не содержащую указанных связок.

Доказательство теоремы, как всегда, оставляем читателю.

ВЫВОДЫ

1. В алгоритмах со сложной логикой часто используются условные операторы с логическими выражениями. Опыт показывает, что такие операторы во многих случаях трудны для понимания, что нередко приводит к ошибкам.

2. В языке ДРАКОН используются визуальные логические выражения, позволяющие при желании полностью исключить логические связки И, ИЛИ, НЕ из условных операторов.

3. Визуализация логических формул во многих практически важных случаях заметно облегчает их понимание и уменьшает вероятность ошибок.

ВИЗУАЛЬНЫЕ ОПЕРАТОРЫ

РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ

СПИСОК ОПЕРАТОРОВ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ

В языке ДРАКОН имеется пять икон реального времени (рис. 4, иконы И16 — И20):

Три из них (пауза, пуск таймера и параллельный процесс) — простые операторы. Две другие иконы (период и синхронизатор) служат «кирпичиками» для построения составных операторов и вне последних не используются.

Икона «период» является принадлежностью цикла ЖДАТЬ (рис. 5, макроикона 7). Икона «синхронизатор» служит для образования тринадцати составных операторов (рис. 5, макроиконы 8—20).

Назначение операторов поясним, как всегда, на примерах.

ОПЕРАТОРЫ ВВОДА-ВЫВОДА

В языке ДРАКОН предусмотрены два визуальных оператора ввода-вывода: «вывод» (рис. 4, икона И14) и «ввод» (рис. 4, икона И15). Они не относятся к операторам реального времени и рассматриваются здесь только потому, что встречаются в ближайшем примере.

Из рис. 4 видно, что иконы ввода-вывода имеют мнемоническую форму. Икона И14 содержит полую стрелку, направленную наружу, что символизирует «вывод», а икона И15 — стрелку, направленную внутрь (ввод).

Оба оператора «двухэтажные». На верхнем этаже пишется ключевое слово или ключевая фраза. На нижнем (в прямоугольнике) — содержательная информация, подлежащая вводу и выводу (рис. 122, 123).

Предположим, управляющий компьютер должен выдать серию электрических команд, которые по линиям связи передаются в исполнительные органы и вызывают срабатывание электромеханических реле. В результате происходит открытие трубопровода, включение насоса и другие операции, необходимые для функционирования управляемого объекта.

Такая ситуация может встретиться во многих системах управления реального времени. Например, при заправке топливом баллистических ракет, на атомных электростанциях, нефтеперерабатывающих заводах и т. д.

Рассмотрим пример. Предположим, управляющий компьютер должен:

• выдать команду ОТКРЫТЬ.ТРУБОПРОВОД;

• подождать две минуты;

• выдать две команды: ВКЛЮЧИТЬ.НАСОС и ОТКРЫТЬ.ЗАСЛОНКУ;

• подождать 45 секунд;

• выдать команду ПОДАЧА.ТОПЛИВА;

• подождать три минуты;

• выдать команду ПУСК.АГРЕГАТА.

Соответствующая программа представлена на рис. 122. Задержка выдачи команд реализуется с помощью иконы «пауза». Внутри последней указывается время необходимой задержки. Например, 2 мин (2 минуты), 45 с (45 секунд) и т. д.

Если говорить более точно, верхний оператор «пауза» на рис. 122 работает так. После выдачи команды ОТКРЫТЬ.ТРУБОПРОВОД в управляющем компьютере запускается виртуальный счетчик времени на 2 минуты. По истечении этого времени компьютер выдает в линию связи команды ВКЛЮЧИТЬ.НАСОС и ОТКРЫТЬ.ЗАСЛОНКУ.

ОПЕРАТОРЫ

Вернемся еще раз к задаче, описанной в предыдущем параграфе, и слегка изменим ее. Будем считать, что разработчик управляемого объекта хочет указать время выдачи команд не по принципу «задержка после предыдущей команды», а по принципу секундомера. Это значит, что все времена отсчитываются от единого начального момента (совпадающего с пуском секундомера).

Исходя из этого, сформулируем задачу управляющего компьютера. Он должен:

• включить «секундомер», т. е. обнулить и запустить виртуальный таймер;

• выдать команду ОТКРЫТЬ.ТРУБОПРОВОД;

• когда таймер отсчитает две минуты, выдать пару команд ВКЛЮЧИТЬ.НАСОС и ОТКРЫТЬ.ЗАСЛОНКУ;

• когда таймер отсчитает 2 минуты 45 секунд, выдать команду ПОДАЧА.ТОПЛИВА;

• когда таймер отсчитает 5 минут 45 секунд, выдать команду ПУСК.

АГРЕГАТА.

Программа, реализующая описанный алгоритм, изображена на рис. 123.

В ней используются операторы «пуск таймера» и «синхронизатор», совместная работа которых обеспечивает нужный эффект.

Оператор «пуск таймера» порождает, обнуляет и запускает виртуальный таймер и присваивает ему имя А. Оператор «синхронизатор» задерживает выполнение размещенного справа от него визуального оператора до наступления момента, указанного в иконе «синхронизатор».

Например, синхронизатор А = 2мин 45с на рис. 83 задерживает выдачу команды ПОДАЧА.ТОПЛИВА до момента, когда таймер А отсчитает 2 минуты 45 секунд.

Сравнивая программы на рис. 122 и 123, можно заметить, что они почти эквивалентны. Почему почти?

Чтобы разобраться, рассмотрим идеальный случай. Представим, что время, необходимое для выдачи одной команды равно нулю. В этом случае обе программы будут выдавать команды синхронно.

Однако в действительности идеальные случаи встречаются далеко не всегда. Иногда бывает, что время выдачи одной команды больше нуля. В таком случае программы работают по-разному.

Практика разработки систем управления показывает, что в некоторых ситуациях предпочтительным является принцип паузы, а в других — принцип таймера. Поэтому оба инструмента оказываются в равной степени необходимыми и полезными.

АЛГОРИТМ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ

На рис. 124 представлен более сложный алгоритм, в котором используются операторы «пауза», «пуск таймера» и «синхронизатор».

В средней ветке изображена икона «пауза» с записью 2мин48с. Это означает, что после завершения процедуры ВОЛШЕБНЫЙ РЕМОНТ ТАРЕЛКИ отсчитывается пауза длительностью 2 минуты 48 секунд. И только после этого производится снятие признака АВАРИЯ ТАРЕЛКИ.

Еще одна 4-секундная пауза предусмотрена в левой ветке.

В правой ветке есть икона «пуск таймера» с записью А = 0. Данный оператор порождает, обнуляет и запускает виртуальный таймер А.

В той же ветке установлены три иконы «синхронизатор по таймеру» с записями А = 3мин, А = 5мин и А = 8мин. При этом вызов процедуры ВКЛЮЧИТЬ ТЕЛЕПОРТАЦИЮ произойдет не сразу, а только после того, как таймер А отсчитает 3 минуты. Соответственно включение в работу процедур ОТКЛЮЧИТЬ ГРАВИТАЦИЮ и ВЫХОД ИЗ АСТРАЛЬНОГО ТЕЛА будет задержано до тех пор, пока таймер А не примет значения 5 и 8 минут соответственно.

Из рис. 124 видно, что оператор «пуск таймера» можно применять двумя способами:

• во-первых, совместно с иконой «синхронизатор» (этот случай мы обсудили);

• во-вторых, совместно с иконой «вопрос».

Последний случай рассмотрен в следующем параграфе.

ЦИКЛ ЖДАТЬ

Предположим, нужно в течение 3-х минут ждать появления хотя бы одного из двух признаков ЛЕВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ В НОРМЕ и ПРАВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ В НОРМЕ. При наступлении этого события (появлении одного из признаков) необходимо включить плазменный реактор. Если же названные признаки отсутствуют, по истечении трех минут следует включить фотонный двигатель.

Для решения задачи на рис. 124 используются два оператора:

• пуск таймера Т, отсчитывающего три минуты;

• цикл ЖДАТЬ.

В состав последнего входит икона «период» и три иконы «вопрос». В последних размещены надписи:

• ЛЕВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ В НОРМЕ?

• ПРАВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ В НОРМЕ?

• Т > 3мин Последний оператор проверяет: значение таймера Т больше трех минут?

Если оба признака отсутствуют, а значение таймера не превышает 3-х минут, опрос условий периодически повторяется. При этом период опроса указывается в иконе «период». В данном примере он равен 4 секундам.

Как явствует из рисунка, работа цикла ЖДАТЬ закончится в момент обнаружения одного из ожидаемых признаков, а если они так и не появятся, — через 3 минуты.

ЦИКЛ «ЖДАТЬ» В ОБЩЕМ ВИДЕ

В общем виде цикл ЖДАТЬ показан на рис. 125. Он позволяет организовать режим ожидания признаков В, С, D,..., Е. Если первым появится признак В, выполняется действие F. Если В отсутствует и первым придет признак С, реализуется действие G. И так далее. Операторы А и L обычно не используются.

Задача ожидания нескольких признаков (когда система должна по-разному реагировать на каждый признак) является одной из наиболее типичных при разработке систем управления реального времени.

Цикл ЖДАТЬ предлагает чрезвычайно простое, удобное, наглядное и эффективное средство для ее решения, удовлетворяя тем самым важную потребность практики.

Сравнивая макроиконы 4 и 7 на рис. 5 (обычный цикл и цикл ЖДАТЬ), мы видим, что они очень похожи. Поэтому во избежание путаницы нужно иметь какой-то различительный признак. Эту функцию выполняет икона «период». Если она есть в петле цикла — перед нами цикл ЖДАТЬ. Если нет — обычный цикл.

Человек, который стоит на остановке и ждет появления трамвая, воспринимает ожидание как нечто непрерывное. Однако программа реального времени организует ожидание как дискретный процесс и запускает цикл ЖДАТЬ периодически. Отсюда вытекает, что период — важная характеристика цикла ЖДАТЬ.

А теперь зададим самый интересный вопрос: как работает оператор «период»? Фокус в том, что на этот вопрос придется дать два совсем разных ответа.

С точки зрения человека, читающего алгоритм на рис. 124, все обстоит очень просто. Цикл ЖДАТЬ «крутится» по своей петле с периодичностью 4 секунды, пока не выполнится одно из трех условий, после чего произойдет выход из цикла. Таким образом, оператор «период» задает период повторения цикла ЖДАТЬ.

С точки зрения функционирования программы реального времени, дело обстоит иначе. Суть в том, что длительность периода отсчитывает не прикладная программа на рис. 124, а дракон-диспетчер, входящий в состав операционной системы реального времени.

Оператор «период» означает выход из прикладной программы. Управление переходит к дракон-диспетчеру (с одновременной передачей параметра 4с). Через каждые 4 секунды дракон-диспетчер передает управление в начало цикла ЖДАТЬ (точка Z на рис. 124). Если все три условия дают ответ «нет», оператор «период» всякий раз возвращает управление в дракон-диспетчер. Таким образом, функционирование цикла ЖДАТЬ обеспечивается совместными усилиями прикладной программы и дракон-диспетчера.

Нередко имеет место ситуация, когда разработчик программы реального времени использует цикл ЖДАТЬ, но считает, что для его программы конкретное значение периода не играет роли. В этом случае икону «период» следует оставить пустой; система по умолчанию присвоит периоду максимальное значение из того ассортимента, которым располагает дракон-диспетчер.

ОПЕРАТОР «ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ ПРОЦЕСС»

Пусть заданы два алгоритма А и В, причем А — основной алгоритм, а В — вспомогательный. Алгоритмы А и В могут работать последовательно (рис. 126) или параллельно (рис. 127).

Чтобы организовать последовательную работу, необходимо в драконсхеме основного алгоритма А нарисовать икону-вставку с надписью В. В этом случае алгоритм В называется процедурой.

Например, на рис. 124 в основном алгоритме ПРОВЕРКА ЛЕТАЮЩЕЙ ТАРЕЛКИ имеется процедура ПРОВЕРКА ДВИГАТЕЛЕЙ. Эти алгоритмы действуют последовательно. Основной алгоритм передает управление процедуре ПРОВЕРКА ДВИГАТЕЛЕЙ и прекращает работу. Возобновление работы алгоритма ПРОВЕРКА ЛЕТАЮЩЕЙ ТАРЕЛКИ произойдет только тогда, когда процедура ПРОВЕРКА ДВИГАТЕЛЕЙ закончится. В общем виде ситуация показана на рис. 126.

Отличие параллельного режима состоит в том, что после начала вспомогательного алгоритма В основной алгоритм А не прекращает работу и действует одновременно с алгоритмом В (рис. 127).

Чтобы организовать параллельную работу, нужно в дракон-схеме основного алгоритма А нарисовать икону «параллельный процесс» (рис. 4, икона И20).

Икона «параллельный процесс» двухэтажная. На верхнем этаже пишут ключевое слово, обозначающее команду, изменяющую состояние параллельного процесса, например, «Пуск», «Останов» и т. д. На нижнем этаже помещают идентификатор (название) параллельного процесса.

Обратимся к примеру на рис. 124. В правой ветке находятся два оператора управления параллельными процессами. После окончания процедуры ВЫХОД ИЗ АСТРАЛЬНОГО ТЕЛА производится останов параллельного процесса ШАБАШ ЗЛЫХ ДУХОВ и пуск процесса ШАБАШ ДОБРЫХ ДУХОВ.

При этом предполагается, что до начала алгоритма ПРОВЕРКА ЛЕТАЮЩЕЙ ТАРЕЛКИ некий третий алгоритм выдал команду «Пуск» и запустил параллельный процесс ШАБАШ ЗЛЫХ ДУХОВ. Последний работает одновременно с алгоритмом ПРОВЕРКА ЛЕТАЮЩЕЙ ТАРЕЛКИ вплоть до момента выдачи команды «Останов» (см. последнюю ветку на рис. 124).

Указанная команда ликвидирует параллельный процесс ШАБАШ ЗЛЫХ ДУХОВ. В этот момент одновременная работа заканчивается.

Однако следующая команда «Пуск» запускает другой параллельный процесс — ШАБАШ ДОБРЫХ ДУХОВ, который начинает работать одновременно с алгоритмом ПРОВЕРКА ЛЕТАЮЩЕЙ ТАРЕЛКИ.

ОСОБЕННОСТИ ОПЕРАТОРОВ

РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ

Уже говорилось, что цикл ЖДАТЬ выполняется прикладной программой при участии дракон-диспетчера. Этот вывод относится ко всем операторам реального времени. Следует подчеркнуть, что данное утверждение относится не к языку, а к реализации системы и для разных реализаций может быть различным.

Операторы реального времени — это формальные операторы языка визуального программирования ДРАКОН-2. Однако их можно использовать и в языке ДРАКОН-1 при неформальном изображении алгоритмов.

Например, для построения наглядных «картинок», позволяющих легко объяснить ту или иную идею, относящуюся к системам реального времени.

Примеры таких картинок представлены на рис. 128 и 129. При этом в цикле ЖДАТЬ икону «период» обычно опускают, чтобы не загромождать рисунок (см. последнюю ветку на рис. 128). Однако если длительность периода нужна для понимания, икону «период» можно сохранить (рис. 129).

БЕСКОНЕЧНЫЕ АЛГОРИТМЫ

В отличие от обычных вычислительных и информационных программ в программах реального времени икона «конец» может отсутствовать. Это имеет место, когда нужно организовать бесконечный цикл, который прекращается особой внешней причиной, например выключением питания системы (рис. 128, 129).

НЕСКОЛЬКО ВХОДОВ В ДРАКОН-ПРОГРАММУ

Дракон-программа может иметь более одного входа. Чтобы организовать дополнительный вход, нужно поместить икону «заголовок» над иконой «имя ветки», как показано на рис. 124 справа.

Таким образом, любая ветка может быть объявлена дополнительным входом. Однако есть исключение: если несколько веток образуют веточный цикл, вход разрешается только в начало цикла. Остальные ветки конструкции «веточный цикл» не могут являться входами в программу.

Разумеется, созданием нескольких входов в программу не следует злоупотреблять. Этот прием следует использовать лишь в особых случаях.

ВЫВОДЫ

1. Наличие операторов реального времени резко расширяет изобразительные возможности языка ДРАКОН и позволяет использовать его при проектировании и разработке не только информационных, но и управляющих систем. Это обстоятельство существенно увеличивает область применения языка.

2. Дополнительным преимуществом является лаконичность выразительных средств, их универсальность. В языке всего пять икон реального времени, однако их алгоритмическая мощь — в сочетании с другими возможностями языка — позволяет охватить обширный спектр задач, связанных с созданием программного обеспечения для управляющих систем.

3. Важную роль играет эргономичность операторов реального времени.

Как и другие операторы языка ДРАКОН, они имеют визуальный характер, что позволяет сделать операции реального времени более наглядными и легкими для понимания по сравнению с традиционной текстовой записью.

4. Четыре иконы (пауза, период, пуск таймера и синхронизатор) — «близкие родственники» в том смысле, что внутри каждой из них указывается значение времени. Эта родственная связь находит свое эргономическое отражение в том, что перечисленные операторы имеют визуальное «фамильное сходство». Все они построены (с вариациями) на основе одной и той же геометрической фигуры — перевернутой равнобедренной трапеции.

5. Операторы реального времени порождают сложные действия компьютера, связанные с частыми передачами управления между прикладной программой и операционной системой (дракон-диспетчером). Эргономическая изюминка состоит в том, что эти передачи намеренно скрыты от читателя программы, чтобы не загромождать ее текст (чертеж) второстепенными подробностями. Благодаря этому внимание читателя не отвлекается на мелочи, и он имеет возможность сосредоточиться на главном, поскольку дракон-схема предоставляет ему ясную, четкую и целостную картину алгоритмического процесса, очищенную от «мелкого мусора».

ЧТО ЛУЧШЕ: СИЛУЭТ ИЛИ ПРИМИТИВ?

Этот вопрос в упрощенном виде обсуждался в главе 1. Сейчас мы дадим окончательные рекомендации.

1. Силуэт — главное достоинство языка Дракон. Более того, силуэт — его ЕДИНСТВЕННОЕ достоинство.

2. Примитив не в счет, так как его вообще не следует использовать (почти).

3. Алгоритм (или программу) надо рассматривать как последовательную декомпозицию силуэтов. В том смысле, что каждый силуэт может содержать много вставок, каждая из которых раскрывается как силуэт. Примитивы при этом не используются (совсем или почти совсем).

4. Тем не менее, полностью отказываться от понятия «примитив»

не следует по двум причинам.

5. Первая причина — педагогическая. Примитив — это прообраз (зародыш) ветки. Основные понятия и правила Дракона удобно объяснять на самой простой модели. То есть на примитиве. И только после этого переходить к рассказу о силуэте.

6. Вторая причина — необходимость описания «мелких огрызков».

Откуда берутся «мелкие огрызки»? В процессе декомпозиции силуэта может случиться (очень редко), что какая-нибудь вставка окажется очень простой, элементарной. Настолько простой, что ее неудобно представлять в виде силуэта. Такую вставку можно назвать «мелким огрызком». Вот в этом (исключительном) случае полезно использовать примитив.

7. Добавим еще одну мысль. Ни в коем случае нельзя представлять программу как систему примитивов. Потому что в этом случае НЕВОЗМОЖНО БЫСТРО УВИДЕТЬ ГЛАЗАМИ, как эти примитивы логически связаны между собой. Чтобы понять эту связь, нужен трудоемкий мыслительный анализ, который требует усилий, отнимает время и снижает производительность труда.

8. Систему примитивов всегда можно превратить в силуэт. При этом каждый примитив превращается в ветку силуэта. (Иногда часть примитивов превращается в ветки силуэта более низкого уровня на лестнице декомпозиции).

9. В заключение повторим еще раз основные рекомендации.

• Алгоритмы и программы следует изображать как силуэты.

• Сложные алгоритмы и программы следует изображать как силуэты, в которых многократно используются иконы «вставка». Последние, в свою очередь, раскрываются как силуэты и т.д.

• Примитивы рекомендуется не использовать совсем или использовать только в крайних случаях.

ЛИТЕРАТУРА

ГОСТ 19.701–90. Схемы алгоритмов, программ, данных и систем.

Условные обозначения и правила выполнения. М.: Изд-во стандартов, Лингер Р., Миллс Х., Уитт Б. Теория и практика структурного программирования. М.: Мир, 1982. С. 124–126, 139–146.

Йодан Э. Структурное проектирование и конструирование программ.

М.: Мир, 1979. С. 185–196.

1. Ломов Б.Ф. Эргономические (инженерно-психологические) факторы художественного конструирования. В кн.: Учебно-методические материалы по художественному конструированию. М., 1965.

2. Венда В. Предисловие к русскому изданию. В кн.: Боумен У. Графическое представление информации. М.: Мир, 1971. С. 8—14.

3. Хьюз Дж., Мичтом Дж. Структурный подход к программированию. М.:

Мир, 1980. С. 24, 73, 80.

4. Криницкий Н. А. Алгоритмы вокруг нас. М.: Наука, 1984. С. 102.

5. Питерс Л. Дж. Методы отображения и компоновки программных средств // ТИИЭР. 1980. Т. 68, № 9. С. 60.

1. Завалова Н.Д., Ломов Б.Ф., Пономаренко В.А. Образ в системе психической регуляции деятельности. М.: Наука, 1986. С. 21.

2. Человеческий фактор. В 6-и т. Т. 6. Эргономика в автоматизированных системах. М.: Мир, 1992. С. 216.

1. Венда В.Ф. Предисловие к русскому изданию. В кн: У. Боумен. Графическое представление информации. М.: Мир, 1985. С. 5.

2. Йодан Э. Структурное проектирование и конструирование программ.

М.: Мир, 1979. С. 252.