40гг первые цифровые компьютеры программирование путем коммутации проводов

Вид материала

Содержание

По области применения
Пример макроса для синтаксического макропроцессора
X: данные
X: данные
Функции ПОЛОН(B) и ПУСТ(B) возвращают результаты сравнения
B.buffer((B.first + B.count) % n ) := X

Подобный материал:

1 ... 4 5 6 7 8 9 10 11 12

По области применения – специализированные и общего назначения.

Специализированные макропроцессоры, имея возможность использовать знания о синтаксисе языка программирования, могут предоставить более удобный и широкий набор средств.
Макропроцессоры общего назначения имеет смысл применять в многоязыковых программных системах, когда важны единообразие используемых средств и легкость обучения.

По степени близости макросредств к языкам программирования – языкоподобные и независимые.

Языкоподобные макропроцессоры хороши тем, что знание исходного языка программирования помогает в изучении макросредств.
Однако похожий синтаксис имеет и недостатки: в тексте программы трудно отличить макросредства от обычных операторов; одинаковое написание может привести к неправильному пониманию семантики макросредств.

По фазе трансляции, на которой производится макрообработка – текстовые, синтаксические и вычислительные.

Текстовые – обработка исходного текста программы до трансляции
Синтаксические – обработка исходного текста на этапе синтаксического анализа
Вычислительные – обработка исходного текста на этапе генерации кода, используются главным образом для вставки в генерируемый код последовательностей команд, для выполнения не обеспечиваемых языком действий.

Текстовые макропроцессоры

Текстовые макропроцессоры используются в основном для сокращения записи программы, частичного изменения синтаксиса и для изменения текста программы в зависимости от значений параметров.

Виды макроопределений

Подстановка нескольких лексем вместо одной.

macro L is

PL

end macro;

Параметрическая подстановка

macro L(PlfP2, . . . ,Pn) is

PL

end macro;

Определение значения лексемы (macroeval)

macroeval L is

Е

end macroeval;

Условный макрооператор (macroif)

macroif В macrothen

PL1

macroelse

PL2

end macroif;

Макрооператор цикла (macrowhile).

macrowhile В macrodo

PL

end macrodo;

Дополнительные средства

Ввод текста из дополнительных источников
Промежуточное хранение отдельных частей текста
Выдача диагностических сообщений о ходе макрообработки
Управление печатью листинга программы

Недостатки текстовых макропроцессоров

Листинг программ, получаемый транслятором, отличается от исходной программы, что может привести к путанице результатов.
Могут возникнуть трудности с обнаружением ошибок, возникающих вследствие неправильного определения макросов.

В тех случаях, когда неправильно описан макрос или в макровызове употреблены неправильные параметры, средства диагностики транслятора неизбежно будут ссылаться на генерируемый текст, и может оказаться затруднительным соотнести эти диагностические сообщения с ошибочным макросом, который является причиной их появления.

Невозможно проверить законность аргументов макровызовов.

Например, может быть оговорено, что аргумент должен быть целой константой, однако чрезвычайно трудно проконтролировать соблюдение этого требования во время макрообработки, так как все аргументы трактуются как последовательности лексем.

Синтаксические макропроцессоры

Синтаксические макропроцессоры (объединены в одном процессе макрообработка и синтаксический анализ) дают возможность программисту определять новые синтаксические конструкции через более простые синтаксические структуры базового языка программирования.

Преимущества синтаксических макропроцессоров

Нет промежуточной генерации текста поэтому меньше возможности для путаницы.
Можно задавать синтаксическую структуру макровызовов и синтаксические классы параметров; следовательно, на этапе синтаксического анализа можно обнаружить неправильные макровызовы и даже выявить некоторые семантические ошибки.

Пример макроса для синтаксического макропроцессора

macro while <логическое выражение> do

<последовательностъ операторов> end do;

is

метка: if %1 then %2

goto метка;

end if;

end macro;

Макрообработка в С++

Исторически сложилось, что макропроцессор в С++ называется «препроцессором».
По классификации препроцессор относится к специализированным, независимым, текстовым макропроцессорам
Инструкции препроцессора называются директивами.
Директивы должны начинаться с символа #, перед которым в строке могут находиться только пробельные символы.

Директива #include

Директива #include <имя_файла> вставляет содержимое указанного файла в ту точку исходного файла, где она записана.
Включаемый файл также может содержать директивы #include.
Поиск файла, если не указан полный путь, ведется в стандартных каталогах включаемых файлов. Вместо угловых скобок могут использоваться кавычки (" ") — в этом случае поиск файла ведется в каталоге, содержащем исходный файл, а затем уже в стандартных каталогах.
Директива #include является простейшим средством обеспечения согласованности объявлений в различных файлах, она включает в них информацию об интерфейсе из заголовочных файлов.

Директива #define

Директива #def ine определяет подстановку в тексте программы. Она используется для определения:

символических констант:
#define имя текст_подстановки
макросов, которые выглядят как функции, но реализуются подстановкой их
текста в текст программы:

#define имя(параметры) текст_подстановки

символов, управляющих условной компиляцией. Они используются вместе с директивами #i fdef и #i fndef. Формат: #define имя : Примеры:

#define VERSION 1

#define VASIA "Василий Иванович"

#define MAX(x.y) ((x)>(y)?(x):(y))

#define MUX

Имена рекомендуется записывать прописными буквами, чтобы зрительно отличать их от имен переменных и функций.
Параметры макроса используются при макроподстановке, например, если в тексте программы используется вызов макроса у = MAX(suml. sum2):, он будет заменен на

у = ((suml)>(sum2)?(suml):(sum2));

Директивы условной компиляции

Директивы условной компиляции #if, #ifdef и #ifndef применяются для того, чтобы исключить компиляцию отдельных частей программы.
Это бывает полезно при отладке или, например, при поддержке нескольких версий программы для различных платформ.

Формат директивы #if:

#if константное_выражение

…

[#elif константное_выражение

…]

[#elif константное_выражение

…]

[#else

…]

#endif

Пример условной компиляции

#if VERSION ==1

#define INCFILE "vers1.h"

#elif VERSION == 2

#define INCFILE "vers2.h"

/* и так далее */

#else

#define INCFILE "versN.h“

#endif

#include INCFILE

Директивы #ifdef и #ifndef

Часто в программах используются директивы #ifdef и #ifndef, позволяющие управлять компиляцией в зависимости от того, определен ли с помощью директивы fdefine указанный в них символ (хотя бы как пустая строка, например, fdefine 32_BIT_SUPP0RT):

#ifdef символ

// Расположенный ниже код компилируется, если символ

// определен

#ifndef символ

// Расположенный ниже код компилируется, если символ не

// определен

Действие этих директив распространяется до первого #elif, #else или #endif.

Директива #undef

Директива #undef имя удаляет определение символа.
Используется редко, например, для отключения какой-либо опции компилятора.

Предопределенные макросы

В C++ определено несколько макросов, предназначенных в основном для того, чтобы выдавать информацию о версии программы или месте возникновения ошибки.
cplusplus — определен, если программа компилируется как файл C++.
DATE — содержит строку с текущей датой в формате месяц день год, например:

printf(" Дата компиляции - %s \n", DATE );

FILE — содержит строку с полным именем текущего файла.
LINE — текущая строка исходного текста.
TIME — текущее время, например:

printf(" Ошибка в файле %$ \n Время компиляции: %s\n ",
FILE,TIME);

Параллельная обработка

Причины развития языковых средств параллельной обработки

Решение ряда задач более естественно выражается как совокупность взаимодействующих, параллельно выполняющихся процессов, процессов.
Широкое распространение получили мультипрограммные операционные системы и и мультипроцессорные вычислительные системы.

Процесс

Процесс – совокупность операторов, выполняемых последовательно.
Параллельная обработка – одновременное выполнение нескольких взаимодействующих процессов.

Основные понятия

Способы взаимодействия процессов (не являются взаимоисключающими):

Связь процессов – обмен данными между процессами
Синхронизация процессов – согласование выполнения процессов

Основные понятия

Взаимное исключение – возможность монопольной обработки данных процессом.
Передача сообщений – основной механизм связи и синхронизации процессов

Средства для реализации параллельной обработки

Средства обеспечения работы процессов (описание, создание, завершение, обработка исключений)
Механизмы, реализующие взаимное исключения и синхронизацию для процессов с общей памятью
Механизмы передачи сообщений

Описание процесса

process PR(L) is

D

begin

S

end process;

Оператор вызова процесса

init PR1(A1),PR2(A2), …, PRN(An);

Оператор прекращения процесса

init PR(A)[идентификатор];

abort идентификатор;

Завершение процесса генерацией исключения

raise идентификатор’ FAILURE

Средства для реализации параллельной обработки

Средства обеспечения работы процессов (описание, создание, завершение, обработка исключений)
Механизмы, реализующие взаимное исключения и синхронизацию для процессов с общей памятью
Механизмы передачи сообщений

Взаимное исключение

process ПОСТАВЩИК is

use

БУФЕР, ДАННЫЕ : type,

ЖДАТЬ : procedure,

ВЫРАБОТАТЬ :

procedure(out ДАННЫЕ);

use B: in out БУФЕР;

X: ДАННЫЕ;

begin

do

ВЫРАБОТАТЬ(X);

while ПОЛОН(B) do

ЖДАТЬ();

end do;

ЗАНЕСТИ(B,X);

end do;

end process;

process ПОТРЕБИТЕЛЬ is

use

БУФЕР, ДАННЫЕ : type,

ЖДАТЬ : procedure,

ПОТРЕБИТЬ :

procedure(in ДАННЫЕ);

use B: in БУФЕР;

X: ДАННЫЕ;

begin

do

while ПУСТ(B) do

ЖДАТЬ();

end do;

ВЫБРАТЬ(B,X);

ПОТРЕБИТЬ(X);

end do;

end process;

Реализация буфера

subtype ИНДЕКС is integer range 0..n-1;

subtype КОЛИЧЕСТВО is integer range 0..n;

type БУФЕР is record

buffer: array(ИНДЕКС) of ДАННЫЕ;

first : ИНДЕКС; // индекс элемента массива с готовыми данными

count : КОЛИЧЕСТВО; // количество элементов в массиве

Функции ПОЛОН(B) и ПУСТ(B) возвращают результаты сравнения

B.count == n и B.count == 0 соответственно

Функция ЗАНЕСТИ :

B.buffer((B.first + B.count) % n ) := X;

B.count := B.count +1;

Функция ВЫБРАТЬ

X:= B.buffer(B.first);

B.first := (B.first + 1) % n;

B.count := B.count -1;

Возникновение ошибки

Поставщик

B.buffer((B.first + B.count) % n ) := X;

B.count := B.count +1;

Потребитель

X:= B.buffer(B.first);

B.first := (B.first + 1) % n;

B.count := B.count -1;

Вывод

Чтобы исключить подобные ошибки, необходимо обеспечить такую синхронизацию процессов, при которой в каждый момент времени только один из нескольких процессов может использовать общий для всех ресурс, например общей области памяти.
Критический интервал - фрагмент процесса, в котором есть обращение к общему ресурсу

Программное решение проблемы взаимного исключения

Необходимо предположение о неделимости операций доступа к памяти

Защита критических интервалов с помощью общей переменной

применим для защиты критических интервалов общую переменную door, которая может принимать два значения — open и close.

Значение close означает, что один из процессов вошел в критический интервал, значение open, что процесс может войти в критический интервал.

door: (open, сlose) := open;

— в начале критический интервал не занят

Защита критических интервалов с помощью общей переменной

процесс 1

do until(door=open);

door:=close; критический интервал 1

door:=open;

процесс 2

do until(door=open);

door:=close; критический интервал 2

door:=open;

Упорядочение критических интервалов

применим для защиты критических интервалов общую переменную переменная turn принимает значение 1, когда процесс 1 может войти в свой критический интервал, и значение 25 когда процесс 2 может войти в свой критический интервал.

turn: (1,2) := 1;

— вначале процесс 1 может войти в критический интервал, а процесс 2 не может

Упорядочение критических интервалов

процесс 1

do until(turn=1);

критический интервал 1

turn = 2;

процесс 2

do until(turn=2);

критический интервал 2

turn = 1;

Защита критических интервалов с помощью двух переменных

Пусть каждый процесс имеет свою переменную, которая может принимать значения inside и outside.

Значение inside означает, что процесс хочет войти или уже вошел в свой критический интервал, a outside, что процесс находится вне критического интервала.

Каждый процесс проверяет значение переменной другого процесса прежде, чем войти в свой критический интервал

statel,state2:(inside,outside):= outside;

— в начале процессы вне критических интервалов

Защита критических интервалов с помощью двух переменных

процесс 1

state1 := inside;

do until(state2=outside);

критический интервал 1

state1 := outside;

процесс 2

state2 := inside;

do until(state1=outside);

критический интервал 2

state2 := outside;

Защита критических интервалов с помощью двух переменных (доработанные процессы)

процесс 1

do

state1 := inside;

if state2 = inside then

state1 := outside;

end if;

do until

(state2=outside);

until(state1=inside);

критический интервал 1

state1 := outside;

процесс 2

do

state2 := inside;

if state1 = inside then

state2 := outside;

end if;

do until

(state1=outside);

until(state2=inside);

критический интервал 2

state2 := outside;

Защита критических интервалов (комбинированный метод)

Каждый процесс имеет связанную с ним переменную, которая индицирует желание процесса войти в критический интервал, и, если оба процесса хотят одновременно это сделать, для разрешения конфликта используется переменная, принимающая в качестве значения номер процесса, который имеет возможность войти в критический интервал.

statel,state2:(inside,outside):= outside;

turn: (1,2) := 1;

— в начале процессы вне критических интервалов, приоритет у первого процесса.

Защита критических интервалов (комбинированный метод)

процесс 1

state1 := inside;

if state2 = inside then

if turn = 2 then

state1 := outside;

do until(turn=1);

state1 := inside;

end if;

do until(state2=outside);

end if;

критический интервал 1

turn := 2;

state1 := outside;

процесс 2

state2 := inside;

if state1 = inside then

if turn = 1 then

state2 := outside;

do until(turn=2);

state2 := inside;

end if;

do until(state1=outside);

end if;

критический интервал 2

turn := 1;

state2 := outside;

Условия, которым должен удовлетворять любой метод, обеспечивающий взаимное исключение

в любой момент времени не более одного процесса может находиться в своем критическом интервале;
задержка одного процесса вне его критического интервала не должна влиять на ход выполнения других процессов;
не должно делаться никаких предположений об относительной скорости процессов;
любой процесс, который готов войти в свой критический интервал, должен войти в него за конечное время

Двоичные семафоры

Двоичный семафор – специальный тип данных.
Переменные этого типа принимают значения 0 и 1, допустимы неделимые операции V и P.
Операция Р

- уменьшает значение семафора на 1, если оно отлично от 0;
если значение семафора равно 0, ждет, пока некоторый другой процесс не изменит значения семафора с помощью операции V, а затем уменьшает его

Операция V – присваивает семафору значение 1.

mutex:semaphore := 1;

P(mutex);

критический интервал процесса N

V(mutex);

Двоичные семафоры

Достоинства

Механизм семафоров обеспечивает организацию любых схем взаимодействия процессов
Широко используется в современных операционных системах
Включен в ряд языков программирования

Двоичные семафоры

Недостатки

Реализуют механизм низкого уровня
Бесконтрольное использование семафоров запутывает структуру управления параллельной программы
При программировании сложных взаимодействий велика вероятность возникновения ошибок, например:

можно забыть выполнить операцию Р, в результате к общим ресурсам возможен доступ одновременно нескольких процессов
можно забыть выполнить операцию V, что приведет к тупиковой ситуации
в сложных программах можно забыть воспользоваться семафором

Двоичные семафоры

Нельзя запрограммировать альтернативное действие для случая, когда семафор окажется занятым
Нельзя ждать, пока один из нескольких семафоров окажется свободным
За правильный доступ к общим ресурсам ответствен процесс, который осуществляет этот доступ. Это противоречит современной технологии программирования, — данные и все операции над ними должны объединяться в одну программную единицу

Простые критические интервалы

Критический интервал – конструкция высокого уровня, используемая для реализации взаимного исключения

Blog

40гг первые цифровые компьютеры программирование путем коммутации проводов

Содержание