Программное обеспечение как надежная система технологий управления

Назначение любой вычислительной системы - решать задачи. Для каждой задачи это означает - выполнить работу (в частности, вычислить значения некоторых величин), определяемую программой решения этой задачи при условии, что входные величины имеют заданные значения.

Сам вычислительный процесс представляет собой сложную систему управления с многочисленными контурами управления. Рассмотрим контур, который представляет собой программу. В каждой программе можно выделить конструктивные средства, выполняющие основное назначение программы, и управляющие средства - средства, обеспечивающие эффективное исполнение конструктивных средств.

В реальных системах часть управляющих функций выполняет операционная система. Тем не менее, и в программе всегда есть управляющие средства. Примером таких средств являются операторы переходов, операторы цикла и т.п. Конечно, целью программы является получение результата решения задачи, но в реальных условиях достоверность полученного результата (даже, если он получен) может быть разной, да и требования, которые предъявит программа к ресурсам (время, стоимость и т.д.) в процессе выполнения могут оказаться чрезмерными,

Поэтому, рассматривая программу как систему управления, можно сформулировать такие цели управления:

· повышение достоверности результата при ограничениях на время выполнения программы, на стоимость решения, на конфигурацию внешней памяти и т.п.;

· снижение времени решения при приемлемом уровне достоверности ;

· снижение стоимости решения задачи при заданных границах времени выполнения программы, достоверности результата и т.д.

Такая система управления схематично показана на рис. 4.11.

Рис. 4.11. Модель программы

Рассмотрим внешние воздействия N, показанные на схеме. Они могут быть запланированными или неожиданными.

Внешние воздействия могут быть разного происхождения:

· от технических средств;

· от человека (оператора);

· из других программ (подпрограмм);

· вводимая в динамике выполнения информации.

Внешнее воздействие будем называть корректным, если значение его принадлежит ареалу - заранее оговоренному множеству допустимых значений - и поступает оно в программу в оговоренное время. В противном случае воздействие будем называть некорректным. Аналогично, и значения входных величин могут быть корректными и некорректными.

Понятно, что проникновение в программу некорректных значений, будь то внешнее воздействие или входная величина, чаще всего приводит к неправильному функционированию программы, к неправильному результату. Поскольку программа обычно входит в состав комплекса программ, то полученный некорректный результат становится некорректным входным значением и т.д., что может вызвать цепную реакцию неверных результатов и привести к тому, что действия системы станут непредсказуемыми. Можно привести много реальных примеров такого типа; неудача при первом запуске американского исследовательского корабля на Венеру, когда пришлось взорвать этот корабль из-за серьезного отклонения от курса; смертные случаи из-за ошибок в медицинском программном обеспечении; авиакатастрофы из-за ошибки одной из программ комплекса проектирования самолета; уничтожение 72 французских шаров-зондов с измерительными приборами (из 115 запущенных) из-за того, что была послана не та команда управления и т.п. Перечень таких примеров может быть продолжен, хотя не всегда, конечно, ошибки приводят к таким серьезным последствиям.

Застраховаться от таких ситуаций можно только повышением надежности всего вычислительного процесса и, в частности, программного обеспечения.

Позже мы рассмотрим методы повышения надежности программ и покажем целесообразность введения дополнительных контуров управления для достижения этой цели.

Заметим, что для рассмотренной схемы управления можно пренебречь разницей между входными величинами и внешними воздействиями, так как и те, и другие представляются для программы некоторой информацией, подлежащей анализу и/или обработке (случай, когда внешние воздействия искажают саму программу, здесь не рассматриваем). Поэтому, для удобства изложения мы иногда будем говорить о входных значениях, имея в виду и те, и другие.