システム工学概論
第11回
複数プロセス系
2004. 12. 2
第11回概要
1.複数プロセス系
2.自動販売機の拡張
3.複数プロセスのOS
複雑/大規模な系の設計
事務処理系
社会/環境
への 貢献
企業的利益
社員の 利益
効果/効用
速やかな サービ ス
速やかな サービ ス
事務作業人員が少な い
事務作業人員が少な い
企業業務活動
発
注
受
注
機械的なシステム
在
庫
引
当
製
品
受注販売
各種の シ ス テ ム 群
X 情報シ ス テ ム
配送
SubS
受注
管理
SubS
在庫管理
Sub Sys
組込システム系
事務処理系
社会/環境
のように,
への 貢献
入出力関係が 企業的利益
社員の 利益
固定できない
効果/効用
機械のような
状態構造を持つ
システムが多数ある
受
領
これらには別な
考え方で設計
する
通信網
交換
伝送
交換
組込システム系の展開
階
層
的
な
展
開
関
係
社会/環境
への 貢献
企業的利益
社員の 利益
効果/効用
通信網
速やかな サービ ス
事務作業人員が少な い
機械的なシステム
交換
伝送
交換
通信網
加入者系
交換
伝送
交換システム
交換
構造に着目して階層展開
交換システムの構造的な展開
交換システム
加入者回路
通話路スイッチ
中継線回路
ハードウエア
A/D
プロセス
間通信
デバイス
ドライバー
システムを独立な抽象機械(プロセス)に展開
一般化した組込システムの展開
独立な
抽象械
(プロセ
ス)で構
成
した
系
任意のプロセス間で相互に通信が可能
C
B
A
全プロセスに
名前を付ける
E
G
D
F
G
宛先+差出人(送元)の封筒
に通信情報を入れて送る
一般化した組込システムの展開
P
H
S
お総菜ユニット
パン・麺ユニット
コールド
ドリンク
ユニット
現金収
受部
コ
|
ラ
在
庫
少
数
PHS
ホットドリンクユニット
通信
プロセス
自動販売機
現金収受
プロセス
自動
倉庫
プロ
セス
販売プロセス
待機注
指定
商品
投入金0
投入金
投入金
投入金 > 0
投入金あり
販売不可
販売可能
通信
プロセス
商品
指定
投入金
メッセージ標準形
コールドドリンク
販売プロセス
コールドドリンク
調合プロセス
ホットドリンク
販売プロセス
金銭収受
プロセス
ホットドリンク
倉庫プロセス
パ
ン
・
麺
ユ
ニ
ッ
ト
お
総
菜
ユ
ニ
ッ
ト
宛先プロセス番号
指令/遷移原因
伴う情報
送元プロセス番号
自動販売機の拡張
現金
収受
ユニット
現金
収受
プロセ
ス
販売プロセス
投入
金
釣銭
出庫
指令
自動
倉庫
ユニット
自動
倉庫
プロセ
ス
最も簡単な自動倉庫
自動倉庫ユニット
販売プロセス
第1ユニット
第nユニッ
ト
出庫
指令
アク
チュ
エータ
自動倉庫
プロセス
もう少し複雑な自動倉庫
自動倉庫ユニット
第n番出庫
出庫
指令
TH
On
第n番倉庫開
Off
モータMx動作
センサ動作
モータM1
セ
ン
サ
モータMn
自動倉庫
プロセス
モータMo
モータMo動作 On
TS
Off
自動倉庫のタイムチャート
第n番出庫指令
幅 TH
On
第n番倉庫開
Off
モータMx動作
センサ動作
On
Off
モータMo動作
幅 TS
休止中
S0
横搬送中
S1
排出中
S2
休止中
S0
自動倉庫の状態遷移図
第n番出庫指令
第n番倉庫開
On
幅 TH
Off
モータMx動作
センサ動作
On
Off
4秒
休止中
S0
横搬送中
S1
4秒タイマー動作
休止中
S0
排出中
S2
出庫
指令
モータMo動作
休止中
S0
倉庫n開
Mo Off
Mx On
横搬送中
S1
センサ
動作
排出中
S2
4秒
タイマ
自動
倉庫
プロセ
ス
現金収受ユニットの高度化
販売プロセス
現金収受ユニット
現金
収受
プロセ
ス
投入金
釣銭
出力
1000, 500, 100,
50, 10 円硬貨
を規則的に出す
出庫
指令
自動
倉庫
ユニッ
ト
釣銭排出の機構
釣銭排出口
現金収受ユニット
1000, 500, 100, 50, 10
円硬貨を規則的に出す
¥1000ユ
ニット¥1000
¥10ユ
¥10
ニット
現金
収受
プロセス
セ
ン
サ
ア
ク
チ
ュ
エ
ー
タ
釣銭
出力
出庫
指令
自動
倉庫
ユニッ
ト
釣銭排出の機構
現金収受ユニット
釣銭排出口
1000, 500, 100, 50, 10 円硬貨を規則的に出す
¥1000ユニット
¥10ユニット
¥1000
¥10
現金収
受
プロセス
アク
チュ
エー
タ
セ
ン
サ
釣銭
出力
出庫
指令
自動
倉庫
ユニッ
ト
釣銭排出の論理
現金収受ユニット
1000, 500, 100, 50, 10 円硬貨を規則的に出
す
¥1000ユニッ
¥10ユニッ
ト
ト ¥1
¥1000
0
現金収
受
プロセス
セ
ン
サ
ア
ク
チ
ュ
エ
ー
タ
釣銭
出力
X円
硬貨別
枚数を
決める
釣銭
出力
表
硬貨
排出
する
硬貨別
枚数を
決める
休止中
1000円
排出中
500円
排出中
10円
排出中
複数プロセスの動作
イベントt1 イベントt2
イベントt1
動作1
イベントt1 イベントt2
イベントt2
動作2
外から見ると1, 2の動作を
中では複数の機構が実現する
イベントt1
イベントt2
A-1 A-2
B-1 B-2
複数プロセスの動作の実現
イベントt1
イベントt2
Aー1Aー2 Bー1Bー2
仮に右の
ようにする
キュー
外界から
のイベント
複数プロセスの場合の要注意点
イベントt1 イベントt2
イベントt1
動作1
イベントt2
動作2
待合せ
動作1
イベントt1 イベントt2
イベントt1
動作2
イベントt2
1ー11ー2 2ー12ー2
1ー12ー11ー22ー2
待合せ
1ー11ー22ー12ー2
複数プロセスの場合のレベル制御
待合せ
1ー11ー22ー12ー2
高位のキュー
低位のキュー
外界から
のイベント
実行レベル制御
上位のキュー
下位のキュー
外界から
のイベント
上位キュー有り?
状態遷移を実行させる
下位キュー有り?
入力を含めた3レベル制御
定刻割込み
走
査
入
力
プ
ロ
グ
ラ
ム
上位のキュー
上位キュー有り?
状態遷移を実行させる
外界
から
の
イベント
下位のキュー
定刻割込み
下位キュー有り?
プログラムでの扱い
・データをメッセージとして扱う
図面表記
メッセージ送出
・入力/出力/プロセス間メッセージ
などを全て同形式にする
ソースコード
メッセージ接続ルーチン
メッセージとなるデータ
宛先|指令|伴う情報|送元
出力指令
出力ルーチン
ハード向け出力データ
宛先
|指令|伴う情報|送元
(IO no)|
宛先|指令|伴 う 情報|送元
|コード |パターン |
一方または両者を使う
処理能力とレスポンスタイム
・プログラム実行には時間が掛かる
平均実行時間=実行する命令数×平均命令実行時間
定期的入力プログラム
が消費する時間S
1状態遷移の
平均実行時間
使える時間 C-S
1周期時間 C
定時刻周期割込
・各状態遷移には,プログラム実行時間と待合せ時間が掛かる
1状態遷移の平均実行時間 H
=各状態遷移プログラムの
平均実行時間Tt+遷移決定迄の時間To
待合せ時間
W
利用率が高いと待合せは増大
待合せ理論 (トラヒック理論)
但し,状態遷移1回当たり
窓口で処理時間分布
M/M/S 指数分布
M/D/S 一定長
平均処理時間=H
・サービス頻度 V回/秒
・1サービス当たり平均処理時間
=1サービス当たりの平均遷移回数N
× 1状態遷移の平均実行時間H
= NH ・・・CPUが使用される時間
・1秒当たりのCPU使用時間=VNH
・利用率=CPUの使用能率
V
N
H
≒
1
(C - S) = VNH/(C - S)
C
・着目サービスまで状態遷移数 M
・着目サービスまでの待合せ時間
=(C/2)+左図Y・H×M
*左図の待合せ増大の途中に
限界待合せ時間になる能率のVで定まる
*能率が上がると,待合せ時間が急増し
はじめる
纏め
1.複雑に見える系でも,複数プロセスを使って
構成できる
2.各機能を相互に独立に選べば,それぞれ
は簡単に作れる
3.組込システムに適合した方式である
4.ハードと共に状態遷移プログラムを標準部品化
すれば,多くの組合せが,簡単に実現で
きる
5.複数系では,プロセス間通信は外部入力より
上位のキューを使う
6.OSの各種の技術/処理能力の技術を学んだ
ダウンロード

教材 - 情報システム工学科