5、系统规格、建模与早期设计阶段解析

系统规格、建模与早期设计阶段解析

1. 死锁问题与非冯·诺依曼计算模型

在系统设计中，死锁是一个棘手的问题，其产生需要满足四个条件：互斥、资源不可抢占、持有资源等待更多资源以及线程间的循环依赖。在某些情况下，这四个条件可能同时满足，而操作系统理论目前并没有通用的解决办法。对于个人电脑而言，罕见的死锁或许可以接受，但对于安全关键系统则绝对不可容忍。

为了避免考虑可能的死锁问题，研究非冯·诺依曼计算模型（MoCs）是很有意义的。而且，观察者模式在其他MoCs中也能轻松实现。由于没有一种单一的形式语言能满足所有需求，在实际设计中，我们往往需要做出妥协，可能会混合使用多种语言，具体语言的选择取决于应用领域和设计环境。

2. 计算模型的定义与分类

2.1 计算模型的定义

计算模型（MoCs）描述了执行计算的机制。通常，我们会考虑由组件构成的系统，并严格区分组件内的计算和组件间的通信，这样有助于组件在不同环境中复用，实现系统组件的即插即用。具体来说，MoCs定义了以下两个方面：
- 组件及组件内计算的组织：可能的组件包括程序、进程、函数和有限状态机等。
- 通信协议：描述组件间的通信方法，例如异步消息传递和基于会合的通信。

2.2 组件关系的图形表示

组件间的关系可以用图来表示，其中节点代表执行计算的组件，计算将输入数据流映射到输出数据流，有时会用高级编程语言实现，通常包含（可能非终止的）迭代，在每次迭代中消耗输入数据、处理数据并生成输出数据。边则表示组件间的关系。

最明显的关系是因果依赖，即许多计算只有在其他计算终止后才能执行，这种依赖通常用依赖图来表示。依赖