Континуальной управляющей средой

Если теперь записать выражение для сигнала управления в оригиналах, то получим:

,

где S – некоторая область пространственно-временного континуума.

Если ввести функцию x_j⁰(r,t), равную x_j(r,t) в пределах области В и равную нулю вне этой области, то полученное в оригиналах выражение можно распространить на все пространство, включая область S:

Используемая матрица A_ij(k,w ), для управляющей континуальной среды, должна быть подчинена определенным требованиям, аналогичным требованиям физической реализуемости в одномерном случае.

При этом класс функций A_ij(k,w ) естественно определяется свойствами среды и доступности ее физической реализуемости при синтезе, а это связано с технологическими возможностями и ограничениями, накладываемыми применяемыми материалами.

Решение задач синтеза континуальных преобразующих сред с заданными операторами преобразования сигналов может осуществляться на основе искусственных сред, обладающих дискретно-аналоговой или, иначе, квазиконтинуальной структурой.

Поэтому особое значение приобретает создание управляющих моделирующих установок, в полной степени отвечающих условиям континуальности и реализуемости. Видимо, это особый тип устройств, который не может быть реализован на основе использования только методов математического моделирования и их реализации на дискретных (цифровых) ЭВМ.

Такие моделирующие установки наиболее близки по принципам своей работы к физическим системам преобразования информации и позволяют определить искомые функции распределения параметров сред в пространстве и определению законов их изменения в пространстве и во времени под воздействием внешних воздействий.

Значительный интерес представляет использование пространственно-временных управляемых структур для моделирования вероятностных систем. Они могут формировать сигнал с заданными характеристиками (функция распределения, корреляционные функции и т.д.)

Математические методы, разработанные для этих преобразований, основываются на предположении безынерционности нелинейного преобразователя [10, 11, 13].

При таком анализе преобразователь описывается уравнением:

Y = F(X) (2.7)

где Х – входной сигнал, характеризующий случайный процесс во времени;

Y - выходной сигнал, который является случайным процессом, свойства которого

в каждый момент времени определяется значением входного сигнала X и видом нелинейного преобразования – F.

В случае однозначной монотонной зависимости выходной функции Y от Х, можно обратную зависимость записать в виде:

Х = F^-1(Y).

При этом если Р₁(х) – функция распределения случайной величины, W₁(х) –соответственно плотность распределения этой величины, то необходимо найти Р₂(y) и W₂(y) выходной случайной величины, при наличии зависимости (2.7). Тогда распределение Y будет иметь вид:

P₂(y) = W(Y < y) = W(F(х) < y)= W (X < F^-1(y)) = P₁(F^-1(Y)).

Таким образом:

(2.8)

Отсюда можно получить выражение для плотности вероятности:

Для определения другого значения можно воспользоваться выражением:

Более сложно решается вопрос о вычислении автокорреляционной функции Фурье и ее изображения:

где x₁,x₂ – случайные величины,

w ₂(x₁,x₂ ,t ) – вторая функция плотности вероятности.

Таким образом, для вычисления автокорреляционной функции на выходе нелинейного элемента необходимо знать вторую функцию плотности вероятности.

В частном случае можно вычислить для нормального (Гауссова) процесса значение w₂ при известной автокорреляционной функции.

Приведенные классические методы с некоторыми дополнениями могут быть использованы для проектирования вероятностных преобразователей и определения их характеристик.

Термины и определения (д.б. по алфавиту)

Электронная вычислительная машина - это комплекс технических и программных средств, предназначенный для автоматизации подготовки и решения задач пользователей.

Пользователь - под пользователем понимают человека, в интересах которого проводится обработка данных на ЭВМ. В качестве пользователя, могут выступать заказчики вычис­лительных работ, программисты, операторы.

Структура - совокупность элементов и их связей. Различают структуры технических, программных и аппаратно-программных средств.

Архитектура ЭВМ - это многоуровневая иерархия аппаратно-программных средств, из которых строиться ЭВМ. Каждый из уров­ней допускает многовариантное построение и применение. Конкретная реализация уровней определяет особенности структурного построения ЭВМ.

Бит - наименьшая структурная единица информации, одна двоичная цифра.

Мощные машины и вычислительные системы предназначаются для обслуживания крупных сетевых банков данных и банков знаний. По своим характеристикам их можно отнести к классу суперЭВМ, но в отличие от них они являются более специализированными и ориентированными на обслуживание мощных потоков информации.

Кластерные структуры представляют собой многомашинные распределенные вычислительные системы, объединяющие несколько серверов. Это позволяет гибко управлять ресурсами сети, готовность и другие характеристики.

Серверы – это вычислительные машины и системы, управляющие определенным видом ресурсов сети. Различают файл-серверы, серверы приложений, факс-серверы, почтовые, коммуникационные, WEB-серверы и др.

Сетевые компьютеры представляют собой упрощенные профессиональные компьютеры, вплоть до карманных ПК. Их основными назначением является обеспечение доступа к сетевым информационным ресурсам. Вычислительные возможности у них достаточно низкие.

Алгоритм – конечный набор предписаний, определяющих последовательность действий при решение задачи посредством конечного количества операций.

Модульность построения - выделение в структуре ЭВМ автономных, функционально и конструктивно законченных устройств (процессор, модуль памяти, накопитель на жестком или гибком магнитном диске).

Программное обеспечение - комплекс программных средств регулярного применения, предназначенный для подготовки и решения задач пользователями.

Стеком называется память, по своей структурной организации отличная от основной памяти ВМ. Стек образует множество логически взаимосвязанных ячеек, взаимодействующих по принципу «последним вошел, первым вышел» (Last In First Out - LIFO).

Операнд – данные, которыми оперируют машинные команды (пример: mov a,b – mov – машинная команда, a,b – операнды).

Счетчик команд (СК) — неотъемлемый элемент устройства управления любой ВМ, построенной в соответствии с фон-Неймановским принципом программного уп­равления. Согласно этому принципу соседние команды программы располагаются в ячейках памяти со следующими по порядку адресами и выполняются преиму­щественно в той же очередности, в какой они размещены в памяти ВМ.

Указатель стека (УС) — это регистр, где хранится адрес вершины стека. В реаль­ных вычислительных машинах стек реализуется в виде участка основной памяти, обычно расположенного в области наибольших адресов.

Регистр адреса памяти (РАП) предназначен для храпения адреса ячейки основ­ной памяти вплоть до завершения операции (считывание или запись) с этой ячей­кой. Наличие РАП позволяет компенсировать различия в быстродействии ОП и прочих устройств машины.

Регистр данных памяти (РДП) призван компенсировать разницу в быстродействии запоминающих устройств и устройств, выступающих в роли источников и потре­бителей хранимой информации. В РДП при чтении заносится содержимое ячейки ОП, а при записи — помещается информация, подлежащая сохранению в ячейке ОП.

Дешифратор кода операции (ДКОп) преобразует код операции в форму, требуе­мую для работы микропрограммного автомата (МПА). Информация после деко­дирования определяет последующие действия МПА, а ее вид зависит от организа­ции МПА.

Микропрограммный автомат (МПА) правомочно считать центральным узлом ус­тройства управления. Именно МПА формирует последовательность сигналовуп­равления, в соответствии с которыми производятся все действия, необходимые для выборки из памяти и выполнения команд. Исходной информацией для МПА слу­жат: декодированный код операции, состояние признаков (флагов), характеризу­ющих результат предшествующих вычислений, а также внешние запросы на пре­рывание текущей программы и переход на программу обслуживания прерывания.

Арифметико-логическое устройство - это устройство предназначенное для арифметической и логической обработки данных.

Операционный блок (ОПБ) представляет собой ту часть АЛУ, которая, собствен­но, и выполняет арифметические и логические операции над поданными на вход операндами. Выбор конкретной операции, из возможного списка операций для дан­ного ОПБ, определяется кодом операции команды.

Регистр признаков (РПрз) предназначен для фиксации и храпения признаков (фла­гов), характеризующих результат последней выполненной арифметической или логической операции. Такие признаки могут информировать о равенстве резуль­тата нулю, о знаке результата, о возникновении переноса из старшего разряда, пе­реполнении разрядной сетки и т. д.

Аккумулятор (Акк) — это регистр, на который возлагаются самые разнообразные функции. Так, в него предварительно загружается один из операндов, участвую­щих в арифметической или логической операции. В Акк может храниться резуль­тат предыдущей команды и в него же заносится результат очередной операции. Через Акк зачастую производятся операции ввода и вывода.

Основная память (ОП) пред­ставляет собой массив запоминающих элементов (ЗЭ), организованных в виде ячеек, способных хранить некую единицу информации, обычно один байт. Каж­дая ячейка имеет уникальный адрес.

Микрооперация – это элементарная пересылка или преобра­зование информации, выполняемая в течение одного такта сигналов синхрониза­ции.

Микрокоманда – это совокупность сигналов управления, вы­зывающих микрооперации, выполняемые в одном такте.

Шина«процессор-память» обеспечивает непосредственную связь между центральным процессором (ЦП) вычислительной машины и основной памятью (ОП). В современных микропроцессорах такую шину часто называют шиной переднего плана и обозначают аббревиатурой FSB (Front Side Bus).

Шина ввода/вывода служит для соединения процессора (памяти) с устройствами ввода/вывода (УВВ). Учитывая разнообразие таких устройств, шины ввода/вывода унифицируются и стандартизируются.

Системная шина служит для физического и логического объединения всех устройств ВМ. Поскольку основные устройства машины, как правило, размещаются на общей монтажной плате, системную шину часто называют объединительной шиной (backplane bus), хотя эти термины нельзя считать строго эквивалентными.

Адаптеры шин обеспечивают буферизацию данных при их пересылке между системной шиной и контроллерами УВВ. Это позволяет ВМ поддерживать работу множества устройств ввода/вывода и одновременно «развязать» обмен информацией по тракту процессор-память и обмен информацией с УВВ.

Ширина шины данных определяется количеством битов информации, которое может быть передано по шине за одну транзакцию (цикл шины).

Пропускная способность шины характеризуется количеством единиц информации (байтов), которые допускается передать по шине за единицу времени (секунду), а определяется физическим построением шины и природой подключаемых к ней устройств. Очевидно, что чем шире шина, тем выше ее пропускная способность.

Емкость ЗУ характеризуют числом битов либо байтов, которое может храниться в запоминающем устройстве. На практике применяются более крупные едини­цы, а для их обозначения к словам «бит» или «байт» добавляют приставки: кило, мега, гига, тера, пета, экза (kilo, mega, giga, tera, peta, exa).

Ядро микросхемы памяти - совокупность запоминающих элементов и логических схем, связанных с выбо­ром строк и столбцов.

Литература

1. Цилькер Б.Я., Орлов С.А. Организация ЭВМ и систем, Издательство: Питер, 2004г, 668с.

2. Пятибратов А.П., Гудыко Л.П., Кириченко А.А. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации, М., финансы и статистика, 2002, 510с.

3. Путилин А.Б. Вычислительная техника и программирование в измерительных информационных системах. Москва, Издательство Дрофа, 2006, 448с.

4. Путилин А.Б. Вычислительная техника в ИИТ. Москва, Издательство МГОУ, 2004, 220с.

4.Смирнов А.Д. Архитектура вычислительных систем. Москва, Наука 1990

5.Симонс ДЖ. ЭВМ пятого поколения: компьютеры 90-х годов. Издательство: г.Москва, Финансы и статистика, 1985г

6.Хокни Р., Джессхоун К. Параллельные ЭВМ: Архитектура, программирование и алгоритмы. Москва, Радио и связь. 1986, 392с.

7. Кирсанов Э.Ю. Нейрокомпьютеры с параллельной структурой. Москва, Радиотехника, 2004г.222с.

8. Путилин А.Б. Континуальные системы обработки информации. Москва, Квадрат-С, 2005г.160с.

Дата добавления: 2014-01-06