Информационные технологии. Вычислительная техника. Обработка данных

Цель статьи - описание разрабатываемой модели для реализации специальных вычислительных устройств. Авторами объединены и обобщены несколько моделей вычислителей, фактически являющихся математическими моделями компьютеров. Эти модели применяются в самых разных областях - от радиолокационной задачи построения бинарных фазоманипулированных сигналов с минимальными автокорреляционными свойствами до нанотехнологий (задач с условным названием "математические модели сборки наномашин"). При этом данную статью нельзя считать только "прямой суммой" рассматриваемых в ней различных задач: именно применение всех этих задач в комплексе и дает возможность описания новой модели вычислительного устройства, действительно являющегося возможным подходом к моделированию наномашин.

Важнейшим этапом проектирования перспективных инфокоммуникационных систем является этап моделирования функционирования системы при реализации в ней различных основополагающих проектно-технических решений, определяющих ее облик в целом. Индикаторами качества решений могут служить значения экспертных показателей качества функционирования системы, отражающие динамику изменения состояния системы в различных фазах и режимах эксплуатации. Поэтому целью данной работы является разработка алгоритмов оценки значений экспертных показателей качества, позволяющих выполнить известные требования к состоятельности, несмещенности и эффективности формируемых оценочных значений в условиях, отличных от стационарности исследуемых процессов.

Интерес к симуляционному обучению базовым навыкам лапароскопии в процессе подготовки врачей-хирургов определяется широкой распространенностью лапароскопических операций и возможностью эффективного использования современной техники. АПК "Виртуальный хирург" – тренажер лапароскопии, созданный с использованием современных технологий трехмерного моделирования и компьютерной графики коллективом специалистов Самарского государственного медицинского университета и инженеров-программистов Научно-производственной компании Magenta Technology. Особое значение при моделировании лапароскопических операций придается тому, что хирург получает визуальную информацию с экрана монитора, на котором выводится изображение с видеокамеры-эндоскопа. Cтудент учится верно определять взаимное расположение объектов по плоскому изображению, получаемому с камеры, контролировать движения инструментов, а также координировать взаимодействие камеры и инструментов, постоянно удерживая инструменты в поле зрения камеры. В связи с этим одной из ключевых задач моделирования операционного процесса является контроль видимости объектов сцены. Проанализированы основные задачи обучения базовым навыкам лапароскопии, связанные с управлением эндоскопической камерой и контролем видимости объектов сцены. Для решения этих задач разработаны алгоритмы, использующие запросы видимости OGRE 3D. Приведены описания основных этапов использования запросов видимости, предложены структуры данных для работы с ними. Результаты проиллюстрированы изображениями реальных сцен базовых навыков, используемых в АПК "Виртуальный хирург".

В работе представлено описание моделей и методов расчета аналитических величин «рекомендованная стоимость» и «подразумеваемая волатильность» для производных финансовых продуктов типа «Опцион», оценки их стоимости в процессе мониторинга ситуаций на фондовом рынке с целью поддержки принятия решений в области торговли кредитными деривативами. Для оценки стоимости опционов использована усовершенствованная модель Блека-Шоулза, а также разработанный алгоритм нахождения подразумеваемой волатильности при помощи численных методов. Результаты теоретических исследований направлены на создание новых подходов к мониторингу и автоматизированной поддержке принятия решений для управления кредитными рисками среднего и крупного коммерческого банка в области торговли производными финансовыми продуктами, что позволит повысить качество и надежность принимаемых управленческих решений. В процессе анализа банковской деятельности в области управления рисками при торговле кредитными деривативами и прочими ценными бумагами выполнены исследования формализованного подхода к моделированию и оценке рыночных ситуаций, моделей и методик расчета производных финансовых инструментов для использования в системах поддержки принятия решений.

Описывается способ реализации арифметико-логического устройства (АЛУ) специализированных процессоров на базе VLIW-архитектуры. Дается описание функциональных блоков АЛУ для реализации базовых арифметико-логических операций. Показан вариант реализации универсальной ячейки, на базе которой строится вычислительное ядро АЛУ. Приведены примеры вычислительных схем обработки данных АЛУ. Результатом работы являются патентно способные решения, которые нашли практическое отражение в опытно-конструкторских решениях на базе промышленных предприятий г. Пензы.

Представлены результаты исследований работы информационно-аналитической системы реструктуризации административно-территориального деления на примере Пензенской области. В качестве результатов работы системы приведены различные варианты объединения районов области. Сформулированы критерии сравнения различных вариантов реструктуризации с точки зрения эффективности социально-экономических показателей укрупненных районов.

Рассматривается экспертная система поддержки принятия решений для определения причин отказов автоматизированных станочных модулей, формирующая рекомендации наладчикам по устранению дефектов технологического оборудования.

Рассмотрены возможности активного и пассивного способа измерения скорости интернет-соединения. Создана структура распределенной информационно-измерительной системы для проведения мониторинга параметров систем сотовой связи.

Рассматривается система мониторинга деятельности кафедры вуза и формирования отчетной документации. Описывается применение онтологического подхода при проектировании системы.

Статья является обзором современных методов маршрутизации в беспроводных сенсорных сетях. Рассматриваются основные принципы маршрутизации и дается начальное представление о методах маршрутизации в беспроводных сенсорных сетях на примере десяти характерных и известных алгоритмов: SPIN, DD, RR, GBR, GPSR, MCF, LEACH, TEEN, GAF, TTDD. Приводится краткое описание с библиографической ссылкой на первоисточник, описание сопровождается поясняющими иллюстрациями. Указывается специфика и особые условия применения каждого метода, имеющиеся модификации и различия между ними.

Представлено описание решений, моделей и методов для создания инструментов доступа к многомерным данным в области торговли кредитными деривативами и последующего их анализа для людей, не являющихся техническими специалистами в области баз данных, благодаря интуитивно понятным пользовательским интерфейсам и алгоритмам, автоматизирующим низкоуровневые операции с данными, позволяя абстрагироваться от них.

Рассматриваются вопросы подключения специализированных вычислительных устройств, реализованных на программируемых логических интегральных схемах, к персональной ЭВМ по интерфейсу USB. Приводятся примеры реализации на языке VHDL и результаты экспериментального исследования.

Рассматриваются особенности выполнения интерактивных задач в клиент-серверных системах. Предлагается методика исследования интерактивных пауз обработки и формула оптимизации механизма свопинга оперативной памяти на ее основе. Приводятся результаты экспериментальной апробации методики.

Описывается создание экспериментальной информационной среды кафедры университета для поддержки мониторинга различных систем и служб, а также информационной поддержки студентов и преподавателей. Рассматриваются вопросы организации "повсеместного" доступа на базе гетерогенных беспроводных сетей, а также идентификации, локализации и позиционирования пользователей системы. Приводятся описание построенной информационной среды и достигнутые результаты.

Рассматриваются вопросы моделирования подсистемы регистрации радиолокационной станции временными раскрашенными сетями Петри. Предложенная модель позволяет оценивать взаимное влияние информационных потоков через сеть Gigabit Ethernet.

Описывается модификация алгоритма муравьиных колоний, позволяющая осуществлять поиск оптимальной траектории перемещения грузоподъемной машиной груза произвольной формы в трехмерном пространстве с произвольными препятствиями, заданными в дискретном виде, с учетом угловой ориентации груза.

Рассмотрены ключевые особенности энергопотребления автономных цифровых устройств. Предложена структура датчика тока как основа построения современных средств мониторинга и анализа энергетических режимов работы автономных микромощных систем. Рассчитаны параметры и проведено моделирование статического режима работы датчика тока.

Рассматриваются вопросы создания архитектуры и принципы работы системы беспроводного оперативного мониторинга работы котельных и магистралей городского теплоснабжения. Предлагается инновационный подход на базе использования беспроводных технологий ZigBee, GSM/GPRS для учета и контроля работы тепловых сетей. Разработана экспериментальная система беспроводного мониторинга на основе сенсорной ZigBee-сети компании Jennic для контроля приборов типа ТРМ32-Щ4 и ВКТ-5 блочно-модульных котельных и терминальных датчиков в теплосети.

Представлена Web-онтология систем управления промышленными процессами, построенных в соответствии с новым международным стандартом IEC 61499. Математической основой онтологии являются дескриптивная логика и логика хорновских дизъюнктов, а языками реализации - OWL DL и SWRL. Предлагается метод семантического анализа описаний систем управления на основе определения в онтологии так называемых "семантически правильных" классов.

В результате системного анализа выявлены недостатки существующих систем инструментальной детекции лжи алгоритмов нейросетевого детектирования лжи, предложены, реализованы и проанализированы алгоритмы построения нейросетевого полиграфного аппарата, выявлен наиболее перспективный алгоритм построения нейросетевого полиграфа - анкетный.

Рассматриваются основные подходы и технологии для построения самоорганизующихся беспроводных сетей для мониторинга широкого класса процессов и систем. Разработаны системные требования и трехуровневая инфраструктура системы распределенного мониторинга. Предложена математическая модель гетерогенной инфраструктуры для беспроводного информационного обеспечения процессов мониторинга.

Рассматривается задача декомпозиции сетевых моделей на отдельные узлы на основе полученных математических моделей мультиплексирования и демультиплексирования потоков. При этом потоки описываются на уровне двух первых моментов распределений времени между событиями в них. Полученные уравнения равновесия потоков позволяют декомпозировать сетевые модели на отдельные узлы и рассчитывать их характеристики.

Сформулированы основные принципы анализа технической структуры корпоративной сети, основанные на предварительном анализе информационной структуры. Решены задачи описания иерархической структуры сети и вычисления характеристик: нагрузки на каналы связи, структурообразующее оборудование, серверы и рабочие станции сети.

Показано, что обучение человека может быть представлено как процесс подстраивания весов синапсов. При этом некоторые алгоритмы изменяют структуру сети, т. е. количество нейронов и их взаимосвязи. По аналогии с известными принципами самоорганизации нервных клеток построены алгоритмы обучения Хебба.

Рассмотрены проблемы анализа информационной структуры корпоративной сети. Сформулированы основные принципы анализа структуры. Решены задачи описания структуры и вычисления характеристик структуры: интенсивностей потоков данных между узлами сети, нагрузка на узлы и структурообразующее оборудование сети.

Предлагается представление машины Тьюринга с помощью обобщенного сдвига (GS), в качестве аналоговой вычислительной машины используется простая непрерывная машина, описанная стационарной динамической системой, и сформулирован подход к аппроксимации.

Предложен логико-алгебраический подход к определению операционной семантики распределенных систем хранения и обработки данных, основанный на описании данных систем сетями абстрактных машин, при определении которых используется логика предикатов высших порядков. Предлагаемые модели и методы служат цели создания новой объектно-ориентированной сетевой технологии построения распределенных систем хранения и обработки данных на основе согласованных взаимодействий объектов через общее пространство - коммуникационную среду или общее пространство информационных, а также сетевых, в том числе метакомпьютерных приложений для систем хранения и обработки данных на основе непосредственной интерпретации формальных спецификаций.

В третьей серии статей, посвященных синтезу структур [сигма][дельта]-АЦП средствами имитационного моделирования, исследуется погрешность от краевых эффектов для ряда структур [сигма][дельта]-АЦП, приведенных в предшествующих статьях серии. Для понимания материала данной статьи полезно ознакомиться с упомянутыми статьями серии.

Рассмотрена реализация SD-ROM фильтра с использованием нечеткой логики. В результате проведенного сравнительного анализа SD-ROM и медианных фильтров в задачах управления импульсного шума подтверждается превосходство SD-ROM фильтрации. Применение концепции нечеткой логики при реализации SD-ROM фильтров позволяет практически полностью удалить шум на изображении.

Предлагается схема классификации и сравнения моделей аналоговых вычислений, структурная схема простой непрерывной машины, использующая динамическую систему и развитие теории (Z, Q) -систем.

Рассматриваются проблемы интеграции формальных представлений распределенных процессов и объектов, взаимодействующих через общее структурированное пространство памяти. Предложен новый формализм для описания согласованных взаимодействий процессов и объектов в системах и сетях хранения и обработки данных, базирующийся на декларативном и процедурном подходах к представлению знаний о функционировании распределенных систем.

Рассматриваются вопросы генерации многоуровневых иерархических эволюционирующих программных систем на основе модели теории искусственной жизни. Приведены результаты эксперимента, иллюстрирующего процесс эволюционного образования на основе исходного вида многоуровнего сообщества цифровых организмов с отношениями "хищник-жертва".

Рассматриваются методы анализа систем и сетей инфомационного обмена с использованием сетей Петри. Приводятся примеры анализа систем и сетей аналитическим методом и методом имитационного моделирования в среде математического пакета MathCad.

Обобщается опыт инженеров Запада и России в области увеличения производительности вычислительных систем, рассматриваются некоторые тенденции и пути повышения быстродействия функциональных блоков арифметико-логических устройств.

Рассмотрены вопросы реализации временных сценарных сетей, на основе которых возможно построение имитационных моделей систем хранения и обработки данных. Исследованы свойства темпоральных операторов, на основе которых построена алгебра сценарных сетей. Приведены примеры графического представления одноуровневых и иерархических сценариев.

В статье рассматриваются вопросы формального представления алгоритмов синхронизации взаимодействующих процессов, действующих в параллельных вычислительных системах, при их обращении к общему ресурсу. Для формализации использовалась логика недетерминированных автоматов. Получены уравнения, описывающие процедуры вхождения i-го процесса в критический интервал с учетом принятой дисциплины обеспечения приоритетности и взаимоисключения несовместных событий, а также выхода процесса из критического интервала, которые позволяют синтезировать устройство синхронизации. Осуществлено моделирование устройства на 4 входа запросов к общему ресурсу на языке VHDL, а также проведена его экспериментальная реализация на ПЛИС.

Излагаются метод и методики, используемые для непараметрического синтеза оптимального когерентного обнаружителя радиоимпульса, у которого неизвестными являются несущая частота и начальная фаза. Используется новый условно-параметрический робастный метод синтеза нелинейных алгоритмов обработки нестационарных информационных сигналов на фоне помех, основывающийся на теории робастных статистик и методах марковских случайных процессов.

В статье рассматриваются результаты эксперимента, подтверждающего возможность построения эволюционирующей программной системы на основе коллектива цифровых организмов. Каждый из цифровых организмов обладает генотипом, определяющим алгоритм поведения и подверженным воздействию генетических операций, что позволяет наделить программную систему способностью к адаптации и самоорганизации.

В статье дается описание признаков распознавания образов, основанных на методах стохастической геометрии и имеющих трехфункциональную структуру (триплетных признаков). Рассматриваются подходы к формированию информативных триплетных признаков на основе генерации и экстракции. На примере распознавания изображений из области медицинской диагностики обосновывается применимость описываемых методов формирования признаков для распознавания сложноструктурированных, семантически насыщенных изображений.

В статье рассматриваются способы организации многопроцессорных систем (МПС) с архитектурами разделяемой памяти типа UMA и NUMA. Предлагаются модели на основе стохастических сетей массового обслуживания для получения вероятностно-временных характеристик таких систем. Приводится алгоритм расчета стохастических сетей, используемый в разработанной визуальной программе для моделирования и исследования характеристик МПС. Представлены модели для микроанализа подсистем "процессор-память" многопроцессорных ВС. Рассмотрен конкретный пример построения моделей для получения сравнительных характеристик двух четырехпроцессорных систем с различными архитектурами памяти.

В статье рассматривается подход к построению различных последовательных моделей выполнения функциональных блоков нового международного стандарта IEC 61499 на основе приоритетного механизма. Предлагаются многоуровневые приоритеты модельных переходов и правила их изменения для реализации различных дисциплин планирования выполнения функциональных блоков. Рассматриваются три модели последовательного выполнения: 1) "Прямой вызов", 2) модель на основе последовательной гипотезы, 3) синхронная модель.

На основе введенного определения самомодифицируемого сценария как активной сети, представленной суперпозициями концептуальных графов, рассматривается алгебраический подход к конструированию сложных иерархических эволюционирующих сценарных сетей. Принятая парадигма взаимодействия процессов соответствует согласованному использованию информационных объектов, представленных сигнатурой многоосновной алгебраической системы. Структурные и логические связи между понятиями предметной области представляются сигнатурой и формулами в этой сигнатуре. Сигнатура представляет декларативные знания, сценарии - процедурные знания о предметной области. Сценарии реализуются сетями абстрактных машин, состоящих из модулей, объединенных причинно-следственными связями.

Проведен анализ современных справочных материалов по физике. Выявлены недостатки глоссариев по физике и сформулированы требования к формированию глоссария. Приведен пример формирования глоссария в соответствии с выдвинутыми требованиями.

Эргономика прочно вошла в нашу жизнь и продолжает развиваться. В работе собраны и обобщены современные представления в области эргономики. Рассмотрены психофизиологические особенности человека, основы проектирования рабочей зоны оператора, математические методы моделирования деятельности человека, вопросы надежности персонала, применения САПР на примере модуля Human Builder.

Рассмотрены вопросы компьютерного моделирования применительно к анализу процессов в высоковольтном электрооборудовании: линии электропередач, высоковольтные кабельные линии, высоковольтные аппараты электрических станций и подстанций. Также приведены примеры конечно-элементного моделирования перечисленных видов оборудования с использованием компьютерного комплекса Comsol Multiphysics.

Содержит теоретический материал, необходимый для постановки задач расчета физических полей высоковольтных электротехнических и электрофизических установок и объектов методом конечных элементов. Рассмотрены многочисленные примеры задач с решениями.

Публикуются результаты исследований наиболее актуальных проблем в области химии и смежных с нею наук, общих и комплексных проблем технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства, химической технологии, химической промышленности, кибернетики, экономических и гуманитарных наук. Предназначается для научных работников, аспирантов, студентов старших курсов, преподавателей.

В статье предлагается формальное описание модели представления знаний, объединяющей фреймовую онтологию с продукционной моделью. Фреймовое представление реализует возможности объектно-ориентированного подхода, позволяет оперировать глубоко структурированными знаниями, однако не предоставляет иных механизмов вывода, чем механизм наследования и присоединенные процедуры. Продукционная модель, напротив, имеет довольно слабые выразительные возможности, основанные на логике высказываний, но дает мощный механизм вывода на знаниях, позволяющий на основе метода прямого логического вывода получать логические следствия, являющиеся результатом решения той или иной проблемы. Сочетание указанных моделей в единой гибридной структуре позволяет, с одной стороны, использовать глубокие возможности структурного подхода к представлению знаний, с другой стороны, реализовать на этих структурах унифицированный механизм логического вывода, не исключающий, однако, и механизм наследования, и процедурные вложения.

Рассмотрена задача расчета параметров ПИД-регулятора. В работе предлагается ее решение на основе метода локализации. Применение этого метода обеспечивает желаемые свойства для линейных систем второго порядка. Параметры объекта не влияют на качество переходного процесса, а внешнее возмущение быстро отрабатывается.

Об использовании эффективного программного обеспечения, которое позволило установить связь между всеми производственными сторонами. Благодаря программному обеспечению, которое осуществляло организацию проектов, определяло распорядок рабочего дня и стратегию, производительность компании значительно повысилась, система окупилась практически сразу после начала ее использования.