Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

Диссертационная работа:

Комаров Александр Николаевич. Исследование и разработка ассоциативных сред и методов обработки информации : Дис. ... канд. техн. наук : 05.13.05 : Москва, 2002 196 c. РГБ ОД, 61:04-5/1149

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 5

1 Ассоциативные среды для реализации операций клеточной
логики
12

  1. Предпосылки выбора логики клеточных автоматов как метода обработки информации в ассоциативных средах ... 13

  2. Основные понятия и определения 16

  3. Разработка ассоциативных сред для реализации операций

клеточной логики 18

1.3.1 Ассоциативная среда 18

^ 1.3.2 Состав микроопераций ассоциативной среды. ... 23

1.3.3 Сравнение быстродействия ассоциативных сред и

ОКЗУ 26

1.4 Разработка и реализация конвейерного принципа обработ
ки данных в ассоциативных средах 28

  1. Ассоциативная среда для реализации конвейерной обработки данных 28

  2. Метод обработки информации в ассоциативных средах с конвейерной организацией 31

  3. Сравнительные характеристики ОКЗУ, АС с ло-

4 кальными связями и АС с конвейерной организацией. 32

1.5 Выводы 35

2 Ассоциативные среды с командным управлением 37

2.1 Разработка ассоциативной среды с командным управлением 37 2.1.1 Универсальные микрооперации, реализуемые средой 40

2.1.2 Режимы работы накопителя ассоциативной среды . 44

2.2 Разработка ассоциативной среды с командным управлени
ем для обработки изображений 48

  1. Структура ассоциативной среды для обработки изображений 49

  2. Структура и режимы работы накопителя Р[0] ... 51

  3. Структура и режимы работы накопителя Р[1] ... 58

2.3 Выводы 61

Разработка набора операций для обработки изображений в

ассоциативной среде с командным управлением 62

  1. Определение набора операций для обработки изображений. 63

  2. Разработка и реализация набора микроопераций 66

  1. Операция адресной записи 77

  2. Операция адресного чтения 79

  3. Операции ассоциативного сравнения 81

  4. Операции фильтрации шума и заполнения пустот . 83

  5. Операция выделения связного объекта 85

3.3 Примеры алгоритмов обработки информации с использо
ванием ассоциативных сред с командным управлением. . . 90

  1. Дискретное преобразование Фурье 90

  2. Вычисление коэффициентов преобразования Уолша. 103

3.4 Выводы 112

Ассоциативные осцилляторные среды 113

  1. Неоднородные клеточные автоматы 113

  2. Основные понятия и определения 114

  3. Клеточные ансамбли 117

  1. Клеточный ансамбль «Проводник» 118

  2. Клеточный ансамбль «Узел» 119

  3. Клеточный ансамбль «Сумматор» 120

  1. Клеточный ансамбль «Умножитель» 121

  2. Клеточный ансамбль «Инвертор» 122

  3. Клеточный ансамбль «Блок» 123

  4. Клеточный ансамбль «Дифференциальный блок» . 124

  5. Клеточный ансамбль «Замкнутый осциллятор» . . 125

  6. Клеточный ансамбль «Накапливающий осциллятор» 127

  7. Клеточный ансамбль «Вычитающий осциллятор» . 131

  8. Клеточный ансамбль «Дифференциальный осциллятор» 133

  9. Клеточный ансамбль «Дифференциал» 146

4.4 Применение метода осцилляторов 149

  1. Реализация преобразования Уолша в ассоциативных средах с фиксацией кода микрооперации . . . 149

  2. Нечеткий ассоциативный поиск 153

  1. Разработка ассоциативной среды с фиксацией кода микроопераций ... 160

  2. Выводы 163

Заключение 165

Литература 169

Приложения

Введение к работе:

Актуальность темы. Развитие вычислительной техники в наше время ведется, в основном, экстенсивными методами: увеличивается частота работы процессора, объем оперативной памяти, размер кэш-памяти, скорость обмена и число процессоров в многопроцессорных системах.

Одним из «узких мест» при повышении производительности ЭВМ классической архитектуры является обмен данными между процессором и оперативной памятью. Тактовая частота работы процессора в несколько раз превосходит частоту работы памяти, и этот разрыв постоянно растет.

Существует несколько путей сокращения разрыва, например, применение кэш-памяти, работающей на частоте процессора, однако, остается неизменным классический принцип обработки информации, заключающийся в последовательном чтении данных из памяти, обработке в центральном процессоре и помещении в память результатов обработки.

Вместе с тем, становится все более очевидным, что возможности современной элементной базы, аппаратных средств и ЭВМ классической архитектуры по производительности и быстродействию приближаются к физическим пределам, выход за которые возможен только при реализации новых идей, как в архитектуре ЭВМ, так и в области аппаратных и программных средств.

Искусственный интеллект, как наука, развивается уже более 30-ти лет, однако качественный скачок в исследованиях произошел в 80-е годы, когда сформировалась новая отрасль индустрии — производство интеллектуальных систем. Имеется обширный класс задач, эффективное решение которых возможно только при использовании интеллектуальных систем. К ним, в первую очередь, относятся: обработка символьной

информации, решение логических задач, в том числе нечеткого логического вывода; работа с базами данных и знаний; распознавание и синтез речи; анализ, обработка и распознавание изображений.

Отличительной особенностью задач искусственного интеллекта является огромный объем данных для обработки. Время обработки этих данных растет с ростом их объема, и зависит от числа обращений к памяти, поэтому одним из важнейших вопросов при разработке интеллектуальных систем является способ доступа к данным и возможность обработки информации без изъятия ее из памяти.

Существуют два основных способа доступа к информации в запоминающих устройствах (ЗУ) ЭВМ: адресный и ассоциативный. При адресном способе искомая информация жестко задана адресом - местом ее расположения в запоминающей среде, и в каждый момент времени возможно обращение только к одной ячейке ЗУ, независимо от информационной емкости ЗУ. Ассоциативный способ основан на установлении некоторого соответствия, ассоциации между хранимой в ЗУ информации и поисковыми аргументами. Запоминающие устройства, в которых использован такой способ доступа, получили название ассоциативных ЗУ (АЗУ).

АЗУ характеризуются двумя основными признаками:

доступ к хранимой информации в АЗУ осуществляется исходя из ее содержания;

при каждом обращении к АЗУ возможен одновременный и параллельный доступ ко всей хранящейся информации.

Эти два признака обосновывают свойства «интеллектуальности» АЗУ. Первый из них определяет возможность обработки данных непосредственно в логико-запоминающей среде АЗУ, а второй обеспечивает возможность коллективной обработки информации.

АЗУ, реализующие помимо стандартных операций ассоциативной

обработки информации функции преобразования многомерной информации, называют многокоординатным АЗУ (МКАЗУ) [1]. МКАЗУ являются перспективным направлением в развитии интеллектуальных ЗУ. Они позволяют производить более эффективное, по сравнению с традиционными АЗУ, выполнение локальных и глобальных вычислений, линейных и нелинейных вычислений, интенсивное использование логико-запоминающей среды АЗУ, объекно- и координатно- ориентированных вычислений, символьных вычислений и вычислений на элементах, контекстно свободных и контекстно зависимых вычислений.

Дальнейшее развитие идей, реализованных в МКАЗУ, воплощено в ассоциативных средах (АС), отличительными особенностями которых является возможность обмена информацией между ячейками [2]. АС широко представлены разнообразием форм обмена-информацией, организацией накопителей и ячеек в них .однако, алгоритмы обработки информации, способы их представления и записи исследованы недостаточно. Можно сказать, что число видов и типов АС значительно превосходит число конкретных реализаций алгоритмов и программ для них. Таким образом, существует разрыв между возможностями АС умноженными на число их видов и числом алгоритмов обработки информации. Наличие данного разрыва объясняется в основном отсутствием аппарата, позволяющего описывать алгоритмы и программы для АС, недостаточной проработкой вопроса о месте АС в вычислительной системе и сравнительной новизной самих АС.

Данная работа предназначена для сокращения этого разрыва путем разработки общих направлений и методов обработки информации в ассоциативных средах, разработки алгоритмов обработки информации на примерах базовых алгоритмов обработки изображений и служит дальнейшим развитием работ, проводимых на кафедре Вычислительной Техники Московского Энергетического Института под руководством профессора Огнева И. В.

Цель работы состоит в разработке и исследовании новых типов ассоциативных сред, методов и алгоритмов обработки информации на их основе.

Для достижения поставленной цели в диссертации решаются следующие основные задачи:

разработка концепции построения вычислителя на основе ассоциативной среды;

разработка и исследование ассоциативных сред для обработки информации методами клеточной логики;

разработка методов и алгоритмов обработки информации на примере обработки изображений;

разработка методов и алгоритмов обработки нечеткой информации в АС на примере нечеткого ассоциативного поиска.

Объектом исследований являются многокоординатные ассоциативные среды, средства описания таких сред, а также алгоритмы обработки информации, построенные на их основе.

Методы исследования базируются на теориях арифметических и логических основ вычислительной техники, системного анализа, теории оптимальных ассоциативных преобразований, функционального анализа, математического анализа, методах клеточной логики. Экспериментальные исследования, для подтверждения полученных в ходе диссертационной работы результатов, проводились на основе имитационного моделирования на ЭВМ.

Научная новизна работы заключается в следующем:

разработаны и исследованы ассоциативные среды нового типа - с
локальными связями между ячейками в пределах одного накопите
ля для обработки информации методами клеточной логики;

разработан метод конвейерной обработки изображений методами клеточной логики, который реализован на многомерной ассоциативной среде для быстрой потоковой обработки больших объемов данных;

разработан метод командного управления ассоциативными накопителями, построенный на концепции представления ассоциативной среды, как операционного устройства, для повышения функциональности и гибкости управления ассоциативными ячейками;

разработаны методики реализации алгоритмов обработки изображений в ассоциативных средах для применения их в задачах распознавания образов;

разработана методика вычисления коэффициентов разложения в ряд Фурье и Уолша для рализации алгоритмов распознавания изображений, инвариантно к сдвигам в ассоциативных средах;

разработан и исследован потоково-осцилляторный метод для обработки информации в ассоциативных средах;

разработаны и исследованы ассоциативные среды с фиксацией в ячейках кода микрооперации для реализации потоково-осцилляторного метода;

разработаны и исследованы типовые клеточные ансамбли неоднородной клеточной логики для применения их в схемах обработки информации потоково-осцилляторным методом;

разработаны и исследованы методы представления нечеткой информации и нечеткий ассоциативный поиск в ассоциативных средах.

Практическая ценность.

Работа выполнялась в соответствии с планами Российского фонда фундаментальных исследований и гранта Президента Российской Феде-

рации №01-15-99556 ( проект «Ассоциативные системы и среды хранения и обработки информации: теория и прикладные разработки»). Практическая ценность работы состоит в следующем:

разработана схема ассоциативной ячейки и структурная схема ассоциативной среды с локальными связями для проектирования и создания СБИС на их основе;

разработаны схемы ассоциативной среды и схемы ассоциативных ячеек с командным управлением для проектирования и создания СБИС на их основе;

разработана схема ассоциативной среды с фиксацией кода микрооперации для проектирования и создания СБИС на их основе;

предложенные схемы, алгоритмы и информационные модели являются основой для построения различных устройств обработки, хранения и передачи информации.

Достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждается вычислительными экспериментами и данными, полученными при имитационном моделировании, апробацией работы в международных и региональных конференциях.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на: Международном форуме информатизации МФИ-2001 «Информационные средства и технологии» ( Москва 2001 ); Международной конференции «Системы компьютерной математики и их приложения» ( Смоленск 2001 ) ; Международной научной конференции «Математические методы в интеллектуальных информационных системах - 2002» ( Смоленск 2002 ).

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 5-ти печатных работах.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит
из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из на-

именований и приложения. Работа содержит страниц текста, рисунков, таблиц,' страниц библиографии.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

ассоциативные среды с локальными связями для проведения операций клеточной логики;

метод конвейерных вычислений для реализации операций клеточной логики с использованием ассоциативных сред;

алгоритмы вычисления коэффициентов разложения в ряд Фурье и Уолша с использованием базовых операций сравнения и сдвига в ассоциативных средах;

потоково-осцилляторный метод обработки информации в ассоциативных средах;

ассоциативные среды с фиксацией в ячейках кода микрооперации;

методы представления информации и клеточные ансамбли для обработки информации в АС потоково-осцилляторным методом.

Подобные работы
Мд. Абдул Малек
Исследование и разработка методов распознавания символов в ортокоординатной ассоциативной среде
Сидоров Евгений Александрович
Исследование и разработка высокопроизводительных устройств коммуникационной среды для создания параллельных ЭВМ индустриального применения
Назаров Юрий Валерьевич
Исследование и разработка сетевого адаптера технологических компьютерных сетей на базе энергетической среды передачи
Полячков Александр Владимирович
Сетевые контроллеры на основе ассоциативной среды с совмещением функций управления, хранения и обработки информации
Гильмутдинов Анис Харисович
Анализ и синтез неоднородных резистивно-емкостных элементов с распределенными параметрами и их приложения в устройствах обработки информации
Чжао Цзюньцай
Исследование, разработка и аппаратная реализация методов и алгоритмов построения трёхмерных изображений по непараллельным сечениям
Липатов Алексей Александрович
Математическая модель исполнительного двигателя на силовых оболочковых элементах : Разработка, исследование, применение
Со Лин Аунг
Исследование и разработка автоматических устройств управления замкнутыми шаговыми электроприводами с внутришаговой дискретной коррекцией скорости вращения
Асатрян Эдик Хачикович
Исследование и разработка метода и устройств переобразования массового расхода на основе информационных свойств поступательно-вращательных потоков
Гасанов Айдын Сардар оглы
Разработка и исследование устройств преобразования и оперативной обработки термометрических данных в системах автоматизации научного эксперимента

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net