Файл: Архитектура ЭВМ.doc

22. Построение однородно структурированных, континуальных вычислительных и управляющих систем Нейронные вычислительные системы Континуальные вычислительные и управляющие системы

Структуры пространственно-временных систем могут быть рассмотрены как набор аналоговых элементарных устройств объединенных перекрестными связями. При этом должны быть учтены физические особенности преобразующей среды.

Если устройство, взаимодействующее с объектом, представить в виде, показанном на рис. 2.12, то для него можно записать:

U={ A,F,X },

где U – поле управления, формируемое под воздействием среды,

имеющей оператор преобразования А

и обладающей пространственно-временной дисперсией;

F – оператор внешнего воздействия на среду,

X – сигнал , характеризующий состояние объекта.

Тогда сигнал управления U, можно представить в виде:

,

где A_ij – преобразование Фурье от матричного ядра оператора управляющей среды.

При этом считаем, что внешнее воздействие F отсутствует, а x_i(k,) и U_i(k,) могут быть представлены в виде многомерных интегралов Фурье:

Рис. 2.12. Модель взаимодействия объекта с

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,), для управляющей континуальной среды, должна быть подчинена определенным требованиям, аналогичным требованиям физической реализуемости в одномерном случае.

При этом класс функций A_ij(k,) 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,

₂(x₁,x₂,) – 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 ₂ 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 дляобслуживания 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.