Проблемна орієнтація архітектури комп’ютерних систем обробки даних і знань

Обидві задачі вирішено за трьох припущень (програми, прийняті до розгляду, повністю визначають клас задач Н; середня вірогідність вірного виконання програм однозначно визначає вірогідність вірного вирішення задач класу Н; система команд і клас задач повністю визначені вихідними даними) та на підставі двох беззаперечних з практики умов.

Умова 3.1. Будь-який компютер, незалежно від складу і складності, використовується з максимальною ефективністю на заданому класі задач тільки тоді, коли використовуються всі його компоненти.

Умова 3.2. Будь-яка коректна програма виконується правильно тільки тоді, коли правильно виконуються всі команди, що містяться в ній.

Вирішенням цих задач є виведення відповідних критеріїв якості, що дозволяють розрахувати показники реалізації (або використання) системи команд:

для задачі 3.1 - критеріїв якості реалізації на множині qQ реалізацій кожної з команд

_i = min_{qQ i, q} = min_qQ |(_ет / _i ) _ет t_ет - _{i, q} t_{i, q} |, i = 1r;

системи команд

= min_qQ ( _i=1^r _{i, q} ² )^1/2 ,

де _i (_ет ), _{i, q} (_ет ), t_{i, q} (t_ет) - відносні частоти використання команд в програмах розвязання задач класу Н, інтенсивність відмовлень і тривалість виконання q-ї реалізації команд відповідно i-ї та еталонної;

для задачі 3.2 - вираз для розрахунку компонентів суміші, оптимальної для заданого варіанта реалізації системи команд:

_{i опт} =( _i t _{i i=1}^r 1 / ( _i t _i)) ^-1,

та вирази для середньої тривалості і середньої ймовірності вірного виконання команд:

t_cp.опт = _i=1^r 1/(_i ) / _i=1^r 1/ (_i t_i), р_опт = ехр ( - r / _i=1^r 1/(_i t _i)).

Крім того, запропоновано й виведено вирази для розрахунку коефіцієнтів використання параметрів надійності та обчислювальної потужності компютера на задачах класу Н, дисперсії еталонного частотного вектора, еталонного вектора достовірності виконання команд та еталонного часового вектора.

Друга група задач розробки системи операцій компютерів поєднує задачі оптимізації реалізації системи за умов вірності на задачах класу Н співвідношень:

складність реалізації системи операцій

Q = _i=1ⁿ q_i ;

cередня тривалість виконання операції

T = _i=1ⁿ _i t_i ;

cередня вірогідність вірного виконання операції

P = exp(-_i=1ⁿ _{i i} t_i ).

Вважаючи невідомими параметри q_i , t_i , р_i реалізації функціональних вузлів К_i для системи, що проектується, можливі різні варіанти задач визначення оптимуму:

одного з параметрів Q, Т або Р за заданих обмежень на один із двох інших;

одного з параметрів Q, Т або Р за заданих обмежень для двох інших;

лінійної комбінації двох із параметрів Q, Т або Р за заданих обмежень на третій.

Крім того, можлива й задача пошуку мінімуму показника k_Р / Р + k_ТТ + k_q Q або максимуму k_Р Р + k_Т /Т + k_Q /Q, де k_Q, k_Т і k_Р - коефіцієнти переваги одних показників перед іншими при k_Q + k_Т + k_Р = 1.

Загальне вирішення цих задач полягає в наступному:

синтез Парето-оптимальних функцій t_i(q_i) та _i(q_i) на дискретних множинах {t_ij / j=1J},{_ij / j=1J} і {q_ij / j=1J} пар характеристик j=1J реалізацій. Тоді

Q = _i=1ⁿ q_i ; T = _i=1ⁿ _i t_i(q_i); P = exp(-_i=1ⁿ _i(q_i) _i t_i(q_i));

синтез математичної моделі задачі Лагранжа у вигляді системи рівнянь:

Ф(q_i) / q_i = 0, i = 1n;

_j(q_i) = 0, j = 1m,

де Ф(q_i) = f(q_i)+_j=1^m z_jj(q_j); _j(q_j) = 0 - задані обмеження Q, Т та/або Р; f(q_i) - функція Q(q_i), Р(q_i), Т(q_i) або їх лінійна комбінація, що оптимізується; z_j - невизначені множники Лагранжа;

вивод розв'язку для умовного екстремуму показника, що оптимізується:

q_i = q_i(_i , а_i , b_i , z_j(_i , а_i , b_i )), i = 1 n,

де а_i , b_i - константи, що визначають вигляд t_i(q_i), _i(q_i).

Третя група задач розробки системи операцій компютерів є розвитком попередніх, суть якого - доповнення вихідних вимог до показників якості обєкта проектування знаннями про множину припустимих визначень множини операцій. Ця задача синтезу формулюється таким чином: із вихідного орграфа Ф, що задає всю множину припустимих визначень скінченної множини F операцій, виділити підграф D, що задовольняє умови повноти, здійсненості (бути ациклічним) та оптимальності в заданій системі критеріїв.

Суть пошуку рішення полягає у породженні та оцінюванні коректної структури визначень на вихідній множині F (рис. 4), де 1 - генерація варіанта базового набору операцій; 2 - аналіз за-кінчення генерації варіантів базових наборів: якщо кінець, то до 8, інакше - до 3; 3 - аналіз умов коректності варіанта: якщо умови виконані, то до 4, інакше - до 1; 4 - аналіз повноти покриття базовим набором підмножини структур визначень: якщо покриття повне, то перехід до 5, інакше - до 1; 5 - генерація наступного варіанта структури визначень операцій. Аналіз закінчення генерації варіантів структур визначень операцій: якщо кінець, то до 1, інакше - до 6; 6 - аналіз варіанта структури на ациклічность і повноту: якщо умови виконані, то до 7, інакше - до 5; 7 - розрахунок параметрів реалізації варіанта структури; 8 - вибір оптимальної структури визначень системи операцій.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ця формалізація придатна для вирішення задач синтезу структури процесора, мікропрограм системи команд, бібліотеки програм та обєктів нової техніки в цілому.

Задачу розробки засобів обробки даних - обчислення функцій з плаваючою точкою поставлено як обчислення (з фіксованою точкою) апроксимації таблично заданих функцій і вирі-шено шляхом дослідження похибки від неточності аргументу. Виведено залежність числа I(n) табличних значень функції f(x) в інтервалі [a,b] від порядку n апроксимуючого полінома для заданої відносної похибки :

I(n) = ^{-1/ (n+1)} [A(n)]^{1/ (n+1)} _a^b [fⁿ⁺¹(x) / f(x)]^{1/ (n+1)} dx,

де A(n) = L(n) / (n+1)!, L(n) = max_u[0,1] |_i=0n(u - i )| - для інтерполяційного поліному Ньютона; A(n) = 2-ⁿ / (n+1)! - для розкладу по поліномах Чебишова.

Запропоновано два ефективних способи обчислення функцій, апаратні реалізації і в додатках виведено I(n) для елементарних функцій.

Задачу розробки засобів поновлення та виводу з компютерів сигналів (функцій часу) вирішено шляхом розробки і реалізації оригінальних структур інтерполяторів з керованим відємним зворотним звязком для усунення накопичення інструментальної похибки, повязаної з неідеальністю аналогових елементів. Для реалізації інтерполяторів сформульовано задачу визначення частоти дискретизації сигналів x(t) залежно від порядку m полінома Р_m(t), вимог до точності ( - відносна похибка) та від спектральних характеристик (_с = 2f_с) сигналу. Задачу вирішено дослідженням залишкового члена полінома Ньютона у формі Коші, внаслідок чого виведено формули для розрахунку частот дискретизації при екстраполяції F_е і інтерполяції F_і:

F_е = 1/ Т_е = _с / ^{l / (m+1)} , F_і = 1 / Т_і = k(m) _с / ^{l / (m+1)} ,

де k(m) = [max|A_m(t)| / (m+1)!]^l/(m+1) / Т; A_m(t) = _i=0^m (t - iT).

Оскільки lim_m k(m) = 1, то частоти дискретизації сигналів при інтерполяції та екстраполяції для нескінченного порядку апроксимуючого полінома збігаються та в 2 разів перевищують граничну частоту спектру сигналу. При цьому число відліків на період sint для заданої середньоквадратичної похибки ₁ та порядку m полінома оцінюється виразом

N = 2[1/₁(m) ]^{1 / (m+1)} , де (m) = _xi^xi+1 [А_m(t) / (m+1)!Т^m ]² dt.

Експериментальні дослідження підтвердили ефективність розроблених реалізацій інтерполяторів, їх сталу роботу і точність у заданому діапазоні частот сигналу.

Четвертий розділ містить результати теорії СОЗ і архітектури КС. Загальновизнані проблеми розвитку сучасних КС та СОЗ на їх основі зумовлюють необхідність єдиної конструктивної концепції структури СОЗ, всі функції обробки інформації (придбання, передача, представлення і використання знань) котрої повязані єдиними механізмами. Така СОЗ має оволодіти системою знань людей у процесі спілкування з користувачами та реальним світом і надати можливість ставити й вирішувати проблеми, складні для звичайного програмування.

Найбільш фундаментальна й важлива проблема обробки знань - викладення смислу та форми знань усякої теорії, що гарантує отримання достовірних результатів тими формальними правилами перетворень, котрі адекватні природним здібностям людей і придатні для ефективної компютерної реалізації. Тобто йдеться про створення ідеалу структури СОЗ та архітектури КС, що збігається із структурою СОЗ. Стосовно традиційних досліджень логіки, теорії пізнання, таку проблему можна визначити як проблему ідеалу структури наукової теорії.

Увесь розвиток компютерної науки і практики переслідує мету отримати від компютера максимально можливу допомогу у вирішенні проблем суспільства. Вочевидь, глобальний максимум ефективності використання компютерів можна очікувати лише за умови збігу інформаційної моделі компютера з інформаційним образом людини. Локальний максимум на кожному етапі розвитку визначається збігом інформаційної моделі компютера з домінуючим ідеалом структури наукової теорії, що в явному і найбільш концентрованому вигляді виражає інформаційну модель процесу вирішення проблем людьми. З цього випливає, що архітектура КС і СОЗ на їх основі має бути такою ж, як і структура системи наукових теорій.

Аналіз фундаментальних досягнень у цій царині та компютерних моделей свідчить про наявність значного розриву між дослідженнями структури наукових теорій і компютерними моделями створених СОЗ та відсутність конструктивного уявлення про ідеал структури наукової теорії, компоненти якої активно обговорюються і в методологічній, і в спеціальній літературі. Це підкреслює актуальність аналізу і синтезу ідеалу структури наукової теорії.

Аналіз мотивів і результатів змінення парадигм у розвитку структури наукової теорії - нововведень Г. Фреге (розяснення семантики теорій і пропозиції щодо заміни змістовної логіки формальною), Б. Рассела (спроба звести математику до логіки), Л. Брауера (антиформалізм, пропозиції змістовної, конструктивної логіки), Д. Гільберта (спроба звести науку до суто формальної), А. Тарського (пропозиції щодо семантичної метамови зі змінними невизначеного порядку для вираження форми і смислу висловлювань), Г. Генцена (пропозиції щодо змістовного виводу - натурального і секвенціального), Н. Бурбаки (теорія еволюції структур аксіом наукових теорій), К. Поппера (методологія еволюції наукових теорій в неперервному процесі вирішення нагальних проблем) - свідчить про те, що вдосконалення формальності викладення і розвитку наукового знання спрямовується наданням все більшої змістовності формальним обєктам теорій для створення такої структури теорії, яка адекватна семантиці знань, що подаються теорією.

Обрунтовані сучасними досягненнями логіко-гносеологічних та лінгвістичних досліджень результати синтезу найбільш суттєвих ознак ідеалу структури системи наукових теорій, що без суперечності поєднують формальність із змістовністю знань, узагальнимо наступним.

Структура системи наукових теорій у розгорнутій (у просторі або в часі) формі складається з чотирьох блоків ідентичної структури (рис. 5) - знаків мов (1), синтаксису мов (2), семантик (3) і функцій (4) наукових теорій, повязаних між собою (6 - структура речень в ідеальних знаках, 7 - логічна форма висловлювань речень), з джерелами-приймачами (5) знакових образів та з дійсністю (8). У цій структурі: блок функцій (4) - загальний для всіх наукових теорій; логічна форма інформації (7) - спільна для блоків синтаксису мов, семантик і функцій наукових теорій; структура кожного з блоків подається ієрархічною мережою модулів ідентичної структури, кожен з яких включає (рис. 6): словник (13) і інтерпретатори концептуальних моделей синтаксису (11), прагматики (12) і семантики (14) та відповідні емпіричні моделі (9, 10, 15, 16) деякої підтеорії.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

У згорнутій у просторі (але здатній до розгортання в часі) формі структура наукових теорій може бути подана структурою половини модуля (що зумовлено симетрією його вузлів) у складі: памяті словника, інтерпретатора концептуальних моделей з памятями, що вміщують концептуальні моделі синтаксису, семантики та прагматики різних підтеорій, і інтерпретатора емпіричних моделей.

Усе це вперше повязує в єдине ціле уявлення дослідників про різні рівні структури наукової теорії. Дві перші концептуальні необхідності мінімалізму Н. Хомського тут виражено явно: репрезентацією 5 - інтерфейс із світами знакових образів мов та репрезентацією 7 - інтерфейс з семантикою, а третю (інтерфейс з лексиконом) - неявно: репрезентацією 6 та розподілом лексикону і його функцій між блоками 1-3. Крім того, у формі блоку 4 додатково виражено четверту концептуальну необхідність - управління функціями наукових теорій, а блоку 3 і репрезентацій 8 - також нову (але загальноприйняту в програмуванні) - пяту концептуальну необхідність: смисл усякої думки, вираженої засобами мови, під управлінням функцій блоку 4 має бути представлений і виконаний конструктивно операціями аналізу-синтезу з обєктами предметного світу, оскільки саме існування будь-якої мови можна виправдати лише її необхідністю для життєдіяльності та еволюції виду в реальному світі. Цій структурі, окрім її лаконічності та простоти, притаманне й те, що вона узгоджується із загальновизнаною дуальністю світу - його складу з реальних обєктів та ідей (знань) і, відповідно, - знаків їх вираження.

У процесі синтезу ідеалу структури наукової теорії розяснено смисл і визначено її компоненти: для семантичного модуля - концептуальної та емпіричної моделей, ядра (аксіом і прагматики), теорій-слідств та слідств теорій; блоку знаків (для аудіосигналів - у складі сегментної та супрасегментної фонології); для синтаксису мов - у складі морфології, системи теорій фразової структури (Х-штрих-теорії, теорій обмеження, управління, відмінка, тета-теорії, теорій звязування та функціональної форми) і синтаксису семантики речень; для блоку функцій - у складі дескриптивно-преспиктивних та аргументативних функцій (дедукції, індукції, пояснення, прогнозування і розуміння), під чиїм управлінням здійснюються всі діяльнісні процеси використання, становлення і еволюції будь-якої наукової теорії.

Сформульовано, що найбільш суттєві ознаки мови зводяться до двох взаємнообернених фундаментальних функцій синтезу:

структури складових усякого змістовного висловлювання у процесі аналізу вхідної цілком упорядкованої інформації;

вихідної цілком упорядкованої інформації згідно із структурою складових будь-якого змістовного висловлювання.

Показано, що функціонування будь-якого семантичного модуля визначається вирішенням задач аналізу і синтезу структури деякого представлення інформації, кожна з яких подається ітераційно-рекурсивною функцією. Розроблено структури вирішення ряду задач аналізу і синтезу, морфоаналіз подано як типову задачу аналізу на прикладі фрагмента загальновідомих знань російської лексики.

Розяснено смисл поняття проблеми (як деякої невизначеності її найбільш суттєвих ознак - постановки проблеми, методу вирішення та/або результату), процедур і алгоритмів синтезу різних компонентів теорії. Виконано розподіл різнотипів пізнання на емпіричне та теоретичне: емпіричне - це виявлення обєкта, чиї зміни відстежуються в експерименті, та закономірностей цих змін; теоретичне - синтез, модифікація компонентів структури наукової теорії на основі відомої емпіричної теорії. Визначено узагальнені структури вирішення задач синтезу складових наукової теорії: для концептуальної моделі - висхідного, спадного та трансформаційного синтезу; для системи аксіом - гіпотетико-дедуктивного та генетично-конструктивного синтезу.

На підставі виявлених недоліків архітектур сучасних КС і керуючись результатами методологічного дослідження структури наукових теорій та її складових, вироблено найбільш суттєві ознаки ідеальної архітектури КС.

Пятий розділ містить результати проектування та досліджень машини баз знань.

Архітектурам сучасних КС притаманні такі традиційні недоліки: великий семантичний розрив між мовами програмування і мовами опису проблем, що використовують люди в науці та практиці; так само великий семантичний розрив між технологією вирішення проблем у науці та практиці й технологією програмування; низький коефіцієнт вторинного використання прикладних програм; структура апаратної компоненти КС статична, не змінюється природно, в ході вирішення задачі, і будь-яке змінення структури потребує програмування.

Усі ці недоліки можуть бути ліквідовані в КС з ідеальною архітектурою, найбільш суттєвими ознаками якої, що без суперечності поєднують універсальність із спеціалізацією КС на вирішення різноманітних проблем, є: метамова з універсальними можливостями представлення знань, операційна система, яка виконує моделі всіх функцій наукових теорій, у тому числі накопичення знань, та структура моделюючої КС по типу КС з розподіленими функціями.

Наведено модульну структуру моделюючої системи, що в дослідній реалізації була вико-нана у формі структури (рис. 7), де 1, 2 - передача завдань від РС до ПБЗ і результатів від ПБЗ до РС, а 3, 4 - передача завдань від ПБЗ до РС і результатів від РС до ПБЗ; 5, 6 - звязок інтерпретатора понять з ОЗУ баз знань.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Досліджено ефективність моделюючої КС і сформульовано, що апаратна реалізація метамови, метамовна реалізація транслятора метапрограм, операційної системи та прикладних систем забезпечують гранично високу ефективність застосування моделюючої КС.

За результатами теорії поняття, силогістики та математичної логіки сформовано набір логічних форм визначення понять, у тому числі через судження: просте категоричне, розподільне, поєднувальне, рекурсивне, ітерації, тотожності, існування та загальності. Визначено семантику та розяснено виразні можливості цих форм. За умови логічної правильності всякому визначенню поняття (конкретному, повному і замкненому на предмети царини D) в цих формах притаманна інтерпретовність, завдяки відношенню слідування, покладеному в їх основу. Розроблено форма-лізацію поняття метапрограм - баз знань вирішення задач аналізу, породження або перетворення, формалізацію доведення теорем у чсленні висловлювань, що демонструє виразні можливості метамови відносно реальних задач перетворення інформації. Виконано (з множиною відповідних прикладів) дослідження метамови щодо формальних мов всіх рівнів. Зокрема, опис інтерпретатора універсальної машини Тюрінга (U-машини) запропонованою метамовою має вигляд:

U_интерпретация =_def состояние символ# (^Код0 ^поиск_правила ^преобразовать);

^поиск_правила =_def нужная_пятерка? состояние символ сдвиг# / пятерка ^Код0 ^поиск_правила;

нужная_пятерка =_def RB состояние символ RB! / ^RB;

пятерка =_def состояние символ состояние символ сдвиг;

^преобразовать =_def (^Код0 пятерка) Код0 (символ ^Код0) ^зап_сдвиг заменить ^чтение? Код0!;

^зап_сдвиг =_def символ? сдвиг! / сдвиг!;

сдвиг =_def '0' / '1';

заменить =_def символ ^если_0? символ! / ^если_0? символ! / ^запис_символ ;

^если_0 =_def '0';

^запис_симв =_def символ? символ! / символ!;

^чтение =_def символ#;

де термінальні терміни - "символ" (a_i, a_j, a_t з абетки деякої довільної детермінованої машини Тюрінга (Т-машини), "состояние" (q_i, q_j, q_t Q із множини Q станів Т-машини), "Код0" - розділювальний символ; константи - 0, 1; метамовні знаки - =_def (є за визначенням), ^ (запе-речення), / (альтернативного вибору), пробіл між термінами - знак поєднання, круглі дужки - ітерація виокремленої конструкції, одинарні лапки виокремлюють константу, ? - операція аналізу, # - операція аналізу із запамятовуванням структури складових, ! - породження.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Для цієї формалізації напівнескінченна праворуч стрічка U-машини розподілена на зони (рис. 8), розташовані зліва-направо таким чином: початковий стан q_t Т-машини; перший символ a_t стрічки Т-машини, що оглядається читально-записувальною головкою 1 U-машини; кінцевий опис T-машини (продукції 2) пятірками q_i, a_i, q_j, a_j, d_i - поточний стан T-машини, зчитуваний символ, новий стан T-машини, записуваний символ і значення зсуву (0 - праворуч, 1 - ліворуч) читально-записувальної головки T-машини відповідно; 3 - розділювальний символ Код0; 4 - кінцевий ланцюжок символів - дані T-машини (серед них маркер, що вказує на положення головки T-ма-шини); 5 - нульові коди.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Отримані результати та виконана метамовою формалізація (наведена в додатках) транс-лятора довільної детермінованої машини Тюрінга обрунтовують висновок про універсальність запропонованої метамови. Як продовження цих досліджень на прикладі деяких із процедур (вводу й накопичення знань, редагування, ретрансляції машинного представлення баз знань та С-марке-ра), реалізованих в експериментальній машині програмно, продемонстровано (в додатках) здат-ність метамови до формалізації процедур роботи зі знаннями, наведеними в тій же самій метамові.

Архітектура машини баз знань показана на рис. 9, досліджено різні за продуктивністю і складністю варіанти дослідної реалізації ПБЗ (фотографії ПБЗ і проспекти машин баз знань - в додатках). Серед найбільш ефективних - реалізації з одношинною структурою і мікропрограм-ним управлінням, що містять вузли та блоки, чиї функції відповідають загально-прийнятим, а вся специфіка - в мікропрограмі. Розроблено машинне представлення баз знань, мікропрограму семантики метамови, що виконує рекурсивні алгоритми (представлені в додатках як природномовний опис) інтерпретації баз знань - концептуальних моделей усякої прикладної теорії, наведено відомості про системне програмне забезпечення та ефективність машини.

На цій машині припустимі обидва відомі варіанти процесу вирішення задач:

інтерпретуюче-транслюючий: метамовою описати інтерпретатор мови предметної царини і ввести як дані; виконати трансляцію визначення інтерпретатора мови предметної царини та приєднати до бази знань; мовою предметної царини описати задачу і ввести як дані; дати завдання вивести загальне судження в формі "Всяке значення даних суть інтерпретатор мови"; результат - значення істинності судження та перетворені дані;

транслююче-транслюючий: метамовою описати транслятор мови предметної царини і ввести як дані; виконати трансляцію визначення транслятора мови предметної царини та при-єднати до бази знань; мовою предметної царини описати задачу і ввести як дані; дати завдання машині вивести загальне судження в формі "Всяке значення даних суть транслятор мови предметної царини", результат - значення істинності судження і визначення в метамові задачі; виконати трансляцію визначення задачі та приєднати до бази знань; дати завдання вивести загальне судження в формі "Всяке значення даних суть початок програми задачі"; результат - значення істинності судження та перетворені дані.

Серед прикладних структурно складних задач і систем, що були поставлені з мето-дологічними цілями, задачі сортування, обчислення арифметичних виразів; різні іграшкові експертні системи (вибір краватки, вибір конфігурації ЕОМ, визначення довжини життя, розпізнавання тварин); поновлення граматики при інформаторному представленні зразка, резолюційне доведення теорем в численні висловлювань і предикатів та ін.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Внаслідок експериментальних досліджень встановлено таке: якщо технічні рішення ПБЗ сбалансовані по складності з технічними рішеннями РС (тактові частоти і складність реалізації - одного порядку), то виграш у продуктивності (машини баз знань порівняно з постановкою тих самих задач засобами програмування на РС) оцінюється в один-два десяткових порядки на ін-формаційно складних задачах. Цей ефект досягається нарівні з тим, що машинне представлення баз знань прикладних задач і систем економніше використовує память (приблизно в 5-10 разів) порівняно із звичайним програмуванням. Причому виграш у продуктивності та памяті зростає зі збільшенням інформаційної складності задач.

Висновки

У дисертаційній роботі поставлено й вирішено фундаментальну проблему розвитку КС. Її суть визначається суперечністю між алгоритмічною універсальністю сучасних КС та необхідністю їхньої спеціалізації на всяке конкретне застосування з метою отримати від КС максимальну ефективність процесів створення, розвитку й використання всякої прикладної системи. Вирішення проблеми полягає в розробці теорії архітектури і структури КС, наближених до ідеальної.

Внаслідок вирішення задач загальної теорії проектування ПОКС

запропоновано розвязання задачі прогнозування основних показників виробництва ПОКС, необхідних для обрунтування замовлення проектування ПОКС;

обрунтовано економічну доцільність проектування ПОКС доведенням існування оптимуму витрат на розробку і застосування ПОКС та виведенням умов досягнення максимуму економічного ефекту і оптимального розподілу витрат на розробку ПОКС та створення на їх основі прикладних систем.

Внаслідок вирішення задач розробки емулюючих процесорів обробки даних запропоновано: дворівневу систему мікропрограмного управління як основу побудови структури однокристального 16-розрядного універсального мікропроцесора, ряд структур таких процесорів та показники оцінки ефективності реалізації їх структур. Цей проект є методологічно значимим для ефективної реалізації сучасними засобами процесорів обробки даних у складі СОЗ.

Виконано дослідження та розробки ряду проблемно-орієнтованих засобів обробки даних та виводу сигналів:

запропоновано розвязання задач розробки засобів обчислення функцій з плаваючою точкою та структури відповідних пристроїв гранично високої продуктивності;

результати розвязання задач проектування інтерполяторів дозволяють створювати спеціалізовані засоби поновлення функцій часу і виводу з КС сигналів з потрібними спектральними характеристиками й точністю.

Внаслідок вирішення задач розробки системи операцій компютерів

запропоновано нові показники оцінювання ефективності системи операцій довільного рівня управління КС, придатні як при виборі КС та/або її компонент для конкретного застосування, так і в процесі розробки ПОКС;

виведено аналітичні оцінки якості проектування реалізації компонентів КС, виходячи з вимог до всієї системи в цілому;

запропоновано розвязання задачі синтезу структури визначень системи операцій деякого рівня управління КС на підставі знань про всю множину припустимих визначень відповідної скінченної множини операцій, який придатний для формального вибору оптимальної структури процесора, мікропрограм системи команд, бі6ліотеки програм, структури КС та її складових, а також при проектуванні обєктів нової техніки в цілому.

Для розвязання фундаментальної проблеми обрунтувано результатами аналізу недоліків сучасних КС і моделей СОЗ на їх основі необхідність конструктивної концепції побудови КС, всі функції обробки знань яких повязані єдиними механізмами, та запропоновано як зразок ідеальної архітектури КС взяти структуру СОЗ, а як її взірець - конструктивне уявлення про ідеал структури наукової теорії, оскільки саме в ній явно і найбільш концентровано виражено форму мислення людей при вирішенні проблем. Тим самим проблему синтезу ідеальної архітектури КС зведено до проблеми конструктивного представлення ідеалу структури наукової теорії. Керуючись результатами методологічного дослідження структури наукових теорій та її складових, вироблено найбільш суттєві ознаки ідеальної архітектури КС, що без суперечності поєднують алгоритмічну універсальність із спеціалізацією КС на вирішення різноманітних проблем, і завдяки цьому забезпечують гранично високі показники ефективності їх застосування:

структура моделюючої КС по типу КС з розподіленими функціями;

апаратна реалізація метамови з універсальними виразними можливостями представлення знань;

метамовна реалізація транслятора метапрограм, операційної та прикладних систем.

Внаслідок вирішення задач розробки і дослідження машини баз знань

сформовано метамову, виконано її формалізацію та досліджено суть постановки й вирі-шення задач аналізу, породження та перетворення;

обрунтовано висновок про універсальні виразні можливості метамови її дослідженням щодо формальних мов всіх рівнів, формалізації поняття метапрограм і процедур роботи зі знаннями, формалізації і розвязання задач перетворення інформації на прикладі доведення теорем в чсленні висловлювань;

наведено машинне представлення баз знань, алгоритм інтерпретації знань, архітектуру, структуру ПБЗ, відомості про реалізацію ПБЗ, системне програмне забезпечення і ефективність використання машини;

згідно із загальносоюзними, республіканськими планами, госпдоговорами, надалі - про-ектами ДКНТ України в лабораторії інформаційних машин Інституту кібернетики ім. В.М. Глуш-кова НАН України під керівництвом і за безпосередньою участю здобувача створено різні варіанти діючих дослідних зразків машини баз знань з апаратним ПБЗ (на базі ДВК-3, ЕС-1840, ІНТЕК "Поиск", PC/АТ-286, PC/АТ-386).

Головним досягненням експериментальних машин є вперше реалізована рекурсивна мікропрограма метасистеми, що виконує алгоритми інтерпретації метапрограм (баз знань) - концептуальних моделей довільних теорій. Головний ефект використання машин баз знань полягає в більшій природності постановки задач, в більшій комфортності та підвищенні продуктивності праці користувачів, а також в більшій точності рішень задач.

Отримані результати фундаментальних і експериментальних досліджень дозволять створювати КС з архітектурою, наближеною за найбільш суттєвими ознаками до ідеальної.

Основні положення дисертації опубліковано в таких працях

1. Кургаев А.Ф., Писарский А.В. Об оценке эффективности системы команд ЭВМ // УСиМ.- 1981. - № 1. - С. 40-44.

2. Коробейников В.Н., Кургаев А.Ф. Аналоговые интерполяторы, реализующие полином Ньютона // Там же. - № 3. - С. 29-33.

3. Кургаев А.Ф. К вопросу о классификации объектов автоматизации // Там же. - 1984. - № 3. - С. 3-6.

4. Палагин А.В., Кургаев А.Ф., Рокитский А.Г. К системному проектированию и применению ЭВМ с гибкой архитектурой // Там же. - № 5. - С. 26-31.

5. Кургаев А.Ф. Аналитические оценки качества проектирования ЭВМ на структурном этапе // Кибернетика. - 1984. - № 6. - С. 49-56.

6. Писарский А.В., Кургаев А.Ф. Выбор структурной реализации системы операторов // Кибернетика. - 1986. - № 1. - С. 31-50.

7. Казанцев В.М., Коробейников В.Н., Кургаев А.Ф. Определение частоты квантования при восстановлении сигналов // Электронное моделирование. - 1987. - 9, № 1. - С. 31-34.

8. Казанцев В.М., Коробейников В.Н., Кургаев А.Ф. Анализ погрешности восстановления непрерывного сигнала, возникающей за счет искажения отсчетов в АЦМЗ // Техника средств связи. Сер. общетехническая. - М.: ЦООНТИ "ЭКОС", 1987. - Вып. 2. - С. 81-85.

9. Казанцев В.М., Коробейников В.Н., Кургаев А.Ф. Анализ погрешности записи аналогового сигнала цифровым кодом на многодорожечный магнитный носитель // Средства связи. - М.: ЦООНТИ "ЭКОС", 1987. - № 4. - С. 44-46.

10. Кургаев А.Ф., Дашкиев Г.Н. Проблемы создания ЭВМ с развитым интеллектом // УСиМ. - 1989. - № 2. - С. 36-41.

11. Кургаев А.Ф. Об эффективности типового проектирования при автоматизации заданного множества однородных объектов // Экономика и математические методы. - 1989. - XXV, № 3. - С. 556-560.

12. Кургаев А.Ф. Логические формы определения понятия // УСиМ. - 1998. - № 2. - С. 3-12.

13. Кургаев А.Ф. Метаязык представления знаний // Там же. - № 4. - С. 79-86.

14. Кургаев А.Ф. База знаний резолюционного доказательства теорем в исчислении высказываний // Там же. - 1999. - № 3. - С. 78-86.

15. Кургаев А.Ф. Исследование архитектуры машины баз знаний // Там же. - 2000. - № 1. - С. 74-91.

16. Кургаев А.Ф. Выразительные возможности метаязыка представления знаний // Там же. - № 3. - С. 73-84.

17. Кургаев А.Ф. Представление в метаязыке процедур работы со знаниями // Там же. - № 4. - С. 79-87.

18. Кургаев А.Ф. Методология создания метаязыка для работы со знаниями // Математичні машини і системи. - 2001. - № 1,2. - С. 12-20.

19. Кургаев А.Ф. Основные направления работ по проблемной ориентации компьютерных комплексов // Там само. - 2002. - № 2. - С. 10-28.

20. Кургаев А.Ф. Задача прогнозирования основных показателей производства проблемно-ориентированных компьютерных комплексов // УСиМ. - 2002. - № 5. - С. 24-31.

21. Кургаев А.Ф. Анализ развития идеала структуры научной теории // Кибернетика и вычислительная техника. - 2003. - Вып. 139. - С. 50-63.

22. Палагин А.В., Кургаев А.Ф. Проблемная ориентация в развитии компьютерных архитектур // Кибернетика и системный анализ. - 2003. - № 4. - С. 167-180.

23. Кургаев А.Ф. Синтез-обоснование идеала структуры семантики научных теорий // Кибернетика и вычислительная техника. - 2005. - Вып. 147. - С. 22-32.

24. Кургаев А.Ф. Синтез-обоснование идеала структуры языка научной теории // Математичні машини і системи. - 2006. - № 1. - С. 99-112.

25. Кургаев А.Ф. Модели функций структуры научной теории // Электронное моделирование. - 2006. - 28, № 3. - С. 19-34.

26. Стогний А.А., Кургаев А.Ф. О проблемной ориентации комплексов ЭВМ // АСУ: проб-лемно-ориентированные комплексы. - Киев: Ин-т кибернетики АН УССР, 1981. - С. 3-11.

27. Кургаев А.Ф., Палагин А.В., Писарский А.В., Юсифов С.И. О выборе базового набора операторов // Разработка средств кибернетической техники. - Киев: Ин-т кибернетикиАН УССР, 1982. - С. 3-8.

28. Кургаев А.Ф. Реализация вычислений элементарных функций // Проектирование и применение микропроцессорной техники. - Киев: Ин-т кибернетики им. В.М. Глушкова АН УССР, 1986. - С. 41-46.

29. Дашкиев Г.Н.. Кургаев А.Ф. Об использовании формальных грамматик для представления знаний // Технические средства обработки информации для высокопроизводительных ЭВМ и систем. - Киев: Ин-т кибернетики им. В.М. Глушкова АН УССР, 1988. - С. 86-91.

30. Дашкиев Г.Н., Кургаев А.Ф. Основные направления исследований по созданию ЭВМ с раз-витым интеллектом // Вопросы кибернетики: вычислительная техника в бортовых системах управления и обработки информации. - М.: Научный совет АН СССР по комплексной проблеме "Кибернетика", 1989. - С. 5-13.

31. Кургаев А.Ф. К вопросу постановки и решения научных проблем: основные понятия // Вопросы когнитивно-информационной поддержки постановки и решения новых научных проблем. - Киев: Ин-т кибернетики им. В.М. Глушкова НАН Украины, 1995. - С. 75-83.

32. Кургаев А.Ф. Анализ моделей представления знаний // Нові комп'ютерні засоби, обчислювальні машини та мережі. - К.: Ін-т кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України, 2001. - 1. - С. 129-135.

33. Кургаев А.Ф. Общие проблемы автоматизации научной деятельности // Тр. Республ. науч.-техн. конф. "Применение вычислительной техники и математических методов в научных исследованиях. - Киев: РДЭНТП Об-ва "Знание" УССР, 1985. - С. 21-23.

34. Кургаев А.Ф. Синтез-обоснование идеала структуры научных теорий: Препр. / НАН Украины. Ин-т кибернетики им. В.М. Глушкова; 2006-1. - Киев: 2006. - Ч. 1. - 45 с.

35. Кургаев А.Ф. Синтез-обоснование идеала структуры научных теорий: Препр. / НАН Украины. Ин-т кибернетики им. В.М. Глушкова; 2006-2. - Киев: 2006. - Ч. 2. - 24 с.

36. Интерполятор: А.с. 765821 СССР, МКИ G06 G 7/30 / А.Ф. Кургаев, В.Н. Коробейников (СССР). - № 2688954/18-24; Заявлено 28.11.78; Опубл. 23.09.80, Бюл. № 35. - 7 с.

37. Линейный интерполятор: А.с. 883925 СССР, МКИ G06 G 7/30 / В.Н. Коробейников, А.Ф. Кургаев (СССР). - № 2930739/18-24; Заявлено 03.03.80; Опубл. 23.11.81,Бюл. № 43. - 8 с.

38. Эмулирующий процессор: А.с. 900715 СССР, МКИ G06 F 9/46 / А.Ф. Кургаев,А.В. Палагин (СССР). - № 2933052/18-24; Заявлено 10.03.80.

39. Микропрограммное устройство управления: А.с. 943727 СССР, МКИ G06 F 9/46 / А.В. Палагин, А.Ф. Дряпак, А.Ф. Кургаев, Е.Л. Денисенко, А.А. Прядилова, В.Я. Кузнецов (СССР). - № 2479572 /18-24; Заявлено 26.04.77; Опубл. 17.07.82, Бюл. № 26. - 9 с.

40. Микропроцессор: А.с. 943734 СССР, МКИ G06 F 15/00 / А.В. Палагин, А.Ф. Кургаев, А.Ф. Дряпак, В.В. Городецкий, И.С. Евзович, Р.И. Белицкий (СССР). - № 2479571/18-24; Заявлено 26.04.77; Опубл. 15.07.82, Бюл. № 26. - 13 с.

41. Микропроцессор: А.с. 943735 СССР, МКИ G06 F 15/00 / Б.Н. Малиновский, А.В. Палагин,

42. А.Ф. Дряпак, А.Ф. Кургаев, М.А. Алексеевский, В.П. Цветов (СССР). - № 2514526/18-24; Заявлено 03.08.77; Опубл. 15.07.82, Бюл. № 26. - 11 с.

43. Интерполятор: А.с. 1057967 СССР, МКИ G06 G 7/30 / А.Ф. Кургаев, В.Н. Коробейников (СССР). - № 3236575/18-24; Заявлено 09.01.81; Опубл. 30.11.83, Бюл. № 44. - 8 с.

44. Эмулирующий процессор: А.с. 1098426 СССР, МКИ G06 F 15/00 / A.Ф. Кургаев, А.В. Палагин (СССР). - № 2933053/18-24; Заявлено 10.03.80.

45. Устройство для вычисления функций: А.с. 1297038 СССР, МКИ G06 F 7/544 /A.Ф. Кургаев, А.В. Писарский (СССР). - № 3864615/24-24; Заявлено 27.02.85; Опубл. 15.03.87, Бюл. № 10. - 4 с.

46. Устройство вычисления функций: А.с. 1297039 СССР, МКИ G06 F 7/544 / A.Ф. Кургаев, А.В. Писарский (СССР). - № 3864616/24-24; Заявлено 27.02.85; Опубл. 15.03.87, Бюл. № 10. - 4 с.

47. Устройство для многоканального интерполирования функций: А.с. 1377878 СССР, МКИ G06 G 7/30 / В.Н. Коробейников, А.Ф. Кургаев, В.Я. Масловский (СССР). - № 4031645/24-24; Заявлено 03.03.86; Опубл. 01.11.87, Бюл. № 8. - 12 с.

48. Пат. 2042188 RU, МКИ 6 G 06 F 9/22, 11/00. Микропрограммное устройство управления: Пат. 2042188 RU, МКИ 6 G 06 F 9/22, 11/00 / А.Ф. Кургаев, Г.Н. Дашкиев (UA); Ин-т кибернетики им. В.М. Глушкова АН Украины. - № 5013506; Заявл. 08.10.91; Опубл. 20.08.95, Бюл. № 23. - 18 с.

49. Пат. 2042189 RU, МКИ 6 G 06 F 9/22, 11/00. Микропрограммное устройство управления: Пат. 2042189 RU, МКИ 6 G 06 F 9/22, 11/00 / А.Ф. Кургаев, Г.Н. Дашкиев (UA); Ин-т кибернетики им. В.М. Глушкова АН Украины. - № 5013521; Заявл. 08.10.91; Опубл. 20.08.95, Бюл. № 23. - 21 с.

50. Пат. 2042190 RU, МКИ 6 G 06 F 9/22, 11/00. Устройство микропрограммного управления:Пат. 2042190 RU, МКИ 6 G 06 F 9/22, 11/00 / А.Ф. Кургаев, Г.Н. Дашкиев (UA); Ин-т кибернетики им. В.М. Глушкова АН Украины. - № 5013605; Заявл. 08.10.91; Опубл. 20.08.95, Бюл. № 23. - 18 с.

51. Пат. 2046395 RU, МКИ 6 G 06 F 9/00. Устройство управления: Пат. 2046395 RU, МКИ 6 G 06 F 9/00 / А.Ф. Кургаев, Г.Н. Дашкиев, Н.Г. Петренко (UA); Ин-т кибер-нетики им. В.М. Глушкова АН Украины. - № 5014374; Заявл. 08.10.91; Опубл. 20.10.95,Бюл. № 29. - 56 с.

52. Пат. 2046396 RU, МКИ 6 G 06 F 9/00. Устройство управления: Пат. 2046396 RU, МКИ 6 G 06 F 9/00 / А.Ф. Кургаев, Г.Н. Дашкиев, Н.Г. Петренко, А.Л. Командышко (UA); Ин-т кибернетики им. В.М. Глушкова АН Украины. - № 5014926; Заявл. 08.10.91; Опубл. 20.10.95, Бюл. № 29. - 54 с.

53. Пат. 2049347 RU, МКИ 6 G 06 F 9/00. Устройство управления: Пат. 2049347 RU,МКИ 6 G 06 F 9/00 / Н.Г. Петренко, А.Ф. Кургаев, Г.Н. Дашкиев, О.С. Пономарев (UA); Ин-т кибернетики им. В.М. Глушкова АН Украины. - № 5013607; Заявл. 08.10.91; Опубл. 27.11.95, Бюл. № 33. - 55 с.

54. Пат. 2071111 RU, МКИ 6 G 06 F 9/00. Устройство управления: Пат. 2071111 RU, МКИ 6 G 06 F 9/00 / А.Ф. Кургаев, Г.Н. Дашкиев, Н.Г. Петренко (UA); Ин-т кибернетикиим. В.М. Глушкова АН Украины. - № 5013606; Заявл. 08.10.91; Опубл. 27.12.96, Бюл. № 36. - 65 с.

55. Пат. 2071112 RU, МКИ 6 G 06 F 9/00. Устройство управления: Пат. 2071112 RU, МКИ 6 G 06 F 9/00 / А.Ф. Кургаев, Г.Н. Дашкиев, Н.Г. Петренко (UA); Ин-т киберне-тики им. В.М. Глушкова АН Украины. - № 5014925; Заявл. 08.10.91; Опубл. 27.12.96, Бюл. № 36. - 69 с.

Размещено на Allbest.ru