Размещено на http://www.allbest.ru/

Національна академія наук України

Інститут кібернетики імені В.М. Глушкова

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук

05.13.13 Обчислювальні машини, системи та мережі

Проблемна орієнтація архітектури комп'ютерних систем обробки даних і знань

Кургаєв Олександр Пилипович

Київ 2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України.

Науковий консультант: академік НАН України, доктор технічних наук, професор Палагін Олександр Васильович, Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України, заступник директора

Офіційні опоненти: доктор фізикоматематичних наук, професор Кривий Сергій Лукянович, Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України, провідний науковий співробітник, доктор технічних наук, професор Погорілий Сергій Демянович, Київський національний університет ім. Тараса Шевченка, професор, заступник завідувача кафедри напівпровідникової електроніки,

академік НАН України, доктор технічних наук, професор Скуріхін Володимир Ілліч, Міжнародний науковонавчальний центр інформаційних технологій і систем НАН України та Міністерства освіти і науки України, заступник директора

Провідна установа: Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут", кафедра обчислювальної техніки.

Захист відбудеться “27” вересня 2006 р. о 1400 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.194.03 при Інституті кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України за адресою: 03680, МСП, Київ187, проспект Академіка Глушкова, 40.

З дисертацією можна ознайомитися в науковій бібліотеці Інституту кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України.

Автореферат розісланий “26” липня 2006 р.

Учений секретар спеціалізованої вченої ради РОМАНОВ В.О.

1. Загальна характеристика роботи

інформатизація архітектура автоматизований

Актуальність теми. Дисертація присвячена дослідженню теорії, методів і засобів проблемної орієнтації архітектури компютерних систем (КС), спрямованих на підвищення ефективності процесів створення систем автоматизації (або інформатизації) обєктів народного господарства, постановки й вирішення задач прикладних царин.

Україна є співучасником глобальної інформаційної революції, котра перетворила інформацію в ресурс, який вже переважає економічний і військовий ресурси за своїм впливом на захист національних інтересів та інтенсивність розвитку суспільства. Інформація сама стала товаром і зайняла місце найважливішого вихідного ресурсу сучасного виробництва товарів та послуг, сприяє створенню нових їх видів, зменшує витрати сировини, енергії, праці й капіталу. Роль України в цих процесах, на жаль, обмежена переважно споживанням чужої продукції. Необхідні рішучі й невідкладні зусилля суспільства для відродження в Україні повноцінної компютерної індустрії, прибутковою не за рахунок паразитування на наукових і технологічних досягненнях провідних фірм світу, а завдяки посильній участі в міжнародному розподілі праці. Створення й тиражування проблемноорієнтованих КС (ПОКС) і є тією нішою, де Україна за мінімальних інвестицій може зайняти гідне місце. За своєю природою ця ніша необмежена (включає всі обєкти економіки, розширюється з її розвитком) і невичерпна, оскільки прогрес суспільства є нескінченним: від вирішення одних проблем до постановки нових. Саме тут найлегше витримати конкуренцію в дуже насиченому і складно структурованому середовищі виробників КС, накопичити ринковий досвід та ресурси для поновлення й розвитку компютерної галузі України.

Особливість цієї області досліджень полягає у великій різноманітності теорій, рішень і засобів досягнення бажаного ефекту шляхом орієнтації на застосування різних рівнів архітектури компютерів та її взаємозвязку з обробкою знань - найдосконалішою з сучасних інформаційних технологій. При цьому універсального рішення проблеми проблемної орієнтації КС, однаково придатного й ефективного для багатьох застосувань, поки немає.

Звідси випливає актуальність і важливість проблеми ефективного поєднання алгоритмічної універсальності КС з їхньою спеціалізацією у процесах створення, розвитку і використання прикладних систем. Розвязання цієї проблеми є суттю проблемної орієнтації архітектури КС.

Звязок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація вміщує результати досліджень і розробок, виконаних автором за останні 30 років роботи за такими програмами, темами, проектами і господарчими договорами:

Господарчий договір від 01.07.1976 р. № 609/910 між Інститутом кібернетики (далі - ІК) АН УРСР і підприємством "П/я № Г4783" на виконання НДР "Исследование методов программной совместимости микроЭВМ на однокристальном микропроцессоре и областей применения" (виконавець).

НДР "Совместный анализ сфер применения разрабатываемых в СССР и в рамках СЭВ программнотехнических комплексов для АСУТП химической промышленности и существующих и разрабатываемых микроЭВМ для определения возможности их использования в создаваемых для химической промышленности АСУТП, АСИ и аналитических приборов" на підставі наказу Мінхімпрому СРСР і АН УРСР від 27 травня 1975 р. № 350/286 (відповідальний виконавець).

Програма робіт на 1978-1985 рр. Секції спеціалістів (СС1) по проблемноорієнтованих комплексах (голова - чл.кор. НАНУ і чл.кор. РАН А.О. Стогній) Ради Головних конструкторів СМ ЕОМ Міжурядової комісії з обчислювальної техніки країнчленів РЕВ (відповідальний виконавець від ІК АН УРСР).

Господарчі договори від 01.07.1982 р. № 1/28982 і від 22.07.1984 р. № 868 між ІК АН УРСР та НДІ ім. Д.З. Мануїльського згідно із завданням 0.80.14.33.16, затвердженим постановою ДКНТ СРСР від 12.12.1980 р. № 475/251/133 (відповідальний виконавець).

Завдання "0.80.01.24.03.И. Создать базовый комплекс программноаппаратных средств, предназначенных для проектирования банков знаний", затверджене постановою ДКНТ СРСР від 30.10.85 р. № 555 (науковий керівник).

Господарчий договір від 01.11.85 р. № 56885 між ІК АН УРСР і "П/я № А7358" на НДР "Разработка функционального процессора с изменяемой архитектурой" (науковий керівник).

Додаткова тема "Создать опытный образец процессора базы знаний, обеспечивающий производительность 0,1-1,0 млн. логических выводов в секунду и предназначенный для использования в составе 16разрядной персональной ЭВМ", затверджена постановою ДКНТ СРСР від 03.08.87 р. № 274 і розпорядженням Президії АН УРСР від 20.09.87 р. № 1921 (науковий керівник).

Господарчий договір від 13.04.88 р. № 80988 між ІК АН УРСР і КВО "Електронмаш" на виконання НДР "Создать экспериментальный образец машины базы знаний массового применения" (науковий керівник).

Завдання "0.80.01.06.01.И. Создать и освоить в производстве интеллектуальную рабочую станцию на базе микроЭВМ с гибкой архитектурой с функциями ведения базы знаний", затверджене постановою ДКОТІ СРСР від 10.09.88 р. № 20 (заступник наукового керівника).

Господарчий договір від 05.10.90 р. № 549/590 між ІК АН УРСР і НВО "Славутич" на виконання НДР "Разработка и поставка комплекса программноаппаратных средств для проектирования и использования баз знаний на основе ПЭВМ типа РС/АТ" (науковий керівник).

Господарчий договір від 28.11.90 р. № 622 між ІК АН УРСР і СКБ ММС ІК АН УРСР на виконання ДКР "Машина базы знаний на основе РС/ХТ для моделирующего комплекса по теме И216СОС" (науковий керівник).

Господарчий договір від 01.08.91 р. № 1062 між ІК АН УРСР і Ленінградським інститутом інформатики та автоматизації АН СРСР на виконання (відповідно до рішення ДКВПК при РМ СРСР від 24.04.1991 р. № 58) складової частини НДР "Исследование и разработка теоретических основ аппаратного обеспечения систем с элементами искусственного интеллекта" (шифр "КипарисАН") (науковий керівник складової частини НДР).

НДР "Исследование и разработка теоретических основ методики представления на основе формальных грамматик и использования знаний для решения задач распознавания сложных сообщений, ситуаций и оперативного управления на основе знаний прикладных областей" (шифр "ВИФОРУА") у рамках Програми фундаментальних і пошукових досліджень, затвердженої 07.08.92 р. (науковий керівник).

Проект 6.03.01/00992 "Разработка аппаратнопрограммных интеллектуальных средств, обеспечивающих работу непосредственно со знаниями на IBM PCсовместимых компьютерах для решения информационно сложных задач и создания интегрированных программных систем" у рамках Програми 6.03.01 "Высокопроизводительные профессиональные и проблемноориентированные комплексы широкого назначения", затвердженої постановою ДКНТ України від 01.05.92 р. № 12 (науковий керівник).

Проект 6.02.01/00392 "Разработать инструментальные средства для создания систем принятия решений на основе машин баз знаний в среде IBM PCсовместимых компьютеров" у рамках Програми 6.02.01 "Интеллектуализация процессов принятия решений", затвердженої постановою ДКНТ України від 01.05.92 р. № 12 (науковий керівник).

НДР "Разработка портативной ЭВМ с интеллектуальным интерфейсом для массовых и специальных применений" за договором від 20.08.97 р. № 8/155797 між ІК НАНУ та Міннауки України згідно з Державним замовленням на науковотехнічну продукцію за пріоритетними напрямками розвитку науки і техніки на 1997 рік. Шифр: 7.97.270; Держреєстр. № 0198U000314; Держоблік. № 0200U004380, Київ, 1999 (виконавець другого розділу звіту).

НДР "Теоретичні основи розвитку архітектури ЕОМ нових поколінь". Шифр В.Ф.205.01. Держреєстр. № 0197U015914, Київ, 2000 (відповідальний виконавець).

НДР "Теоретичні аспекти розвитку високопродуктивних ЕОМ з високим рівнем машинного інтелекту" по проблемі "Перспективні засоби обчислювальної техніки" згідно з Постановами: від 10.02.2000 р., протокол № 6А Бюро відділення інформатики Президії НАНУ; від 21.12.2000 р., протокол № 1А Бюро відділення інформатики Президії НАНУ; від 12.01.2002 р. Президії НАН України № 8. Шифр ВФ.205.13 (відповідальний виконавець).

НДР "Розробка теоретичних та технологічних засад знанняорієнтованих компютерних систем для широкого призначення" по проблемі "Перспективні засоби обчислювальної техніки" згідно з Постановами: від 10.02.2000 р., протокол № 6А Бюро відділення інформатики Президії НАНУ; від 21.12.2000 р., протокол № 1А Бюро відділення інформатики Президії НАНУ; від 12.01.2002 р. Президії НАН України № 8. Шифр ВФК.205.15 (виконавець).

Мета і задачі дослідження.

Обєктом дослідження є процеси розробки й використання ПОКС.

Предмет дослідження - архітектура та структура КС, задачі проектування КС та їхніх компонентів, постановка й вирішення прикладних проблем і задач.

Мета дослідження - розробка теорії, архітектури і структури КС, що забезпечують ефективне поєднання алгоритмічної універсальності КС з їхньою спеціалізацією у процесах створення, розвитку й використання прикладних систем.

Основні задачі дисертаційної роботи, вирішення яких забезпечує досягнення поставленої мети:

1. Розробка загальної теорії проектування ПОКС - прогнозування основних показників виробництва ПОКС та обрунтування оптимальної стратегії розробки прикладних систем на основі ПОКС.

2. Розробка мікропрограмовних процесорів, засобів обробки даних - обчислення функцій та засобів виводу сигналів з КС.

3. Розробка системи операцій компютерів.

4. Обрунтування необхідності конструктивної концепції побудови КС, всі функції обробки знань яких повязані єдиними механізмами.

5. Розробка методологічних засад побудови структури наукової теорії та архітектури КС.

6. Дослідження та розробка машини баз знань.

Методи дослідження. Загальними методами дослідження дисертації є методи теорії пізнання, теорії автоматів, теорії графів тощо. Окремі задачі відрізняються деякими особливостями використання цих методів.

Задачі загальної теорії проектування ПОКС - прогнозування основних показників виробництва ПОКС та обрунтування оптимальної стратегії розробки прикладних систем на основі ПОКС вирішено методом зведення вихідної задачі до підзадач з подальшим агрегуванням результатів та засобами матаналізу.

Задачі розробки мікропрограмовних процесорів вирішено методами структурної теорії автоматів, а засобів обробки даних та виводу з КС сигналів - методами матаналізу з використанням теорії інтерполяції, обробки сигналів та аналогового моделювання.

Задачі розробки системи операцій компютерів вирішено використанням операційного принципу класифікації задач, математичної моделі пошуку умовного екстремуму функції багатьох змінних методом множників Лагранжа, елементів теорії надійності, теорії ймовірності, графів, а також вибору оптимальних проектних рішень дискретних систем.

Задачі обрунтування необхідності конструктивної концепції побудови КС, розробки методологічних засад побудови структури наукової теорії та архітектури КС, дослідження й розробки машини баз знань та її найбільш суттєвих ознак (архітектури, структури, метамови, реалізації) вирішено методами теорії пізнання, логіки, теоретичної лінгвістики, теорії множин, теорії проектування апаратних засобів, а також виготовленням дослідних зразків.

Наукова новизна отриманих результатів.

Загальну теорію проектування ПОКС розвинуто такими науковими результатами, отриманими вперше.

Задачу прогнозування основних показників виробництва ПОКС поставлено й вирішено на основі принципу проблемної орієнтації, що задає однозначне визначення необхідного числа ПОКС числом господарських обєктів - економічних обєктів і засобів праці, що є потенційними обєктами автоматизації (ОА). Задачі стратегії розробки прикладних систем на основі ПОКС поставлено й вирішено шляхом обрунтування існування оптимуму витрат на розробку і застосування ПОКС, виведення умов максимуму економічного ефекту та оптимального розподілу витрат на розробку ПОКС і створення прикладних систем.

Теорію проблемної орієнтації КС методами і засобами обробки даних розвинуто такими науковими результатами, отриманими вперше.

Задачу розробки мікропрограмовних процесорів обробки даних вирішено шляхом впровадження ефективної системи мікропрограмного управління на підставі методологічно значущої пропозиції, розробленої спільно з академіком НАНУ О.В. Палагіним для вирішення проблеми однокристального виконання 16розрядного універсального мікропроцесора. Суть рішення - в перетворенні монітора мікропрограмного управління КС у дворівневий. Запропоновано ефективність структурних рішень емулюючих процесорів оцінювати відносними показниками продуктивності.

Задачу розробки засобів ефективного обчислення функцій з плаваючою точкою поставлено як задачу обчислення (з фіксованою точкою) апроксимації таблично заданих функцій і вирішено шляхом дослідження спадкової похибки від похибки завдання аргументу у формі з плаваючою точкою. Задачу розробки засобів поновлення і виводу з КС сигналів (інтерполяторів) вирішено шляхом дослідження похибок інтерполювання та впровадженням керованого відємного зворотного звязку у структурах інтерполяторів довільного порядку. Дослідженням похибок обрунтовано, що частоти дискретизації сигналів при інтерполяції та екстраполяції для нескінченного порядку апроксимуючого полінома збігаються та в 2 разів перевищують граничну частоту спектра сигналу. Виведено функцію визначення числа відліків на період Sint залежно від порядку полінома, заданої похибки і спектра сигналу.

У новій постановці вирішено три групи задач розробки систем операцій: оцінювання ефективності системи команд КС на класі задач, оцінювання вимог до компонентів, виходячи з вимог застосування до КС в цілому, синтезу структури визначення системи операцій деякого рівня управління КС. Вирішення першої з цих груп задач базується на двох умовах про максимум ефективності використання будьякого компютера. Вирішення другої зведено до побудови загальної математичної моделі пошуку умовного екстремуму функції багатьох змінних з подальшим уточненням розвязку на дискретній множині характеристик реалізації. Вирішення третьої групи задач дано як виділення з вихідного орграфа, який задає множину альтернативних варіантів визначення системи операцій, орграфа, що задовольняє умови повноти, виконуваності та оптимальності в заданій системі критеріїв.

Теорію систем обробки знань (СОЗ) і архітектури КС розвинуто такими науковими результатами, отриманими вперше.

Необхідність розробки конструктивної концепції архітектури КС, всі функції обробки знань яких повязані єдиними механізмами, обрунтовано результатами аналізу проблем використання сучасних компютерів і недоліків відомих моделей представлення знань. Запропоновано архітектуру СОЗ синтезувати відповідно до структури наукових теорій.

Розроблено методологічні засади побудови структури наукової теорії та архітектури КС: на підставі аналізу розвитку ідеалу структури наукової теорії виявлено загальну спрямованість досліджень на поєднання формальності із змістовністю у структурі всякої наукової теорії; синтезовано деяке наближення до моделі ідеалу структури наукової теорії, що безперечно поєднує змістовність із формальністю та узгоджений з відомими результатами; на підставі аналізу недоліків архітектур сучасних КС і результатів синтезу моделі ідеалу структури наукової теорії запропоновано архітектуру КС, наближену до ідеальної, та її найбільш суттєві ознаки.

При дослідженні та розробці машини баз знань вперше отримано такі наукові результати.

На підставі відомих результатів теорії поняття, силогістики і математичної логіки сформовано набір логічних форм визначення понять (що є розширенням форм визначення понять у силогістиці) та покладено в основу метамови, яка дозволяє висловити довільну пропозиційну функцію понять, що входять у визначальну частину визначення. Висловлювальні можливості метамови досліджено відповідно до опису формальних мов різного рівня та до формалізації основних процедур роботи зі знаннями: вводу і накопичення знань, редагування, ретрансляції машинного представлення знань та Смаркера.

Множину засобів широкого застосування для проблемної орієнтації КС розширено такими прикладними результатами, отриманими вперше.

У рамках класу мікропрограмовних процесорів запропоновано і реалізовано зовнішнє мікропрограмування як засіб проблемної орієнтації універсального мікропроцесора. Запропоновано апаратномікропрограмні реалізації інтерпретатора метамови, що склали основу декількох дослідних зразків машини баз знань, які надають користувачам метамову та технологію вирішення задач.

Множину засобів обробки даних та виводу сигналів з КС розширено отриманими вперше прикладними результатами, які являють собою пристрої обчислення функцій та цифроаналогові інтерполятори.

Практичне значення отриманих результатів дисертаційної роботи полягає в їхній спрямованості на врахування вимог застосувань при розробці ПОКС та на створення аппаратнопрограмних інструментальних засобів постановки і вирішення задач (машини баз знань).

Результати теоретичних досліджень здобувача частково використано в кандидатських дисертаціях Г.М. Дашкієва (науковий керівник - Кургаєв О.П.), М.Г. Петренка (наукові керівники - О.В. Палагін і О.П Кургаєв), К.Ж. Цатряна, С.І. Юсифова та В.М. Опанасенко (науковий керівник - О.В. Палагін), а також:

результати розвитку загальної теорії проблемної орієнтації КС використано в робочих матеріалах і рішеннях СС1 РГК СМ ЕОМ, в розробці прогнозу динаміки обсягів випуску МПК для народного господарства СРСР та інвестицій, що забезпечують цей випуск;

результати розвитку теорії СОЗ використано в НДР "КипарисАН" згідно з договором від 01.08.91 р. № 1062 між ІК АН УРСР і ЛІІАН; в проектах 6.03.01/00992 Програми 6.03.01 та 6.02.01/00392 Програми 6.02.01, затверджених постановою ДКНТ України від 01.05.92 р. № 12; в НДР згідно з договором від 20.08.97 р. № 8/155797 між ІК НАНУ та Міннауки України; в НДР "Теоретические основы развития архитектуры ЭВМ новых поколений" (шифр В.Ф.205.01.) і "Теоретические аспекты развития высокопродуктивных ЭВМ с высоким уровнем машинного интеллекта" (шифр ВФ.205.13).

Результати наукових і прикладних досліджень, поданих у дисертації, впроваджено в ряді розробок компютерних засобів і систем, виконаних за безпосередньою участю здобувача:

розробка спільно з ЛКТБ ЛОЕП "Светлана" першого вітчизняного 16розрядного однокристального мікропроцесора мікроЕОМ "Электроника С521" (договір від 01.07.76 р. № 609/910 між ІК АН УРСР і "П/я Г4783"), що серійно випускався на підприємствах Мінелектронпрому СРСР;

розробка ІК АН УРСР спільно з СКБ ММС аналогоцифрових інтерполяторів, виконана згідно із завданням 0.80.14.33.16 та договорами від 01.07.82 р. № 1/28982 і від 22.07.84 р. № 868 між ІК АН УРСР та НДІ ім. Д.З. Мануїльського;

розробка апаратнопрограмного комплексу, що включає ДВК3 і макет двоплатного процесора баз знань (ПБЗ), виконана згідно з договором від 01.11.85 р. № 56885 між ІК АН УРСР та "П/я А7358";

розробка двох варіантів машини баз знань із системним програмним забезпеченням (вводу, накопичення та редагування баз знань) на основі ІНТЕК "Поиск" з 16розрядним і 8розрядним ПБЗ, виконаної згідно з договором № 80988 між ІК АН УРСР та КВО "Електронмаш";

розробка двох варіантів машини баз знань на основі ЕОМ ДВК3 та ПЕОМ ЕС1840, виконана згідно із завданням "0.80.01.24.03.И. Создать базовый комплекс программноаппаратных средств, предназначенных для проектирования банков знаний", затвердженим Постановою ДКНТ СРСР від 30.10.85 р. № 555;

розробка комплексу апаратнопрограмних засобів на основі ПЕОМ замовника (одноплатний ПБЗ, системне і сервісне програмне забезпечення), виконана згідно із договором від 05.10.90 р. № 549/590 між ІК АН УРСР та НВО "Славутич";

розробка комплексу апаратнопрограмних засобів на основі ПЕОМ замовника (одноплатний ПБЗ, системне і сервісне програмне забезпечення), виконана згідно із договором від 28.11.90 р. № 622 між ІК АН УРСР та СКБ ММС ІК АН УРСР.

Відповідні акти й інші документи впровадження наведено в додатках.

Особистий внесок здобувача в основні роботи, виконані у співавторстві. Усі наукові результати дисертації отримано здобувачем самостійно.

Підрозділ 3.1.1 дисертації містить результати здобувача, опубліковані в [1] у співавторстві. Підрозділ 3.1.3 містить відредаговану частину з [6, 27], а підрозділ 3.2 - відредаговану частину з [4] результатів, що належать здобувачу. Підрозділ 3.2.2 містить власне трактування здобувачем основних досягнень, отриманих в творчій співпраці з О.В. Палагіним у процесі дослідження проблеми однокристального виготовлення універсального мікропроцесора, результатом якого стала сукупність структур [38-41, 43] апаратної реалізації емулюючого процесора. У роботах [44, 45] здобувачу належить спосіб і основні структурні компоненти пристроїв. У роботах [2, 36, 37, 42, 46] здобувачу належить ідея використання керованого відємного зворотного звязку (запропонованого В.М. Коробейніковим для лінійних інтерполяторів) у структурах інтерполяторів довільного порядку, розроблених на основі результатів власних досліджень здобувача щодо інтерполяційного полінома Ньютона, а також розробка окремих структурних компонентів пристроїв. У роботах [7-9] здобувачу належить вирішення задачі визначення частоти дискретизації при поновленні сигналів, постановка цієї задачі та її застосування до створення АЦМЗ виконані спільно із співавторами. У підрозділі 5.1 дисертації містяться відредаговані результати з [22], що належать здобувачу. У роботі [26] здобувачу належить визначення поняття проблемноорієнтованого комплексу і класифікація застосувань КС. У роботах [10, 29, 30] здобувачу належить обрунтування ефективності спільних пропозицій. Формалізація, наведена в Додатку З, розвиває метамову, запропоновану в роботах [10, 29, 30] спільно із співавторами та формалізовану в свій час Г.М. Дашкієвим. У патентах [47-54] здобувачу належить розробка управляючої частини структур і мікропрограми пристроїв.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень, що становлять основний зміст роботи, доповідались і обговорювались на

семінарах Наукової ради АН УРСР з проблеми "Кібернетика";

II Всесоюзній нараді "Мікропроцесори", Рига, 1977 р.;

VII Всесоюзній нараді по проблемам управління, МоскваМінськ, 1977 р.;

засіданнях СС1 РГК СМ ЕОМ (Москва, Київ, Суздаль, Калінін, Рига, Казань, Тбілісі, Душанбе, Таллінн, Софія, Будапешт, Дрезден та ін., 1978-1985 рр.);

IV Всесоюзному симпозіумі "Проблемы создания преобразователей формы информации", Київ, 1980 р.;

Республіканській науковотехнічній конференції "Применение вычислительной техники

и математических методов в научных исследованиях", Київ, 1985 р.;

V Всесоюзній школісемінарі "Распараллеливание обработки информации", Львів, 1985 р.;

III Республіканській конференції "Автоматизация научных исследований", Київ, 1986 р.;

нараді "Бортовая вычислительная техника и математическое обеспечение бортовых управляющих систем" Наукової ради АН СРСР стосовно комплексної проблеми "Кібернетика", Звенигород, 1986 р.;

нараді спеціалістів фірми MERASTER, Катовіце, ПНР, 1989 р.;

Міжнародному симпозіумі "Диагностика, надежность и менеджмент неисправностей", Будапешт: МТА SZTAKI, 1990 р.;

нараді "Бортовая вычислительная техника и математическое обеспечение бортовых управляющих систем" Наукової ради АН СРСР стосовно комплексної проблеми "Кібернетика", Рибачє, Крим, 1990 р.;

- Міжнародній конференції "Сучасні проблеми інформатики і наукова спадщина академіка Глушкова В.М.", Київ, 11-12 вересня 2003 р.

Інформаційні машини (машини баз знань), розроблені й виготовлені під науковим керівництвом і за безпосередньою участю здобувача, неодноразово демонструвались, зокрема, на

нараді фахівців Обчислювального центру управління державою, Будапешт, Угорщина, 1989 р.;

виставці робіт ІК АН УРСР, Софія, НРБ, 1990 р.

Публікації. Основні результати дисертаційної роботи викладені в 54 публікаціях, що включають 25 статей в спеціалізованих журналах, 8 статей - у збірниках, 2 препринти, 11 авторських свідоцтв СРСР і 8 патентів Росії.

Структура та обсяг роботи. Дисертація, подана в 2 книгах, складається із вступу, пяти розділів, висновків, списку використаних джерел (477 найменувань), додатків. Книга 1 - основний текст дисертації (292 сторінки машинописного тексту, у тому числі 35 рисунків і одна таблиця), а також список використаних джерел (41 сторінка); книга 2 - додатки (189 сторінок).

2. Основний зміст роботи

У вступі на основі аналізу стану досліджуваної проблеми обрунтовано актуальність теми, сформульовано мету і задачі досліджень, коротко характеризуються зміст і значущість дисертації.

У першому розділі розглянуто основні напрямки робіт стосовно проблемної орієнтації КС, при цьому виділено методи та засоби проблемної орієнтації обробки даних і методи та засоби проблемної орієнтації СОЗ.

Найбільш загальний смисл у термін проблемної орієнтації вкладав академік В.М. Глушков, трактуючи її як розумну спеціалізацію за умови збереження алгоритмічної універсальності КС та наполягаючи на необхідності поєднання проблемної орієнтації з автоматизацією проектування.

Серед множини методів і засобів проблемної орієнтації обробки даних розглянуто задачу комплектації та різновиди проблемної орієнтації технічними засобами і засобами програмування. З розглянутих варіантів найбільш прогресивною є система обробки даних, яка включає в себе систему автоматизації програмування, що управляє САПР структури із модулів гнучкої архітектури.

Кількісні значення фізичних показників обробки даних сучасних КС вже досягли величезних значень і постійно покращуються, стрімко розширюється номенклатура і знижується вартість засобів обробки даних. Темпи покращення якості обробки інформації суттєво відстають від темпів зросту кількісних показників. Кардинальну зміну такої ситуації повязують з розвитком СОЗ. Сформульовано узагальнене визначення смислу терміна СОЗ, яке дозволяє виділити підмножину систем такого типу з усієї множини КС.

Визначення 1.1. СОЗ містить базу знань (в загальному випадку - кінцеву множину баз знань), машину виведення (інтерпретатор), систему управління знаннями, систему спілкування і взаємодії, а також інтерфейс з користувачами та/або зовнішнім середовищем. Компоненти СОЗ характеризуються сукупністю таких найбільш суттєвих ознак:

база знань є машинною формою представлення моделей предметних царин скінченного обсягу та довільної складності, ізоморфних звязкам і відношенням між предметами і явищами деякого фрагмента дійсності, нейтральних до вирішуваних задач, відкритих для аналізу, доповнення та змін і готових для ефективної цілеспрямованої активізації та застосування до даних у процесі розвязання задач;

машина виведення здійснює процес вирішення задач, застосовуючи знання до данних, і формує результати, що є наслідком цього процесу, підтримує функції систем управління знаннями, а також спілкування і взаємодії та інтерфейсу;

система управління знаннями керує процесом вирішення задач, формуючи завдання машині виведення шляхом цілеспрямованої активізації знань, виконує завдання системи спілкування і взаємодії та повертає отримані результати;

система спілкування і взаємодії здійснює в діалозі з користувачами та/або зовнішнім середовищем: налагодження, контроль і діагностику машини виведення; редагування, ввод і накопичення знань, верифікацію баз знань мовою представлення знань, постановку і розвязання задач, пояснення результатів; навчання користувачів можливостям та технології використання СОЗ для вирішення проблем, знанням в предметній царині;

інтерфейс здійснює двонаправлений переклад між мовою представлення знань та мовою (мовами) користувачів вхідних і вихідних повідомлень системи спілкування і взаємодії.

Аналіз компютерних моделей представлення знань засвідчив, що сучасні СОЗ далекі від досконалості, необхідної для досягнення загальновизнаних цілей, продовжують інтенсивно розвиватись в усіх наукових центрах світу. На думку здобувача, перспективним є використання в цих системах і подальший розвиток семантичної теорії Г. Фреге, оскільки вона належить логіці і базується на результатах Дж.С. Мілля, який використав попередні логічні вчення, зокрема, взаємозвязок змісту понять з їх обємом, розкритий ще в "Логіці ПорРояля", побудованій на методологічних принципах Р. Декарта і Б. Паскаля. Тобто вирішення проблем доступу масових користувачів до інформаційного ресурсу компютерів потребує розвитку логічної моделі представлення знань та її реалізації як внутрішньої мови компютерів.

Нової якості проблемної орієнтації КС можна досягти завдяки поєднанню обробки даних з обробкою знань в усіх інформаційних системах так, щоб інформація представлялась композицією знань і даних, які взаємодіють між собою, переходять одна в іншу та обробляються різними засобами. Оскільки при цьому в кожен момент єдиного інформаційного процесу знання визначають семантику обробки даних, то для суттєвого підвищення продуктивності, якості обробки інформації та доступності для розуміння цих процесів людьми важливо надати КС властивість оперувати зі знаннями методами, наближеними до природних здібностей людей.

Вочевидь, що ці системи можна реалізувати програмуванням на сучасних КС. Однак, зважаючи на суттєву різницю між знаннями і даними та операцій над ними, така реалізація не буде ефективною, оскільки вимагатиме левової долі накопиченого фізичного ресурсу компютерів. Тобто, структура КС має поєднувати два середовища - обробки даних і обробки знань, які в процесі взаємодії вирішують єдину задачу обробки інформації. Слушність цього підтверджується і висновком В.М. Глушкова про необхідність "ориентации отдельных процессоров на те или иные специальные функции" [19] обробки інформації.

Головний напрямок розвитку СОЗ - створення інструментальних засобів і систем, що суміщують суперечливі вимоги: універсальність можливостей з максимальною ефективністю процесів створення, розвитку і використання прикладних систем, з мінімізацією витрат і максимальною комфортністю для інформаційної праці користувачів. З цього випливає, що КС нової архітектури має бути СОЗ розробницького типу з побудуванням моделей постановки й вирішення проблем відповідно до визначення 1.1.

Таким чином, йдеться про надання користувачам засобів автоматизації проектування, використання і розвитку прикладних систем на основі баз знань - це та межа можливостей, котра загально визнана досяжною. За рахунок цього КС набувають жаданої властивості - адаптивність до умов застосування і змінам знань про процеси пізнання, постановки та вирішення проблем.

Другий розділ містить результати загальної теорії проектування ПОКС.

В розвиток визначення поняття ОА, неявно використаного В.М. Глушковим в його визначенні поняття ПОКС, в додатках подано класифікацію ОА, що відображає основні напрямки робіт зі створення систем автоматизації (СА). Її верхній рівень визначений структурою узагальненого ОА: узагальнений ОА - це організовані в економічний обєкт люди, котрі, вирішуючи задачі, за допомогою засобів праці виконують виробничі процеси.

На основі принципу проблемної орієнтації та класифікації ОА запропоновано вирішувати задачі передпланового прогнозування показників виробництва ПОКС у такій постановці.

Задача 2.1. Дані прогнозу на тривалий період обсягів виробництва ПОКС та інвестицій, що його забезпечують, вивести з даних про попередній развиток господарства.

Задачу вирішено шляхом зведення вихідної задачі до підзадач з подальшим агрегуванням. Перш за все із задачі 2.1 в окремі підзадачі виділено дві - А та Б.

2.1.А. Визначити інвестиції R(t), що забезпечують випуск ПОКС, якщо відомий прогноз динаміки обсягів m(t) цього виробництва.

2.1.Б. Дані прогнозу на тривалий період обсягів m(t) виробництва ПОКС вивести з даних про попередній развиток народного господарства.

Динаміка інвестицій R(t) визначається добутком:

R(t) = m(t) C(t),

де C(t) - динаміка собівартості одиниці продукції;

C(t) = С0 Zt ,

якщо С0 - собівартість одиниці продукції на початок прогнозного періоду;

Z = (С0 - С) / С0 ;

С - річне зниження собівартості (за статистикою собівартість мікропроцесорних систем свого часу щорічно знижувалася на 28%).

Таким чином, підзадача 2.1.А зводиться до 2.1.Б, розвязок якої запропоновано шукати на гіпотетичній моделі у формі логісти

m(t) = N / (1 + e ( - t) ),

де t (незалежна змінна) - час (роки); N - прогноз граничної річної потенційної потреби в ПОКС; - початковий темп (розмірність 1/рік) зростання щорічного випуску ПОКС; - момент полунасичення потреби, тобто

m(t=) = N / 2.

Якщо на початок (t=0) прогнозного періоду відомі початковий обсяг N0 і темп зростання річного випуску ПОКС, то, оскількі

= (1/) ln((N / N0) - 1),

отримаємо загальну модель динаміки випуску ПОКС:

m(t) = N / (1 + ((N / N 0) - 1) e - t ).

Значення параметра N запропоновано шукати окремо для персональних компютерів (ПК) та для програмованих контролерів (ПрК) відповідно до суттєвої різниці їх виконання та умов застосування, використовуючи дані про розвиток різних секторів господарства:

для ПК - NР* = j=1 J (0.15 j Рj ); для ПрК - NП = k = 1 K (k Пk)

де j і k - цільові нормативи забезпечення комплексами (ПК і ПрК) різних класів ОА; Рj - прогноз потенційної потреби в ПОКС як ПК типу j = 1J; Пk - прогноз потенційної потреби в ПОКС як ПрК типу k = 1K.

Аналогічно розвязанню вихідної задачі для двох підмножин ПОКС (ПК і ПрК) можна вирішити незалежні задачі прогнозування для більшої кількості підмножин ПОКС.

Задачу економічного обрунтування доцільності розробки ПОКС вирішено обрунтуванням існування оптимуму витрат на розробку і застосування ПОКС і такого розподілу витрат, що його забезпечує. Задачу економічного обрунтування ПОКС сформульовано в такій формі.

Для кожної потужності N множини обєктів одного класу існує оптимум витрат S на розробку ПОКС, що забезпечує максимум економічного ефекту Э(n, S) від застосування ПОКС для автоматизації обєктів цього класу за таких умов: а) прикладні системи створюють незалежно різні колективи; б) все більш повне врахування специфіки застосувань ПОКС для множини обєктів одного класу досягається випереджаючим збільшенням витрат на розробку ПОКС.

Умова а) є ідеалізацією стану справ, оскільки припускає повну відсутність взаємодії колективів розробників, іншою крайністю якого є покладання обовязків щодо розробки прикладних систем на один колектив - розробників ПОКС.

Умова б) базується на виправданій практикою наукового пошуку гіпотезі: складність і, зрештою, вартість процесу пізнання постійно зростають, оскільки для виявлення нових закономірностей дійсності необхідно активно володіти неперервно зростаючим вже добутим знанням і мати все більш досконалі (отже, більш вартісні) засоби дослідження реального світу.

Існування оптимуму обрунтовано побудовою і дослідженням математичної моделі економічного ефекту Э(n, S) від використання ПОКС, частинна похідна для якої

Э/ S = (n - nj) / nj

дорівнює нулю при

n = N = nj

та змінює знак із позитивного на відємний при переході через цю точку, з чого випливає існування максимуму Э(n), де n - незалежна змінна; N - необхідна кількість СА; nj - точка перетину графіків функцій Сj (n, S) та Сj1 (n, S) витрат на СА при витратах Sj і Sj1 на розробку ПОКС.

Задачу розподілу витрат на розробку ПОКС та прикладних систем на його основі вирішено шляхом дослідження моделі максимуму економічного ефекту від витрат S на розробку ПОКС для двох апроксимацій питомих витрат k(S) на привязку ПОКС до обєктів заданого класу - степеневої (рис. 1) та експоненційної (рис. 2).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Якщо k0 - початкова питома вартість СА, для степеневої апроксимації k1(S) = k0 (1+ S)- функція витрат на створення СА має вигляд

С1*( n, S) = S + n k0 (1+ S)- .

Починаючи з

n = n1 = 1 / k0

розробка на основі ПОКС стає ефективнішою, ніж індивідуальна: при =1 витрати на розробку ПОКС приблизно дорівнюють витратам на СА для n обєктів; при = 2 - вдвічі більше витрат на СА, тобто розподіл складає 2/3 до 1/3 і т.д.

Для експоненційної апроксимації k2(S) = k0 е - S маємо

С2*(n, S) = S + k0 n е - S .

Починаючи з

n2 = 1 / k0

розробка на основі ПОКС стає економічно ефективнішою, ніж індивідуальна. Співвідношення витрат на розробку ПОКС і СА зростає із збільшенням потужності N множини СА:

S / (С2*- S) = 1 для N = n3 = е / k0 ; S / (С2*- S) = 2 для N = n4 = е2 / k0 і т.д.

Третій розділ містить результати теорії проблемної орієнтації КС методами та засобами обробки даних. Ці результати є рішенням сукупності задач: розробки мікропрограмовних процесорів, синтезу системи операцій компютерів та розробки засобів обробки даних - обчислення функцій та інтерполяторів.

Суть вирішення задачі розробки мікропрограмовних процесорів - у впровадженні ефективної системи мікропрограмного управління за рахунок розвитку стандартного монітора шляхом розподілу мікропрограмного управління на два взаємодіючих - внутрішнє і зовнішнє (рис. 3). Перше містить фіксовані мікропрограми 2 обробки даних і монітор 38 зовнішніх мікропрограм, що виконує процедури власної взаємодії з зовнішніми мікропрограмами, друге - довільні мікропрограми у межах узгоджень внутрішнього рівня та доступне до змін вищими рівнями управління КС.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Результатом застосування цього методологічно значущого рішення стала розробка оригінальних структур апаратної реалізації емулюючого процесора і, зокрема, першого вітчизняного однокристального 16розрядного мікропроцесора мікроЕОМ "Электроника С521", яку серійно випускав Мінелектронпром СРСР. Це рішення може скласти основу процесорів обробки даних в складі СОЗ.

Запропоновано технічні рішення структур емулюючих процесорів оцінювати відносними показниками, нечутливими до показників якості структурних елементів:

порівняно з одним із компютерів, що емулюються,

t k = (Тk / Т0)( t0 / tk);

порівняно з множиною К компютерів, що емулюються,

ср t = (1/ K)k=1K t k ,

де Tk , Т0 - середня тривалість вирішення задач класу Н на kму і емулюючому компютерах відповідно; а tk і t0 - часові характеристики їх елементів відповідно.

Перша група задач розробки системи операцій компютерів включає в себе дві задачі.

Задача 3.1. На заданому еталонному частотному векторі

А = {i / i = 1r}

системи команд

D = {di / i = 1r; r - потужність множини}

знайти оптимальне співвідношення інтенсивності відмови i та часу ti виконання команд.

Задача 3.2. На множині заданих характеристик (i та ti) реалізації системи команд D знайти вектор А, оптимальний для системи команд.

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. Будьякий компютер, незалежно від складу і складності, використовується з максимальною ефективністю на заданому класі задач тільки тоді, коли використовуються всі його компоненти.

Умова 3.2. Будьяка 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 = minqQ i, q = minqQ |(ет / i ) ет tет - i, q ti, q |, i = 1r;

системи команд

= minqQ ( i=1r i, q 2 )1/2 ,

де i (ет ), i, q (ет ), ti, q (tет) - відносні частоти використання команд в програмах розвязання задач класу Н, інтенсивність відмовлень і тривалість виконання qї реалізації команд відповідно iї та еталонної;

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

i опт =( i t i i=1r 1 / ( i t i)) -1,

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

tcp.опт = i=1r 1/(i ) / i=1r 1/ (i ti), ропт = ехр ( - r / i=1r 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 qi ;

cередня тривалість виконання операції

T = i=1n i ti ;

cередня вірогідність вірного виконання операції

P = exp(-i=1n i i ti ).

Вважаючи невідомими параметри qi , ti , рi реалізації функціональних вузлів Кi 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 kР / Р + kТТ + kq Q або максимуму kР Р + kТ /Т + kQ /Q, де kQ, kТ і kР - коефіцієнти переваги одних показників перед іншими при kQ + kТ + kР = 1.

Загальне вирішення цих задач полягає в наступному:

синтез Паретооптимальних функцій ti(qi) та i(qi) на дискретних множинах {tij / j=1J}, {ij / j=1J} і {qij / j=1J} пар характеристик j=1J реалізацій. Тоді

Q = i=1n qi ; T = i=1n i ti(qi); P = exp(-i=1n i(qi) i ti(qi));

синтез математичної моделі задачі Лагранжа у вигляді системи рівнянь:

Ф(qi) / qi = 0, i = 1n;

j(qi) = 0, j = 1m,

де Ф(qi) = f(qi)+j=1m zjj(qj); j(qj) = 0 -

задані обмеження Q, Т та/або Р; f(qi) - функція Q(qi), Р(qi), Т(qi) або їх лінійна комбінація, що оптимізується; zj - невизначені множники Лагранжа;

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

qi = qi(i , аi , bi , zj(i , аi , bi )), i = 1 n,

де аi , bi - константи, що визначають вигляд ti(qi), i(qi).

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 закінчення 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 вирішено 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) ab [fn+1(x) / f(x)]1/ (n+1) dx,

де A(n) = L(n) / (n+1)!, L(n) = maxu[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 Рm(t), вимог до точності ( - відносна похибка) та від спектральних характеристик

с = 2fс

сигналу. Задачу вирішено дослідженням залишкового члена полінома Ньютона у формі Коші, внаслідок чого виведено формули для розрахунку частот дискретизації при екстраполяції Fе і інтерполяції Fі:

Fе = 1/ Те = с / l / (m+1) , Fі = 1 / Ті = k(m) с / l / (m+1) ,

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

Оскільки limm 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) = xixi+1 [Аm(t) / (m+1)!Тm ]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 логікогносеологічних та лінгвістичних досліджень результати синтезу найбільш суттєвих ознак ідеалу структури системи наукових теорій, що без суперечності поєднують формальність із змістовністю знань, узагальнимо наступним.