72025

МЕТОДИ І МОДЕЛІ СТВОРЕННЯ ВІДМОВОСТІЙКИХ ІНФОРМАЦІЙНО-УПРАВЛЯЮЧИХ СИСТЕМ, ЩО ФУНКЦІОНУЮТЬ У МОДУЛЯРНІЙ СИСТЕМІ ЧИСЛЕННЯ

Автореферат

Информатика, кибернетика и программирование

Проведений аналіз світового досвіду створення і експлуатації пристроїв що реалізовують принципи модулярної системи числення МСЧ дозволяє виділити наступні основні напрями впровадження наукових розробок в цій області: програмна реалізація модулярних засобів обробки інформації...

Украинкский

2014-11-16

1.28 MB

0 чел.

47

PAGE  1

 

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ імені  В. Н. КАРАЗІНА

Барсов Валерій Ігорович

УДК 004.9(932):681.51-192

МЕТОДИ І МОДЕЛІ СТВОРЕННЯ ВІДМОВОСТІЙКИХ

ІНФОРМАЦІЙНО-УПРАВЛЯЮЧИХ СИСТЕМ, ЩО ФУНКЦІОНУЮТЬ

У МОДУЛЯРНІЙ СИСТЕМІ ЧИСЛЕННЯ

05.13.06 – інформаційні технології

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук

Харків   2011


Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Українській інженерно-педагогічній академії  Міністерства освіти і науки України, м. Харків

Науковий консультант:

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор, 

Заслужений винахідник України 

Сорока Леонід Степанович,

Академія митної служби України,

ректор.

доктор технічних наук, професор

Дрозд Олександр Валентинович,

Одеський національний політехнічний університет, професор кафедри комп’ютерних інтелектуальних систем та мереж;

доктор технічних наук, професор

Мороз Борис Іванович,

Академія митної служби України, декан факультету інформаційних та транспортних систем і технологій;

доктор технічних наук, професор

Рубан  Ігор Вікторович,

Харківський університет Повітряних Сил

ім. Івана Кожедуба, начальник кафедри

математичного та програмного забезпечення АСУ.

Захист відбудеться „27” квітня 2011 р. о 15.30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.051.09 Харківського національного університету                                 імені В. Н. Каразіна за адресою: 61077, м. Харків, площа Свободи, 4, ауд. 6-52.

З дисертацією можна ознайомитись у центральній науковій бібліотеці                   Харківського національного університету імені В. Н. Каразіна за адресою             61077, м. Харків, площа Свободи, 4.

Автореферат розісланий    „23”березня 2011 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Д 64.051.09 _________________С. І. Шматков


ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Сучасний етап розвитку інформаційно-управляючих систем (ІУС), що реалізують інформаційні технології, характеризується підвищеними вимогами із забезпечення продуктивності обробки інформації і відмовостійкості. Проте, не дивлячись на інтенсивний розвиток і впровадження сучасних технологій і методів, що застосовуються при створенні інформаційно-управляючих систем, в даній області залишаються ще не вирішені задачі і проблеми.

Одна з таких актуальних науково-прикладних проблем обумовлена об'єктивною суперечністю що викликане, з одного боку, одночасно високими вимогами до забезпечення відмовостійкості функціонування ІУС реального часу й до продуктивності обробки інформації в такій системі а, з іншого боку, недостатніми можливостями існуючих методів і засобів, що використовують двійкову позиційну систему числення (ПСЧ) забезпечити підвищені вимоги до надійності ІУС реального часу, без зниження продуктивності обробки інформації, при мінімальних додаткових апаратних витратах. Для усунення даної суперечності в дисертації формулюється і розв'язується важлива і актуальна науково-прикладна проблема - підвищення відмовостійкості інформаційно-управляючої системи реального часу без зниження продуктивності обробки інформації.

Дослідження, проведені як вітчизняними так і закордонними науковцями, в напрямку розвитку теорії і практики непозиційного кодування, показали, що застосовування в якості системи числення непозиційної модулярної арифметики може розв'язати вказану науково-прикладну проблему з істотно меншими, ніж в ПСЧ, додатковими витратами обладнання.

Проведений аналіз світового досвіду створення і експлуатації пристроїв, що реалізовують принципи модулярної системи числення (МСЧ), дозволяє виділити наступні основні напрями впровадження наукових розробок в цій області: програмна реалізація модулярних засобів обробки інформації; технології побудови програмних і апаратних модулярних засобів обробки інформації; апаратна реалізація модулярних засобів обробки інформації (модулярні ІУС К-340 РЛС "Дунай - 3У" комплексів протиракетної оборони (ПРО) А-35; ІУС 5Э53 багатоканального стрільбового комплексу «Аргунь» другої черги системи ПРО А-35, бортові  ІУС літальних апаратів і т.д.).

Необхідно відзначити, що для сучасних і перспективних інформаційно-управляючих систем характерна тенденція підвищення надійності і відмовостійкості їх функціонування, без зміни інших технічних характеристик (продуктивності обробки інформації, габаритних характеристик, енергоспоживання).

Актуальність теми дисертаційних досліджень визначається тим, що застосування двійкової позиційної системи числення не завжди може забезпечити підвищені вимоги до відмовостійкості сучасних і перспективних ІУС реального часу без зниження продуктивності при мінімальних додаткових апаратних витратах. Тому дослідження і пошук шляхів рішення науково-прикладної проблеми підвищення відмовостійкості ІУС реального часу, без зниження продуктивності, є актуальною задачею. Одним з можливих інноваційних напрямів рішення сформульованої проблеми є застосування для створення ІУС модулярної системи числення, зокрема шляхом розробки  методологічних основ, що дозволяють створити інформаційну технологію  обробки інформації в МСЧ.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Наукові дослідження, які проводилися в межах даної дисертаційної роботи, виконувалися відповідно до  Закону України "Про Концепцію Національної програми інформатизації" від 4 лютого 1998 р. N 75/98-ВР, планами  наукової й науково-технічної діяльності: Харківського ВКІУ РВ, Харківського НТУРЕ, Харківського НАКУ                                 ім. Жуковського М. Є. (ХАІ), Української  інженерно-педагогічної академії, Харківського НТУСГ ім. Петра Василенка, у межах наступних  науково-дослідних робіт: "Дослідження й розробка методів і  засобів оперативного обміну, обробки й відображення інформації в АСУ", звіт про НДР №488 (заключний) / Х.: ХВКІУ РВ, 1988; "Розробка апаратно-програмних засобів імітозахисту командної інформації в радіоканалах управління космічними апаратами", звіт про НДР № 1520 (заключний) / Х.: ХТУРЕ, 1997; "Розробка методів моделювання та проектування багатоканальних систем з урахуванням взаємних зв'язків між каналами", звіт з НДР № 1/2 (підсумковий), держбюджетної теми МОНУ / Х.: УІПА, 2004; "Теоретичні основи, методи й інструментальні засоби аналізу, розробки й верифікації гарантоздатних інформаційно-управляючих систем для аерокосмічних об'єктів і комплексів критичного застосування", звіт про НДР № Д503-45/2006 (заключний) / Х.: НАКУ ім. Жуковського М. Є. (ХАІ), 2008; "Дослідження й розробка високоефективних мікроелектронних обчислювальних і керуючих пристроїв з нетрадиційною архітектурою", звіт про НДР ДР № 0104U005149 // Х.: ХНТУСГ ім. Петра Василенка, 2006;  "Розробка та дослідження надшвидкодіючих і надійних систем і засобів обробки цифрової інформації на основі використання непозиційних кодових структур модулярної арифметики" звіт з НДР ДР № 0107U001631 // Х.: ХНТУСГ ім. Петра Василенка, 2007;  "Методологія створення відмовостійких і швидкодіючих засобів обробки цифрової інформації реального часу на основі застосування модулярної системи числення" НДР  № 0110U000668 // Х.: Міністерство аграрної політики України, ХНТУСГ ім. Петра Василенка, 2010-2014 р.р.

Мета й завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є  підвищення відмовостійкості інформаційно-управляючої системи реального часу з урахуванням вимог до продуктивності обробки інформації.

Для досягнення поставленої мети на основі загальної науково-прикладної проблеми в дисертації формулюються й вирішуються наступні особистісні завдання досліджень:

1. Дослідити методи підвищення відмовостійкості ІУС реального часу без зниження продуктивності обробки інформації.

2. Розробити математичну модель відмовостійкості ІУС у МСЧ.

3. Розробити відмовостійкі структури ІУС у МСЧ.

4. Розробити метод підвищення відмовостійкості ІУС.


5. Розробити методи реалізації позиційних і непозиційних операцій у МСЧ.

6. Розробити методи контролю, діагностики й виправлення помилок у МСЧ.

7. Розробити методи реалізації непозиційних операцій у поліноміальній МСЧ.

8. Розробити  методологічні основи створення інформаційної технології обробки інформації у МСЧ.

9. Розробити засоби обробки інформації в МСЧ.

Об'єкт дослідження - процеси обробки інформації в ІУС, що функціонує в модулярній системі числення.

Предмет дослідження - моделі і методи підвищення відмовостійкості і продуктивності ІУС реального часу на основі використання МСЧ.

Методи дослідження. В основу проведених в роботі досліджень були покладені принципи системного аналізу і методи досліджень складних технічних систем. При вирішенні особистісних завдань досліджень використовувалися наступні наукові методи досліджень: методи аналізу і синтезу, методи теорії чисел - при розробці методів реалізації основних модульних операцій в МСЧ; методи теорії вірогідності і методи теорії надійності - при розробці математичних моделей розрахунку відмовостійкості і відмовостійких структур, а також при розробці методу і методики оцінки і розрахунку надійності ІУС. При розробці методів контролю і виправлення помилок в модулярній системі числення були використані методи теорії чисел, теорії інформації і кодування, методи з теорії цифрових автоматів.

Наукова новизна отриманих результатів. Новим науковим результатом дисертації є формулювання і рішення важливої і актуальної науково-прикладної проблеми підвищення відмовостійкості інформаційно-управляючої системи реального часу без зниження продуктивності обробки інформації на основі розробки та впровадження методологічних основ створення інформаційної технології обробки інформації в модулярній системі числення. В межах головного нового наукового результату отримано ряд особистісних наукових результатів.

1. Уперше отримано:

- метод підвищення відмовостійкості ІУС у МСЧ, що, на відміну від відомих, заснований на використанні принципу активної відмовостійкості, що дозволило синтезувати оптимальні відмовостійкі структури й підвищити надійність функціонування ІУС;

- метод інформаційного стиску цифрових табличних даних, який, на відміну від відомих, заснований на використанні кодів інформаційного стиску, що дозволяє підвищити відмовостійкість та продуктивність ІУС;

- методи контролю, діагностики й виправлення помилок у МСЧ, які, на відміну від відомих, засновані на принципі нулевізації, що дозволяє підвищити оперативність контролю й скоротити час виправлення помилок інформації.

2.Удосконалено:

- інформаційна технологія обробки інформації шляхом застосування методологічних основ створення інформаційної технології обробки інформації у МСЧ, що дозволяє створювати відмовостійкі та продуктивні ІУС реального часу;

- методи реалізації непозиційних операцій у МСЧ, заснованих на принципі порівняння унітарного однорядкового коду, що дозволяє скоротити час виконання операцій.

3. Одержали подальший розвиток:

- математичні  моделі відмовостійкості ІУС, які, на відміну від відомих, засновані на використанні властивостей МСЧ  з урахуванням особливостей функціонування трактів обробки інформації у МСЧ, що дозволяє підвищити надійність ІУС;

- математична модель відмовостійкості ІУС реального часу, в поліноміальній МСЧ, яка, на відміну від відомих, заснована на поданні й обробці інформації у вигляді поліномів довільного ступеня від однієї змінної та враховує наявність обмежень на точність, швидкість і безпомилковість обробки даних;

- методи реалізації непозиційних операцій у поліноміальній МСЧ, що розширює функціональні можливості ІУС з обробки інформації.

Практичне значення отриманих результатів полягає в наступному: 

1. Розроблені алгоритми, що можуть бути обчислювально реалізовані: інформаційного стиску табличних цифрових структур і табличної обробки інформації, особливістю застосування яких є можливість одержання поліпшених характеристик з відмовостійкості й швидкодії ІУС за рахунок можливості скорочення до 70% кількості обладнання операційного пристрою; арифметичного й алгебраїчного порівняння операндів у МСЧ, які засновані на принципі одержання й порівняння унітарного однорядкового коду, що дозволяє зменшити час виконання операції порівняння в залежності від розміру розрядної сітки ІУС на 2 порядки; визначення зворотньої мультиплікативної величини числа, що дозволяє спростити й зменшити час виконання найбільш трудомістких операцій у МСЧ в 10 разів; контролю, діагностики й виправлення помилок у МСЧ, що дозволяють підвищити оперативність контролю й скоротити час виправлення помилок інформації на 60%; виправлення помилок у МСЧ із взаємно попарно непростими модулями, що дозволяють виправити помилку в залишку всього за 3 умовних часових такта, що раніше вважалося неможливим; виконання непозиційних операцій у поліноміальній МСЧ (ПМСЧ), що дозволяють зменшити час виконання непозиційних операцій до 2 умовних часових тактів.

2. Розроблено методику синтезу відмовостійкої і продуктивної ІУС реального часу, що функціонує в ПМСЧ.

3. Синтезовано структури відмовостійких ІУС у МСЧ, що дозволяють забезпечити при менших, у порівнянні з ІУС у ПСЧ, апаратних витратах (до 40%) більш високе значення вірогідності безвідмовної роботи  =0,999999.

4. Доведено до рівня патентоздатних пристроїв методи та алгоритми, які розроблено у дисертаційній роботі.

Практичне значення результатів підтверджується впровадженням результатів дисертаційної роботи у:

- ДП ХПЗ ім. Т. Г. Шевченка - при розрахунках та порівняльному аналізі надійності та продуктивності спецпроцесорів обробки цифрової інформації (акт від 21 січня 2010 р.);

- ОКБ ДП ХПЗ ім. Т. Г. Шевченка - у НДР № 10/2008-2010 "Розробка та дослідження інформаційних технологій обробки інформації на основі використання непозиційних кодових структур модулярної арифметики" (акт від 23 вересня 2010 р.);

- НТ СКБ „Полісвіт” ДНВП „Об’єднання Комунар” - при проектуванні перспективних ІУС реального часу (акт від 2 листопада 2010 р.).

У сукупності сформульовані принципи, сформульовані й доведені наукові твердження й теореми, отримані математичні основи реалізації позиційних і непозиційних операцій у МСЧ, розроблені моделі, методи, алгоритми й оптимальні структури ІУС становлять методологічні основи створення відмовостійких ІУС у МСЧ, без зниження продуктивності обробки інформації.

Розроблені в дисертаційній роботі методологічні основи створення інформаційної технології обробки інформації в МСЧ є базою для розробки й впровадження відмовостійких ІУС реального часу у МСЧ. Використання розроблених у дисертації методів і алгоритмів дозволяє підвищити безвідмовність функціонування ІУС без зниження продуктивності обробки інформації за рахунок значно меншої кількості обладнання, що вводиться додатково у порівнянні із ПСЧ (до 40%).

Особистий внесок здобувача. Отримано наукові результати, що забезпечують рішення всіх поставлених у дисертації завдань досліджень. Всі основні наукові й практичні результати дисертації отримані особисто автором. Роботи [15,18-22,26,28, 29,43,45] були опубліковані без співавторів. У роботах, виконаних у співавторстві й опублікованих у фахових виданнях, які входять у перелік ВАК України, здобувачеві належать: у роботі [1] постановка й рішення завдання оптимального резервування у МСЧ, оцінка й порівняльний аналіз відмовостійкості функціонування ІУС у МСЧ; у роботі [2] сформульовано нейромережевий принцип обробки інформації у МСЧ; у роботі [3] розроблена математична модель паралельної організації обробки інформації у пристроях ІУС, що функціонує у МСЧ; у роботі [4] розроблені методи контролю, діагностики й виправлення помилок у МСЧ; у роботі [5] розроблені методологічні основи створення відмовостійких ІУС реального часу, у МСЧ без зниження продуктивності обробки інформації; розроблені математичні основи обробки поліномів довільного ступеня у МСЧ; у роботі [6] запропонована концепція створення систем паралельної  обробки інформації на основі нейромережевого принципу у МСЧ; у роботі [7] розроблено алгоритм обробки чисел у заданій системі числення; у роботі [8] розроблено алгоритм паралельних перетворень цифрової згортки сигналу; у роботі [9] запропонована концепція прискореної обробки й аналізу сигналів; у роботі [10] теоретичне обґрунтування ефективності обробки комплексних чисел у МСЧ; у роботі [11] результати дослідження методу підвищення безвідмовності функціонування ІУС на основі застосування багатоверсійних мажоритарних структур паралельної обробки інформації; у роботі [12] запропонована концепція нейромережевої обробки інформації у МСЧ; у роботі [13] запропоновані концепція й метод обробки цифрової інформації у МСЧ; у роботі [14] розроблений метод підвищення відмовостійкості ІУС з урахуванням вимог з продуктивності; у роботі [16] запропоновано підхід до реалізації табличного принципу обробки інформації у МСЧ; у роботі [17] запропоновано підхід до створення швидкодіючих і надійних пристроїв ІУС у МСЧ; у роботі [23] досліджено метод матричної обробки цифрової інформації у МСЧ; у роботі [24] запропонована модель розпаралелювання процесу обробки інформації на рівні мікрооперацій у МСЧ; у роботі [25] сформульовано принцип обробки інформації у МСЧ на основі використання кільцевих регістрів зсуву; у роботі [27] розроблені програмні засоби контролю й виправлення помилок у МСЧ; у роботі [30] запропоновано ввести сукупність паралельних трактів обробки інформації; у роботі [31] запропоновано ввести блок обробки інформації з довільного модулю МСЧ; у роботі [32] розроблено алгоритм піднесення чисел до квадрату за модулем МСЧ; у роботі [33] запропоновано ввести блок для виявлення помилок інформації у МСЧ; у роботі [34] запропоновано ввести блок обробки комплексних чисел за комплексним модулем у МСЧ; у роботі [35] розроблено алгоритм обробки інформації у МСЧ за модулем три; у роботі [36] запропоновано ввести блок визначення лишків чисел за довільним модулем МСЧ; у роботі [37] розроблено алгоритм для піднесення полінома від однієї змінної в довільний ступінь за модулем три; у роботі [38]  запропоновано ввести блок для виправлення помилок інформації у МСЧ; у роботі [39] запропоновано алгоритм для прискореної реалізації операцій модульного додавання двох операндів; у роботі [40] запропонована система контролю виконання модульних операцій додавання й віднімання у МСЧ; у роботі [41] запропоновано ввести блок аналізу ступеня  при піднесенні операндів до квадрату за модулем МСЧ; у роботі [42] запропоновано використати МСЧ для створення систем паралельної обробки інформації; у роботі [44] запропоновано провести моделювання нейромережевої системи управління у середовищі МАТЛАБ; у роботі [46] запропоновано використати в промислових ІУС МСЧ; у роботі [47] обґрунтовано ефективність використання МСЧ для підвищення відмовостійкості та продуктивності обробки інформації у ІУС реального часу; у роботі [48] запропоновано використання нейромережевого підходу до управління складними нелінійними об'єктами; у роботі [49] запропонована методологія створення відмовостійких структур паралельної обробки інформації у МСЧ.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень доповідалися й обговорювалися на науково-технічних і науково-практичних конференціях:

1. НТК “Пути повышения эффективности средств связи радиотехнического обеспечения и АСУ ВВС ” (Харків 1990 р.).

2. НТК «Обработка информации и обеспечение надежности систем управления» (Харків 1996 р.).

3. Тридцять дев’ята та сорок перша НПК науково-педагогічних працівників, науковців, аспірантів УІПА (Харків 2006, 2008 р.р.).

4. Міжнародна НПК “Проблеми енергозабезпечення та енергозбереження в АПК України” (Харків 2007 р.).

5. Восьма, дев’ята  та десята міжнародні НПК «Современные информационные и электронные технологии». (Одеса, 2007, 2008, 2009 р.р.).

Публікації. Основні результати дисертації опубліковані в 56 друкованих працях, серед яких 5 монографій, 13 статей у наукових журналах, 10 статей у збірниках наукових праць, 12 авторських посвідчень і патентів України, а також 8 тез доповідей у збірниках НТК і НПК, 1 підручник із грифом МОНУ, 7 звітів про НДР.

У додатках наведені акти реалізації дисертаційних досліджень (додаток А), значення констант нулевізації (додаток Б), позиційні операції в ПМСЧ (додаток В).

Структура й обсяг дисертації. Дисертація складається із введення, шести розділів, висновків за дисертацією, трьох додатків і списку використаної літератури. Повний обсяг дисертації становить 383 сторінки, у тому числі: 25 рисунків за текстом, 21 рисунок на 16 окремих сторінках, 19 таблиць за текстом, 91 таблиця на 65 окремих сторінках, бібліографія з 213 найменувань на 23 сторінках, 3 додатка на 33 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовується актуальність теми досліджень, формулюються проблема, мета і задачі досліджень, визначається об'єкт і предмет досліджень, викладена наукова новизна і практична цінність отриманих результатів, їх впровадження і апробація, особистий внесок здобувача в розробку теми дисертації.

У першому розділі на основі аналізу стану і перспектив розвитку ІУС реального часу показано, що подальший розвиток систем обробки інформації пов'язаний з переходом до паралельних обчислень. Проведені дослідження дозволяють зробити висновок, що традиційний підхід до створення ІУС, який заснований на застосуванні ПСЧ, не дозволяє кардинально поліпшити її основні характеристики, і, в першу чергу, такі як відмовостійкість і продуктивність.

Дослідження методів підвищення відмовостійкості і продуктивності ІУС реального часу показало, що існує очевидна проблема: з одного боку, постійне зростання вимог до швидкісних характеристик ІУС приводить до необхідності організації паралельних обчислень, а з іншого боку, при цьому збільшується частота виникнення відмов і зростає час простою системи, викликаний необхідністю пошуку і ліквідації несправностей. Рішення проблеми підвищення відмовостійкості системи обробки інформації припускає забезпечення рівня продуктивності обробки інформації, що вимагається, і навпаки при рішенні проблеми підвищення продуктивності ІУС необхідно забезпечити рівень відмовостійкості, що вимагається.

Дана обставина обумовлює необхідність формулювання концепцій пошуку нетрадиційних шляхів підвищення відмовостійкості і продуктивності ІУС, функціонуючих у реальному часі. Спираючись на фундаментальні поняття і положення теорії порівняння запропонована оригінальна система числення, в якій число (операнд)  представляється набором  якнайменших лишків від послідовного ділення операнда  на сукупність  взаємно попарно простих чисел, тобто МСЧ. З алгоритму представлення чисел у МСЧ, витікає, що всі модульні операції виконуються незалежно і паралельно над однойменними розрядами (лишками). Показано, що застосування МСЧ, яка дозволяє штучно розпаралелювати алгоритми обробки інформації на всіх рівнях, є основним резервом підвищення відмовостійкості і продуктивності ІУС. Одним з перспективних напрямків вирішення проблеми підвищення відмовостійкості ІУС реального часу без зниження продуктивності обробки інформації є використання для створення інформаційно-управляючих систем МСЧ, зокрема на основі розробки методологічних основ створення ефективної інформаційної технології, що враховують всі особливості обробки інформації в модулярній системі числення. У цьому випадку узагальнена структурна схема ІУС у МСЧ є набором окремих пристроїв обробки інформації (ПОІ), функціонуючих незалежно один від одного і паралельно в часі, причому кожний за своїм певним модулем .

Запропонована трьохрівнева модель інформаційної технології обробки інформації в МСЧ, на основі якої розроблено модель ІТ, що реалізується підсистемою обробки інформації ІУС у МСЧ (рис.1).

Відповідно до завдань , що реалізуються підсистемою обробки інформації ІУС, використовуючи сукупність принципів, моделей, методів і алгоритмів  реалізації позиційних і непозиційних операцій, операцій контролю, діагностики і виправлення помилок у МСЧ, відбувається переробка первинної інформації х(t) з метою отримання інформаційного продукту Х(k). При цьому, відповідно до алгоритму функціонування ІУС, за управляючими сигналами u(t), здійснюється організація обмінних операцій між точністю і швидкістю обробки інформації, з використанням сукупності моделей, методів і алгоритмів Û=(û1,…, ûп). При виникненні відмов, що спричиняють виникнення помилок, за сигналами корекції помилок z(t), здійснюється виправлення інформації Х(k). У результаті даної процедури одержуємо відкоректований  інформаційний продукт  Х'(k). При виявленні відмов ПОІ, відповідно до заданої програми,  з використанням  безлічі методів і алгоритмів О =(о1,…,ок) здійснюється реконфігурація структури ІУС.

Для оцінки ефективності застосування отриманих методів і алгоритмів підвищення відмовостійкості ІУС, функціонуючих у МСЧ, запропоновано використовувати. як основний показник для оцінки надійності, вірогідність безвідмовної роботи P(t). Також у розділі сформульовано математичну постановку проблеми досліджень.

Таким чином, недоліки систем обробки інформації, що обумовлені використанням двійковою ПСЧ, підвищені вимоги до відмовостійкості сучасних і перспективних ІУС реального часу, а також отримані попередні позитивні результати використання МСЧ для підвищення відмовостійкості і продуктивності ІУС визначили тему, науково-прикладну проблему, мету і особистісні задачі даної дисертації.

У другому розділі дано наукове обґрунтування можливості використання МСЧ для створення відмовостійких і продуктивних ІУС. Сформульовано і доведено ряд наукових положень, які дозволили показати, що при синтезі ІУС у МСЧ, можна отримати якісно нові наукові і практичні результати, що  поліпшують основні характеристики ІУС (продуктивність, відмовостійкість та ін.), за рахунок організації принципово нової структури ІУС і застосування нових оригінальних методів і алгоритмів обробки інформації.

Рис. 1. Модель ІТ, що реалізується підсистемою обробки інформації в МСЧ

Досліджено і теоретично обґрунтовано модель відмовостійкості ІУС, що функціонує в МСЧ. Показано, що реалізація модульних операцій кінцевого поля Галуа GF(M) зводиться до реалізації модульних операцій паралельно над кожним з n кінцевих полів , для . У цьому аспекті відомий математичний апарат теорії чисел, який служить основою для побудови формалізованої моделі відмовостійкості ІУС, що функціонує  в МСЧ, буде адаптивний до класу цілочисельних задач, які вирішуються ІУС реального часу.

Принцип реалізації модульних операцій одночасно в n полях Галуа  для , можна поширити і на гіперкомплексну числову область, зокрема,


просте поле Галуа
GF(M) може бути розширено до поля комплексних чисел , тобто

.

З використанням формалізованої моделі відмовостійкості ІУС розроблена і досліджена математична модель надійності ІУС у МСЧ на основі використання пасивної відмовостійкості. Дослідження даної моделі показали, що ІУС у МСЧ з двома контрольними основами  надійніше тройованої ІУС у ПСЧ. Виходячи з властивостей МСЧ, вірогідність безвідмовної роботи ІУС у МСЧ можна представити як вірогідність безвідмовної роботи ІУС у ПСЧ для випадку ковзаючого резервування з навантаженим резервом. У цьому випадку формула для визначення вірогідності безвідмовної роботи має вигляд

,

де   - вірогідність безвідмовної роботи тракту обробки інформації (ТОІ) за найбільшою (найменш надійною) основою  МСЧ;  - інтенсивність відмов устаткування ТОІ в МСЧ по .

Була отримана математична модель відмовостійкості, що враховує як надійність комутатора, так і використання r резервних ТОІ,  яка представлена наступним виразом:

де   - інтенсивність відмов автомата надійності;  - інтенсивність відмови перемикаючого пристрою;  - інтенсивність відмови одного ТОІ; 2 - інтенсивність відмов контрольних ТОІ.

У теоретичному плані ця математична модель надійності дозволяє досліджувати всі основні види резервування (структурне, інформаційне і функціональне), що обумовлені властивостями МСЧ.

ПСЧ

МСЧ

I

II

III

IV

0

1

1

1

1

0,2

0,819

0,912

0,926

0,986

0,4

0,670

0,746

0,775

0,922

0,6

0,549

0,573

0,613

0,816

0,8

0,449

0,424

0,468

0,687

1

0,368

0,306

0,328

0,558

1,2

0,301

0,225

0,254

0,439

1,4

0,247

0,151

0,187

0,337

З використанням запропонованої матема-           Таблиця 1   тичної моделі надійності був розроблений метод підвищення відмовостійкості ІУС у МСЧ, який на відміну від відомих заснований на використанні принципу активної відмовостійкості.

Проведена порівняльна оцінка надійності ІУС з різними характеристиками (табл. 1) показує, що застосування МСЧ  з однією контрольною основою (III) і з двома контрольними основами (IV) забезпечує більш високе значення вірогідності безвідмовної роботи, ніж  нерезервована ІУС у ПСЧ (І) і тройована система з мажоритарним контролем (II) для довільної  розрядної сітки


обробки інформації, навіть при менших апаратних витратах (до 40%). При цьому ефективність застосування МСЧ для підвищення надійності ІУС зростає із збіл
ьшенням довжини розрядної  сітки ІУС.

У третьому розділі  проведено дослідження можливих принципів реалізації основних позиційних і непозиційних операцій у МСЧ.

Показано, що підвищення надійності і продуктивності ІУС можливе шляхом застосування в ПОІ табличного принципу реалізації арифметичних операцій. Тому великий теоретичний і практичний інтерес представляє задача інформаційного стиснення вмісту таблиць основних модульних операцій у МСЧ.

Дана задача тісно пов'язана з розробкою, як методів спеціального кодування і синтезу алгоритмів, що вдосконалюють структуру модульних таблиць, так і з формулюванням, розробкою і застосуванням нових принципів, методів і алгоритмів реалізації модульних операцій.

Інтенсивний розвиток і розповсюдження нейромережевих технологій обробки інформації дозволив сформулювати нейромережевий принцип реалізації модульних операцій у МСЧ. Даний принцип припускає проведення перспективних досліджень у напрямі збільшення розмірності простору рішень при реалізації паралельних обчислень  в реальному часі.

На основі використання властивості симетричності таблиць щодо діагоналі, вертикалі і горизонталі, що проходять між числами  і , розроблений метод  інформаційного стиснення цифрових табличних даних і ряд ефективних процедур інформаційного стиснення табличних цифрових структур з використанням коду інформаційного стиснення (КІС).

Процедура визначення результату операції модульного множення за допомогою КІС наступна. Якщо задано два операнди в КІС ,  то для того, щоб отримати добуток цих чисел за модулем , достатньо знайти добуток  і інвертувати його узагальнений індекс , у випадку, якщо  відмінно від , тобто , де

    

При використанні даної процедури ПЗП, що реалізує операцію модульного множення, конструктивно зменшуються в чотири рази.

Важливі науково-практичні результати можна отримати, досліджуючи можливості реалізації однієї модульної операції за допомогою таблиць, що реалізують зворотну їй операцію, використовуючи відповідні процедури. При дослідженні цифрових властивостей таблиць модульних операцій додавання і віднімання отримано співвідношення

,

(1)


де ,
- вхідні операнди, представлені в КІС.  

З виразу (1) отримуємо 

.

(2)

Вираз (2) можна представити в наступному вигляді:

.

Отже, для отримання результату операції модульного додавання в КІС достатньо знати результат операції модульного віднімання. Результат операції модульного віднімання за допомогою ПЗП, що реалізує операцію модульного додавання, можна визначити з використанням наступного виразу отриманого з (2)  

.

Схематично цю процедуру можна представити у вигляді:

.

Для спрощення реалізації операції модульного множення пропонується наступний підхід. При обчисленні значень  або  не завжди існує однозначна відповідність вигляду , тому вузли ПЗП, для яких  позначаються знаком «+», а шина ПЗП, що коректує, об'єднує ці вузли таблиці і видає сигнал, що вказує на відсутність необхідності корекції результату операції. За відсутності сигналу шини ПЗП, що коректує до результату операції необхідно додати величину , тобто . Для спрощення реалізації модульної операції множення в негативній області пропонується вузлам таблиці ПЗП привласнювати значення , або значення . У цьому випадку відбувається самокорекція результату операції. Внаслідок цього немає необхідності в суматорі за модулем .

Також запропонована процедура порозрядної табличної реалізації дозволяє скоротити кількість логічних елементів, які використовуються, і спростити зв'язки між ними.

Пропонується принцип реалізації пристрою для виконання операції модульного множення при введенні знака числа в явному вигляді. Для цього число  супроводжується його знаком , тобто операнд представиться у вигляді . Якщо , то , а якщо , то . У вихідному регістрі міститиметься результат операції модульного множення в спеціальному КІС .


На основі розглянутих процедур синтезовано пристрій обробки інформації  ІУС у МСЧ, що здійснює три модульні операції - множення, додавання і відн
імання. Запропонований ПОІ дозволяє приблизно на 70% скоротити кількість устаткування ІУС незалежно від типу операцій, що реалізуються, що раніше було можливо тільки для операції модульного множення.

Існуючі методи визначення позиційних характеристик, зокрема методи порівняння чисел в МСЧ, мають істотні недоліки, головним з яких є необхідність перетворення операндів з МСЧ в позиційну систему числення і зворотньо. Тому в даній роботі був розроблений та досліджений метод порівняння чисел, в основі якого лежать ефективні процедури арифметичного і алгебраїчного порівняння операндів в МСЧ, що використовують принцип отримання і порівняння унітарного однорядкового коду без безпосереднього перетворення операндів, що порівнюються з коду МСЧ в позиційний код і зворотньо.

Була запропонована  процедура реалізації операції арифметичного порівняння операндів у МСЧ з константою. У даному випадку виконується порівняння не безпосередньо операндів  і , а величин  і  

Розроблений метод дозволяє  перейти від реалізації операції арифметичного порівняння до реалізації операції алгебраїчного порівняння. У цьому випадку операнди А і В, що порівнюються, мають по одному додатковому знаковому розряду, тобто число супроводжується ознакою   знака

Таким чином операнди, що порівнюються, представляються у вигляді:

, .

На основі запропонованого методу розроблені алгоритми для його реалізації. Показано, що із збільшенням довжини машинного слова ІУС, що характерно для сучасної тенденції розвитку таких систем, ефективність застосування принципу однорядкового кодування, в порівнянні з практично існуючими, зростає.

Також в розділі був запропонований метод визначення зворотньої мультиплікативної величини числа за довільним mi модулем МСЧ, в основі якого лежить заміна операції ділення на операцію множення, де дільник  замінюється на співмножник , тобто . Таким чином, у МСЧ потрібно порівняти операнди вигляду . Ця задача стоїть і при реалізації операції перетворення чисел з МСЧ у ПСЧ і зворотньо.

Перша процедура, що реалізує даний метод, ґрунтується на застосуванні теореми Ферма, у відповідності, до якої , або . Дана процедура дозволяє знаходити зворотну мультиплікативну величину числа при простому значенні .

Друга процедура, визначення  ґрунтується на використанні теореми Вільсона у відповідності, до якої . Використовуючи даний вираз, можна записати , , , тоді . Для значень , можна отримати , де  позначатиме перемноження натуральних чисел від 1 до , виключаючи число z. З погляду простоти технічної реалізації більш апробованим є алгоритм, що реалізує першу процедуру.

У четвертому розділі проведене дослідження коригуючих можливостей кодів МСЧ, які показали, що введення додаткових надмірних основ дозволяє будувати високоефективні кодові конструкції, що не тільки знаходять помилку, але і визначають місце її виникнення, використовуючи тільки одну контрольну основу, що неможливо при існуючих методах контролю і виправлення помилок у ПСЧ.  Сформульована теорема, що дозволяє знайти факт перекручення числа , на основі якої запропонована наступна процедура визначення і виправлення помилкового лишку в МСЧ.  Визначаються всі проекції числа  за всіма основами МСЧ . Отримані проекції  порівнюються з робочим діапазоном . Визначається проекція числа, для якої , і виправляється помилковий лишок за формулою

,

де   - ортогональний базис МСЧ;  - вага ортогонального базису.

Проведено порівняльний аналіз способів виправлення помилок при . Показано, що більшу ефективність має розроблений метод виправлення помилок  ІУС, заснований на використанні умовної альтернативної сукупності (УАС) чисел у МСЧ, що дозволяє підвищити інформативність альтернативної сукупності (АС) W(Ã) про місце і величину помилки.


Розглянуто  дві процедури визначення
АС . Перша полягає в тому, що АС встановлюється перевіркою кожної з основ . Недолік даної процедури - великі апаратні і часові витрати на визначення АС.

Друга процедура припускає, що операнд  приводиться до вигляду , тобто проводиться нулевізація числа . Далі складається таблиця значень відповідностей числа  можливим помилкам , з якої визначається АС, що шукається. Друга процедура, порівняно з першою, дозволяє скоротити апаратні і часові витрати при визначенні АС, проте недолік другої процедури полягає в тому, що в АС містяться надмірні основи.

Усунути недоліки, які властиві розглянутим процедурам, можна шляхом отримання додаткової інформації про можливі перекручені лишки операнда . Ця інформація міститься у всіх можливих АС операнда . Сутність запропонованої процедури полягає в тому, що всі можливі АС визначаються на кожному з інтервалів попадання операндів. Після цього визначаються загальні для цих інтервалів основи , за якими можлива помилка. Цей набір основ і визначає АС, що шукається. Скорочення кількості основ в АС підвищує інформативність АС W(Ã) про місце і величину помилки. Розроблена структурна схема процесу стягання АС до помилкової основи.

Також пропонується процедура контролю і діагностики ІУС на основі оцінки вірогідності вибору робочої гіпотези про помилковість лишку за -ю основою МСЧ, яка дозволяє зменшити кількість перевірочних операндів, скоротити час виправлення помилок, проте не дозволяє скоротити кількість основ в АС. У даному випадку визначається залежність між приведеним коефіцієнтом розподілу помилок  і значенням . Критерієм вибору робочої гіпотези про помилковість лишку за основою  є максимальне значення коефіцієнта розподілу помилок. Розроблено алгоритм визначення помилкової основи при оцінці вірогідності вибору робочої гіпотези, за рахунок виконання нулевізації перекрученого операнда . За значенням  здійснюється звернення до таблиць . В -му інтервалі  визначається найбільше із значень . В цьому випадку основа , для якої значення  при  є тою, що шукається.

Запропоновано метод виправлення помилок у МСЧ на основі використання часових числових перетинів, що дозволяє спростити реалізацію процесу визначення АС у МСЧ і виправляти не тільки багатократні помилки в одному лишку, але і багатократні помилки в різних лишках. Для усунення надмірності АС пропонується визначати значення . Сутність пропонованого методу числових перетинів полягає в тому, що АС  визначається не у всьому


інтервалі , що містить , а в перетині  цього інтервалу, що дозволяє істотно скоротити кількість основ, за якими можлива помилка, і прив
одить до зменшення числа операндів, що перевіряються, тобто до зменшення часу стягання  до помилкової основи. Розглядається варіант пристрою, що реалізує даний метод. Метод часових числових перетинів є оптимальним варіантом методу підвищення інформативності АС у МСЧ. Але розглянутий метод визначення АС потребує значного об'єму устаткування блоку пам'яті (БП), що реалізує функцію Ф .

Сутність наступного запропонованого методу виправлення помилок полягає у визначенні АС чисел у МСЧ шляхом використання властивості симетрії значень  в БП, що аналітично виражається співвідношенням:

.

Даний метод дозволяє виправляти не тільки багатократні помилки в одному лишку, але і багатократні помилки в різних лишках і  спростити реалізацію процесу визначення АС в МСЧ.

Одним із методів визначення правильності числа є метод нулевізації, що полягає в переході від початкового числа  до числа . При виконанні такої послідовності перетворень виключається можливість виходу за робочий діапазон МСЧ. Якщо , то початкове число правильне і лежить в діапазоні , якщо , то число неправильне і лежить в діапазоні , для .

Запропоновано метод, що дозволяє проводити на кожному етапі нулевізацію одночасно за двома основами. Час нулевізації зменшується удвічі. Але метод парної нулевізації не є оптимальним з погляду швидкодії, оскільки операції додавання і вибірка чергової константи нулевізації рознесені в часі. Тому розроблено метод парної нулевізації чисел з попередньою вибіркою цифр, що знімає вищенаведений недолік. У пропонованому методі в деяких часових тактах поєднуються операції підсумовування і вибірка чергової константи нулевізації, а також вибірка чергової константи і підготовка значень цифр, за якими на наступному етапі нулевізації проводитиметься вибірка чергової константи нулевізації. У процесі вибірки константи, за значеннями  і , з відповідних таблиць можуть бути вибрані значення  за один такт. У цьому випадку немає необхідності мати цифри за основами  і , що дозволяє зменшити розрядність констант нулевізації до значення

.

Розроблений метод парної нулевізації чисел з попередньою вибіркою цифр дозволяє значно зменшити час корекції однократних і багатократних помилок і для довільної розрядної сітки, отримати виграш в швидкодії, в порівнянні з парною нулевізацією до  25%,  а в порівнянні  із  звичайною  нулевізацією  до  62,5%


відпов
ідно, в залежності від кількості основ n, що використовуються в МСЧ (рис. 2).  

На основі аналізу розробленого графа співвідношення між основними характеристиками ІУС в режимі обмінних операцій запропонована структура пристрою, що одночасно реалізує структурне, інформаційне і функціональне резервування в МСЧ шляхом заміни одним справним контрольним трактом одночасно декілька непрацездатних робочих трактів.

Проведено дослідження лінійних кодів у  МСЧ, основи якої не є взаємно простими числами. Показано, що малоефективне використання лінійних кодів для виправлення помилок, яким з рівною вірогідністю відповідають довільні перекручення лишків кодових слів у МСЧ.

Для визначення необхідних і достатніх умов виявлення однократних помилок за допомогою лінійних кодів  сформульована і доведена теорема. На основі даної теореми розроблена наступна процедура виявлення однократних помилок. Перевіряється лишок за основою . Для цього визначається сукупність значень

Якщо , то перевіряється другий лишок і т.д. Для отримання значень  складається матриця G. Якщо визначник  матриці дорівнює нулю, то число  - правильне, а якщо , то число  - неправильне. На основі синтезованого алгоритму розроблено пристрій для його реалізації, на який отримано патент України.

Проте, якщо , визначник  можна не знаходити. Достатньо визначити діагональні елементи матриці  і додати одне значення , тобто . При таких значеннях  можливо встановити не тільки факт перекручення кодового слова, але і визначити номер перекрученого лишку.

З метою визначення необхідних і достатніх умов для виправлення однократних помилок за допомогою вище приведених кодових структур сформульована і доведена теорема, на основі якої розроблена процедура виправлення помилок за довільною основою . Для визначення номера перекрученого лишку обчислюються значення

.

Якщо всі лишки , то число А правильне або помилка кратна кожному з дільників , (передбачається однократна помилка). Якщо помилка відбулася за основою , то  і , а вся решта значень . Таким чином, число , що перевіряється, є неправильним. Далі за значенням  і  відбувається звертання в блок констант помилок, де вибирається відповідне значення .  Проводиться корекція числа  в лишку , і отримується правильне число , тобто .

Якщо в скороченій МСЧ за рахунок виключення основи, за якою відбулася помилка, можна однозначно представити число , то замість визначення за значеннями  і  величини помилки , безпосередньо обчислюються значення правильного лишку , використовуючи наступний алгоритм виправлення помилок. Обчислюється значення лишків . Визначається номер перекрученого лишку. Хай помилка відбулася за  основою. У цьому випадку ця основа виключається, а число  представляється по основах , тобто .  Проводиться згортка числа  в позиційний код. Визначається істинне значення перекрученого лишку , де  - ціла частина, що не перевершує .

Процедура виправлення однократних помилок, що дозволяє виправляти помилки, кратні одному з дільників  або , полягає в наступному. Хай задана МСЧ з взаємно не простими основами, тобто НЗД . І хай задано число в МСЧ . Визначаються всі значення , тобто . Не порушуючи спільності міркувань, вважається, що , а вся решта значень . Оскільки , то помилка може бути присутня тільки в лишках за основами  або . У зв'язку з цим можливі дві гіпотези: або помилка присутня в лишку ; або помилка присутня в лишку .

Сформульована і була доведена теорема, на основі якої розроблений алгоритм виправлення помилок. Розглядається перша гіпотеза. Якщо , то помилка кратна дільнику  і може приймати значення , для . Далі обчислюється сукупність значень . Якщо в цій сукупності знайдеться таке значення , при


якому  правильне число, то перша гіпотеза є ві
рною, тобто помилка присутня в лишку за основою . У цьому випадку виправленим числом є , де . Якщо при всіх значення  число  неправильне, то значення  істинне, а помилка відбулася в лишку за основою . Оскільки , то помилка за основою  кратна дільнику  тобто , де . Визначається сукупність значень , в цій сукупності обов'язково знайдеться таке єдине число , при якому  правильне число. Відзначимо, що черговість перевірки гіпотез довільна і не впливає на вірогідність виправлення помилок. Проте з метою підвищення швидкодії визначення номера перекрученого лишку в першу чергу необхідно перевірити гіпотезу, для якої значення  буде якнайменшим.

Таким чином, розроблений метод виявлення і виправлення однократних помилок у МСЧ з взаємно попарно непростими основами дозволяє відносно просто реалізувати процедури виявлення і виправлення однократних помилок.

У п'ятому розділі сформульовано і вирішено пряму і зворотню задачу оптимального резервування в МСЧ, а також проведено розрахунок і порівняльний аналіз надійності ІУС в МСЧ і ІУС в ПСЧ.

У формалізованому вигляді пряма (3) і зворотня (4) задачі оптимального резервування в МСЧ сформульовані таким чином

 

(3)

(4)

де   - надійність l  байтової ІУС у МСЧ;  - кількість устаткування (вартість витрат) ІУС у МСЧ;  - задана гранична можлива кількість устаткування;  - вірогідність безвідмовної роботи l байтової ІУС у МСЧ.

Як показник для кількісної оцінки безвідмовності ІУС використовувалася вірогідність безвідмовної роботи . У якості значення  вважалася відносна кількість устаткування позиційної тройованої мажоритарної структури  l байтової ІУС, приведене до одиниці розрядної сітки. Необхідним об'ємом устаткування резервованої ІУС у МСЧ вважається відносна кількість устаткування, що визначена виразом

,


де:
  - кількість однотипних ТОІ в каналі обробки інформації  за модулем  МСЧ, з яких складається резервована ІУС у МСЧ.

При такій постановці питання розв'язуються наступні дві задачі. Перша задача припускає забезпечення вірогідності безвідмовної роботи системи не менше заданої при мінімальних витратах на резервні елементи.

де  - вірогідність безвідмовної роботи системи;  - потрібне значення вірогідності безвідмовної роботи системи;  - вартість системи;  - число резервних елементів на і-й ділянці системи;  - число різних ділянок системи;  - вартість одного елемента і-ї ділянки системи;  - початкова вартість основного елемента і-ї ділянки системи;  - вірогідність безвідмовної роботи -ї ділянки системи за наявності на ньому  резервних елементів.

Друга  задача припускає забезпечення максимально можливої вірогідності безвідмовної роботи системи при заданих витратах на резервні елементи.

де Wптр – потрібне значення вартості системи. Для вирішення цих задач застосовується метод покоординатного найшвидшого спуску.

Показано, що на основі результатів рішення задачі оптимального резервування в МСЧ можна отримати необхідний вектор стану  ІУС у МСЧ . Виходячи із структури вектора  стану , неважко отримати математичну модель відмовостійкості ІУС у МСЧ для заданого значення . В загальному вигляді математична модель відмовостійкості ІУС у МСЧ матиме наступний вигляд

.   (5)

У роботі проведено розрахунки вірогідності безвідмовної роботи для різних значень кратностей резервування, модулів і довжини розрядної сітки,  що використовуються результати яких представлені на рис.3.

Відповідно до методики розрахунку вірогідності безвідмовної роботи ІУС у МСЧ  був розглянутий практичний приклад для заданих початкових даних. Аналіз отриманих результатів показав, що запропонована методика, яка заснована на використанні методу покоординатного  найшвидшого спуску, гарантовано забезпечує мінімально необхідну кількість устаткування    при  вирішенні


прямої задачі оптимального резервування в МСЧ, і максимально можливе зн
ачення вірогідності безвідмовної роботи  при вирішенні зворотньої задачі оптимального резервування в МСЧ. Порівняння значень вірогідності безвідмовної роботи ІУС в МСЧ показує, що при заданих початкових даних застосування непозиційних кодових структур у МСЧ для підвищення відмовостійкості систем обробки інформації набагато ефективніше ніж застосування тройованої мажоритарної структури в ПСЧ.

На основі отриманих результатів рішення задачі оптимального резервування в МСЧ, виходячи із значень компонентів векторів  станів, відповідно до виразу (5) розроблена сукупність математичних моделей відмовостійкості ІУС для довільної  розрядної сітки обробки інформації. Використовуючи результати проведених досліджень, отримані надійнісні структури систем обробки інформації, на основі яких синтезовано структури відмовостійких ІУС у МСЧ.

У шостому розділі  розроблені математичні основи реалізації позиційних і непозиційних операцій у поліноміальній МСЧ (ПМСЧ), що визначена над розширеним полем Галуа . Визначення лишка числа за довільним модулем mi МСЧ, рівноцінно обчисленню полінома в точці. В цьому випадку представлення натурального числа, заданого в ПСЧ у вигляді коду МСЧ, еквівалентно представленню полінома його значеннями одночасно в декількох точках. Зворотня операції перетворення числа з МСЧ в число в ПСЧ еквівалентна інтерполяції полінома. Показано, що ПМСЧ припускає обробку комплексних чисел як єдиного цілого, без розбиття на дійсну і уявну частини. Застосування ПМСЧ дозволяє також здійснити розпаралелювання процесу обробки інформації на рівні мікрооперацій на основі використання розроблених раніше методів обробки інформації.

Застосування ПМСЧ, що використовує як модулі непозиційної системи мінімальні многочлени розширеного поля Галуа , дозволяє задати наступне відображення

,

де   .

Зворотний ізоморфізм задається відображенням

.

Аналіз співвідношень  для реалізації модульних операцій додавання, віднімання і множення показує, що виконання операцій над операндами в розширеному полі Галуа  проводяться незалежно за кожним з модулів , що вказує на паралелізм даної алгебраїчної системи. При цьому порядок операндів  і  зменшується в декілька разів. Дана обставина є базовою передумовою для побудови відмовостійких і швидкодіючих ІУС.

Перетворення  з позиційної системи числення в непозиційну можна звести до складання за модулем два величин  відповідно до заданого полінома . Даний метод характеризується мінімальними апаратними витратами в порівнянні з раніше відомими методами пониження розрядності й ітеративного послідовного перетворення. Представлений алгоритм, що дозволяє здійснювати перетворення з двійкового коду в ПМСЧ за одну ітерацію з мінімальною кількістю апаратних витрат.

Відновлення заданого полінома  за сукупністю його лишків  також є однією з актуальних задач, для вирішення якої застосовується метод, який реалізується на основі використання однієї з наступних двох процедур: перша на основі ортогональних базисів   для системи ПМСЧ поля Галуа  з використанням китайської теореми про лишки (КТЛ) і друга базується на введенні проміжної змішаної, узагальненої поліадичної системи числення (УПС) коли

,

де ak - цифри в УПС;  - вага цифри в УПС.

Розглянуте питання визначення позиційної характеристики непозиційного коду - рангу полінома. Показана необхідність реалізації даної операції при побудові процедур пошуку і виправлення помилок в непозиційному коді. Розглянуті основні способи розширення динамічного діапазону в  алгебраїчних системах ПМСЧ. Відзначено, що основним недоліком існуючих методів визначення позиційної характеристики є необхідність виконання операції підсумовування парних перемножень за модулем . При великих значеннях динамічного діапазону  побудова суматора за модулем  проблематична. Запропоновано метод


визначення позиційної характеристики в ПМСЧ, в основі якого лежить н
аступна процедура визначення рангу числа -  

(6)

де  - j- й розряд і- го  лишку;  - кількість основ у ПМСЧ.

Таким чином, на початку визначається величина рангу  згідно (6), а потім здійснюється перетворення  з ПМСЧ в позиційну систему числення.

Запропоновано ефективний метод розширення системи основ модулярного представлення числа в ПМСЧ, в основі якого лежить процедура, що припускає обчислення значення рангу числа  в системі основ  і  знаходження лишку   згідно  

.

Досліджена математична модель багатоступінчатої ПМСЧ, яка ефективно реалізує модульні процедури підвищеної розрядності, забезпечуючи при цьому менші схемні витрати в порівнянні з використанням одноступінчатої ПМСЧ. Показано, що один з підходів, що дозволяють знизити надмірність апаратурних витрат при реалізації ортогональних перетворень сигналів в полях Галуа , ґрунтується на можливості заміни полінома більш високого ступеня добутком взаємно простих поліномів більш низького ступеня. Дана властивість непозиційних кодів служить основою для побудови багатоступінчатих МСЧ.

Хороші реалізаційні властивості багатоступінчатої поліноміальній  МСЧ в полях Галуа дозволяють будувати для обчислення лишків прості і швидкі процедури декодування, згідно виразу

,

де  j = 1,2...,l; l- кількість основ першого ступеня; k = 1,2...s; s - кількість основ другого ступеня ПМСЧ; n-розрядність вхідного полінома ; і - розряд полінома .

Показано, що перспективним рішенням науково-прикладної проблеми підвищення відмовостійкості інформаційно-управляючої системи реального часу без зниження продуктивності обробки інформації є створення інформаційної технології обробки інформації в МСЧ. Результати аналізу існуючих підходів до опису ІТ, з урахуванням запропонованих методологічних основ, дозволили розробити узагальнену трьохрівневу модель інформаційної технології обробки інформації в МСЧ ( рис. 4.).


Також була розроблена модель інформаційної технології трьохрівневої конвеєрної обробки інформації в ПМСЧ поля
GF(2п).


 

У розділі розроблено і досліджено узагальнену математичну модель відмовостійкості ІУС реального часу, функціонуючої в ПМСЧ. Дана математична модель враховує можливість виконання обмінних операцій і реконфігурації, що дозволяє ІУС в ПМСЧ зберігати працездатний стан за рахунок перерозподілу або зниженню в дозволених межах основних показників якості функціонування, при заданій системі обмежень:


  (7)

де   і  - час  і точність виконання завдання  ІУС;  А - початкове завдання, що представляє набір процедур, які реалізує ІУС в процесі обробки інформації;  - сукупність можливих методів і алгоритмів виконання обмінних операцій;  - сукупність можливих методів реконфігурації; - j-й алгоритм перетворення з ПСЧ у ПМСЧ;  - l - й алгоритм перетворення з ПМСЧ у ПСЧ.

На основі розробленої математичної моделі (7), з урахуванням проведених досліджень теоретичних основ і принципів побудови ІУС, функціонуючих в ПМСЧ, була розроблена методика синтезу відмовостійких і продуктивних ІУС (рис. 5).

З використанням запропонованої методики синтезу відмовостійких і продуктивних ІУС була розроблена структурна схема ІУС у ПМСЧ, що реалізує запропоновану у дисертації інформаційну технологію трьохрівневої конвеєрної обробки інформації в ПМСЧ поля GF(2п).

У сукупності сформульовані концепції, принципи, сформульовані і доведені наукові положення і твердження, отримані математичні основи  реалізації позиційних і непозиційних операцій в модулярній системі числення, розроблені моделі, методи, алгоритми  і оптимальні структури ІУС складають зміст  розроблених методологічних основ створення ІТ побудови відмовостійких ІУС  на основі використання МСЧ.

На основі результатів проведених теоретичних досліджень розроблено клас патентоспроможних пристроїв для реалізації розроблених в дисертації методів і алгоритмів обробки інформації в МСЧ.

ВИСНОВКИ

У дисертації сформульована і вирішена важлива і актуальна науково-прикладна проблема підвищення відмовостійкості ІУС реального часу без зниження продуктивності обробки інформації.

У дисертації були отримані наступні наукові і практичні результати.

1. У результаті проведених досліджень методів підвищення відмовостійкості ІУС реального часу без зниження продуктивності обробки інформації отримані наступні висновки. По-перше, показано, що існуючі традиційні методи підвищення відмовостійкості ІУС, які засновані на використанні ПСЧ, не завжди задовольняють вимогам забезпечення високої відмовостійкості і продуктивності таких систем. По-друге, попередні результати, отримані в процесі досліджень перспективних методів підвищення відмовостійкості без зниження продуктивності обробки інформації, показали, що використання непозиційних кодових структур у МСЧ дозволяє розв'язати поставлену в дисертації проблему.

2. З метою оцінки і порівняльного аналізу відмовостійкості ІУС, функціонуючих в ПСЧ і МСЧ, розроблені математичні моделі відмовостійкості ІУС у МСЧ. Результати розрахунків і порівняльного аналізу показали, що застосування МСЧ забезпечує більш високе значення вірогідності безвідмовної роботи, ніж тройована система з мажоритарним контролем у ПСЧ для довільної  розрядної сітки обробки інформації ІУС. Даний ефект досягається при менших апаратних витратах ніж у ПСЧ (до 40%). При цьому ефективність використання непозиційних кодових структур у МСЧ підвищується із збільшенням довжини розрядної сітки ІУС, що є характерним для сучасної тенденції розвитку перспективних засобів обробки інформації.

3. На основі запропонованої моделі розроблено метод підвищення відмовостійкості ІУС в МСЧ, що заснований на використанні принципу активної відмовостійкості. Даний метод використовувався на промислових підприємствах  при створенні перспективних засобів обробки інформації.

У дисертації була сформульована і вирішена задача оптимального резервування в МСЧ. На основі результатів вирішення даної задачі синтезовані відмовостійкі структури ІУС для довільної  розрядної сітки обробки інформації, що дозволяють забезпечити при менших, у порівнянні з ІУС у ПСЧ, апаратних витратах (до 40%) більш високе значення вірогідності безвідмовної роботи. Отримані відмовостійкі структури використовувалися на підприємстві промисловості при дослідженні і проектуванні ІУС реального часу.

4. Розроблено метод інформаційного стиснення цифрових табличних даних, який, на відміну від відомих, заснований на використанні кодів інформаційного стиснення, що дозволяє підвищити відмовостійкість ІУС і зменшити апаратні витрати при реалізації пристроїв обробки інформації до 70%.

5. Розроблено методи контролю, діагности і виправлення помилок у МСЧ, які засновані на використанні принципу нулевізації чисел, представлених непозиційним кодом. Запропоновані методи дозволяють підвищити оперативність контролю і скоротити час виправлення помилок інформації на 60%, що особливо важливо для ІУС реального часу.

6. Розроблено узагальнену математичну модель відмовостійкості ІУС реального часу в поліноміальній  МСЧ. Дана модель заснована на представленні і обробці інформації у вигляді поліномів довільного ступеня від однієї змінної з урахуванням обмежень на точність, швидкість і достовірність обробки даних.

7. Розроблено методи реалізації непозиційних операцій в модулярній системі числення, що засновані на застосуванні принципу порівняння унітарного однорядкового коду. Це дозволяє скоротити час виконання даних операцій до 2 умовних часових тактів, що підвищує загальну продуктивність обробки інформації в ІУС, що функціонує в МСЧ.

8. Розроблено математичні основи реалізації позиційних і непозиційних операцій  в поліноміальній  МСЧ  розширених полів  Галуа.  Використання


запр
опонованих математичних основ дозволило розробити методи і алгоритми обробки інформації над поліномами довільної розмірності від однієї змінної, що дозволяють зменшити час виконання непозиційних операцій до 2 умовних часових тактів. Це розширює функціональні можливості ІУС з обробки інформації.

9. Розроблено  методологічні основи створення інформаційної технології обробки інформації в МСЧ. Суть методологічних основ складають:

- розроблені концепції створення швидкодіючих і відмовостійких ІУС на основі використання МСЧ;

- сформульовані принципи технічної реалізації позиційних і непозиційних операцій в МСЧ;

- отримана сукупність математичних моделей надійності ІУС, що функціонує в МСЧ на основі використання методів пасивної і активної відмовостійкості;

- отримані результати рішення прямої і зворотної задачі оптимального резервування в МСЧ;

- розроблена сукупність методів реалізації позиційних і непозиційних операцій в МСЧ;

- розроблена сукупність методів контролю, діагностики  і виправлення помилок ІУС реального часу, що функціонує в МСЧ, які, на відміну від відомих, ґрунтуються на принципі нулевізації;

- розроблена сукупність пристроїв для технічної реалізації алгоритмів обробки інформації ІУС, що функціонує в МСЧ;

- виведені і доведені наукові твердження;

- синтезована сукупність відмовостійких  структур ІУС, що функціонує в МСЧ;

- розроблена сукупність методів реалізації непозиційних операцій над поліномами в МСЧ;

- узагальнена математична модель і методика синтезу відмовостійкої і продуктивної ІУС реального часу, що функціонує в МСЧ.

10. Запропоновано клас патентоспроможних пристроїв для реалізації розроблених в дисертації методів і алгоритмів обробки інформації в МСЧ. Зокрема клас пристроїв для реалізації позиційних операцій (пристрої для реалізації модульних арифметичних операцій, піднесення чисел до довільного ступеня за довільним модулем МСЧ, пристрої для визначення лишків за довільним модулем МСЧ), клас пристроїв для реалізації непозиційних операцій (пристрої для контролю виконання модульних операцій в МСЧ, пристрої для контролю, діагностики і виправлення помилок інформації в МСЧ).

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

  1.  Методы многоверсионной обработки информации в модулярной арифметике: моногр. / [В. И. Барсов, В. А. Краснобаев, А. А. Сиора, И. В. Авдеев]. – К.: МОНУ, УИПА, 2008. – 460 с.


  1.  Модели и методы параллельной реализации логических операций в АСУ ТП: моногр. / [В. И. Барсов, В. А. Краснобаев, И. А. Фурман, и др.]. – Х.: МОНУ,  УИПА, 2009. -  140 с.
    1.  Система обработки информации и управления АСУ ТП на основе применения кодов в модулярной арифметике: моногр. / [В. И. Барсов,                         В. А. Краснобаев, И. А. Фурман, и др.]. – Х.: МОНУ, УИПА, 2009. – 160 с.
      1.  Модели и методы повышения отказоустойчивости и производительности управляющих вычислительных комплексов специализированных систем управления реального времени на основе применения непозиционных кодовых структур модулярной арифметики: моногр. / [В. И. Барсов, Л. С. Сорока,            В. А. Краснобаев,  Хери Али Абдуллах]. – Х.: МОНУ, УИПА, 2008. – 148 с.
        1.  Барсов В. И. Методология параллельной обработки информации в модулярной системе счисления: моногр. / В. И. Барсов, Л. С. Сорока,                                В. А. Краснобаев. – Х.: МОНУ,  УИПА, 2009. -  268 с.
        2.  Барсов В. I. Основи побудови АСУ [підруч. для студентів ВНЗ] /           В. I. Барсов, В. А. Краснобаєв, М. С. Деренько, I. В. Авдєєв. – Х.: МОНУ, УІПА, ФОП Шевченко, 2010. - 400 с.
        3.  Барсов В. И. Улучшенный алгоритм представления целых чисел в              р-адическом коде / И. Д. Горбенко, В. И. Барсов, Р. П. Лысак // Радиотехника.           Республиканский межведомственный научно-технический сборник. - Х.: ХИРЭ, 1990. - № 95. - С. 36 - 39.
        4.  Барсов В. И.  Применение р - адических преобразований для вычисления  цифровой свертки / И. Д. Горбенко, В. И. Барсов // Радиотехника. Республиканский межведомственный научно-технический сборник. - Х.: ХИРЭ, 1992. -     № 96. -  С. 7 - 10.
        5.  Барсов В. И. Повышение скорости параллельного анализа сигналов /         В. И. Барсов, Б. В. Остроумов, О. Г. Симонова // Информатика. Сб. науч. тр.- К.:     Наукова думка: Институт проблем моделирования в энергетике. - 1998. - Вып.5. -            С. 58 - 61.
        6.   Барсов В. И. Повышение эффективности цифровой обработки сигналов в системе остаточных классов / В. И. Барсов, И. В. Московченко // Системи обробки інформації. Збірник наукових праць. - Х.: НАНУ, ПАНМ, ХВУ, 1999. - Вип. 1(15). - С. 128 - 131.
        7.  Барсов В. І. Підвищення безвідмовності функціонування апаратури управління розвідувально-ударних комплексів на основі застосування багатоверсійних мажоритарнорезервованих архітектур / В. І. Барсов, І. В. Піскачова,                                І. В. Московченко. // Збірник наукових праць ХВУ. - Х.: ХВУ, 2001. - Вип. 3(33). -  С. 142 - 146.
        8.  Барсов В. И. Концепция создания нейрокомпьютеров систем управления на основе использования модулярной арифметики / В. И. Барсов,                                       В. А. Краснобаев, Khere Ali Abdullah, О. В. Зефирова // Радіоелектронні і комп’ютерні системи. Науково – технічний журнал. - Х.: НАКУ „ХАІ”, 2007. - Вип. 6(25).- С. 40 - 54.

  1.   Барсов В. И. Отказоустойчивые вычислительные системы на основе модулярной арифметики: концепции, методы и средства / В. А. Краснобаев,               В. И. Барсов, Е. В. Яськова // Радіоелектронні і комп’ютерні системи. Науково – технічний журнал. - Х.: НАКУ „ХАІ”, 2007. - Вип. 8(27). - С. 82 - 90.
    1.   Барсов В. И. Метод повышения производительности и отказоустойчивости нейрокомпьютеров обработки криптографической информации автоматизированных систем управления специального назначения на основе модулярной арифметики / В. И. Барсов, В. А. Краснобаев, А. А. Замула, О. В. Зефирова // Прикладная радиоэлектроника. Научно-технический журнал. - Х.: ХНУРЭ, 2007. - Вип. 2, т. 6. - С.  282 – 287.
      1.   Барсов В. І. Створення відмовостійких керуючих обчислювальних комплексів автоматизованих систем контролю і керування електроспоживанням на основі  модулярної арифметики / В. І. Барсов // Вісник ХНТУСГ імені Петра Василенка. - Х.: ХДТУСГ, 2007. - Вип. 57, т. 2. - С. 77 – 81.
        1.   Барсов В. І. Диверсність табличних методів реалізації арифметичних операцій у системі залишкових класів / С. О. Кошман, В. І. Барсов,                                   В. А. Краснобаєв // Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства імені Петра Василенка. Проблеми енергозабезпечення та енергозбереження в АПК України. - Х.: ХНТУСГ, 2008. – Вип. 73, т. 2. –                           С. 70 – 72.
        2.   Барсов В. И. Концепция создания быстродействующих и надёжных вычислительных систем и средств обработки цифровой информации на основе использования кодов модулярной арифметики / А. А. Сиора, В. А. Краснобаєв,            А. А. Замула, В. И. Барсов, Ж. В. Дейнеко, О. Е. Барыльник, // Прикладная радиоэлектроника. Научно-технический журнал. - Х.: ХНУРЭ, 2008. - Том 7, № 3. -      С. 317 – 321.
        3.  Барсов В. И. Пути повышения производительности и отказоустойчивости автоматизированных систем контроля и управления электропотреблением на основе модулярной арифметики / В. И. Барсов // Энергосбережение, энергетика, энергоаудит. Общегосударственный научно-производственный и информационный журнал. - Х., 2008. - № 12 (58). - С. 40 - 52.
        4.  Барсов В. І. Концепція створення систем обробки інформації безпілотних літальних апаратів на основі використання модулярної арифметики /                         В. І. Барсов // Електроінформ. Науково-технічний журнал. - Львів, 2008. - №4. -          С. 9 - 11.
        5.   Барсов В. И. Создание отказоустойчивых и сверхбыстродействующих управляющих вычислительных комплексов АСУ ТП энергоблоков  на основе модулярной арифметики / В. И. Барсов // Енергетика та електрифікація. Науково-виробничий журнал. - К., 2008. - № 11. – С. 46 - 52.
        6.   Барсов В. И. Методы сжатия табличных цифровых данных в модулярной арифметике / В. И. Барсов // Системи обробки інформації. - Х.: МОУ, ХУПС, 2008. - Вип. 7 ( 74 ). - С. 6 - 11.
        7.  Барсов В. И. Метод обнаружения  и исправления ошибок в модулярной арифметике / В. И. Барсов // Системи обробки інформації. - Х.: МОУ, ХУПС, 2009. - Вип. 1 ( 75 ). - С. 17 - 19.  
        8.  Барсов В. И. Метод поразрядной табличной реализации арифметических операций в системе остаточных классов / С. А. Кошман, В. И. Барсов,                            В. А. Краснобаев, Н. С. Деренько, Е. В. Яськова // Радіоелектронні і комп’ютерні    системи. Науково – технічний журнал. - Х.: НАКУ „ХАІ”, 2009. - Вип. 5(39). -             С. 44 - 48.
        9.  Барсов В. И. Преобразование данных в нейронной сети конечного кольца модулярной системы счисления / О. В. Зефирова, В. И. Барсов,                                          В. А. Краснобаев // Радіоелектронні і комп’ютерні системи. Науково – технічний журнал. - Х.: НАКУ „ХАІ”, 2009. - Вип. 6(40). - С. 41 - 45.
        10.   Барсов В. И. Метод реализации арифметических операций на основе использования модулярной системы счисления / Е. В. Яськова, В. И. Барсов,                    В. А. Краснобаев, С. А. Кошман, Khere Ali Abdullah,  Радіоелектронні і комп’ютерні системи. Науково – технічний журнал. - Х.: НАКУ „ХАІ”, 2009. - Вип. 7(41). - С. 70 - 73.
        11.   Барсов В. И. Методы контроля и коррекции ошибок в высокоскоростных системах обработки информации АСУ ТП энергоблоков, функционирующих в полиномиальной  системе классов вычетов / В. И. Барсов // Енергетика та електрифікація. Науково-виробничий журнал. - К., 2009. - № 8. - С. 41 - 46.
        12.  Барсов В. I. Розробка програмних засобів для контролю та корекції помилок у модулярній системі числення / В. І. Барсов, Є. О. Сотник // Вісник ХНТУСГ імені Петра Василенка. - Х.: ХНТУСГ, 2009. - Вип. 87. - С. 84 – 89.
        13.   Барсов В. И. Методологические основы построения процессоров автоматизированных систем контроля и  управления электропотреблением функционирующих в модулярной системе счисления / В. И. Барсов // Энергосбережение, энергетика, энергоаудит. Общегосударственный научно-производственный и информационный журнал. - Х., 2009. - №  8 ( 66). - С. 10 – 14.
        14.  Барсов В. І. Методологічні засади створення інформаційної технології побудови відмовостійких систем обробки інформації і управління, що функціонують в модулярній системі числення / В. І. Барсов // Системи озброєння і військова техніка. Науковий журнал. - Х.: ХУПС, 2010. - №  3 ( 23). - С. 65 – 71.
        15.  А.с. №1578829 СССР, МКИ 5Н041 12 / 22. Устройство выбора канала с экстремальным средним напряжением / Брезгунов А. В., Барсов В. И.,                             Акинин Н. В., Цыба М. И.; Заявитель Харьковское ВВКУ РВ.- № 4607060: заявл. 17.11.88; опублик. 15.07.90. Бюл. №26.
        16.  Пат. 35147 Україна, МПК (2008) G06F 7/60. Пристрій для складання і віднімання чисел за модулем М системи залишкових класів / Барсов В. І.,                    Деренько М. С., Краснобаєв В. А., Хері Алі Абдуллах, Яськова К. В., заявник та патентовласник Барсов В. І., Деренько М. С., Краснобаєв В. А., Хері Алі Абдуллах, Яськова К. В. – № u 2007 07913; заявл. 13.07.2007; опубл. 10.09.08, Бюл.               № 17.
        17.  Пат. 39493 Україна, МПК (2009) G06F 7/60. Пристрій для піднесення чисел до квадрата за модулем m / Краснобаєв В. А., Сіора О. А., Кошман С. О.,              Яськова К. В., Барсов В. І.; заявник та патентовласник Краснобаєв В. А., Сіора О. А.,


Кошман С. О., Яськова К. В., Барсов В. І. – № u 2008 12512; заявл. 24.10.08; опубл. 25.02.09, Бюл. № 4.

  1.   Пат. 42463 Україна, МПК (2009) G06F 7/60. Пристрій для виявлення помилок в модулярній системі числення / Барсов В. І., Сіора О. А.;                                      Краснобаєв В. А., Хері Алі Абдуллах, заявник та патентовласник Барсов В. І.,            Сіора С. А., Краснобаєв В. А., Хері Алі Абдуллах. – № u 2008 15296; заявл. 30.12.2008; опубл. 10.07.09, Бюл. № 13.
    1.  Пат. 40905 Україна, МПК (2009) G06F 7/00. Пристрій для піднесення комплексних чисел в квадрат за комплексним модулем у модулярній системі числення / Кошман С. О., Барсов В. І., Сіора О. А., Краснобаєв В. А.; заявник та патентовласник Кошман С. О., Барсов В. І., Сіора О. А., Краснобаєв В. А. –                            № u 2008 14308; заявл. 12.12.08; опубл. 27.04.09, Бюл. № 8.
      1.   Пат. 42437 Україна, МПК (2009) G06F 7/60. Пристрій для підсумовування в модулярній системі числення за модулем три. / Кошман С. О.,                             Барсов В. І., Краснобаєв В. А., Сіора О. А.; заявник та патентовласник                        Кошман С. О., Барсов В. І., Краснобаєв В. А., Сіора О. А. – № u 2008 14704; заявл. 22.12.2008; опубл. 10.07.09, Бюл. № 13.
        1.  Пат. 41005 Україна, МПК (2009) G06F 11/08. Пристрій для визначення лишків за довільним модулем m модулярної системи числення / Кошман С. О.,          Барсов В. І., Сіора О. А., Краснобаєв В. А.; заявник та патентовласник                                Кошман С. О., Барсов В. І., Сіора О. А., Краснобаєв В. А. – № u 2008 15174,                заявл. 29.12.08; опубл. 27.04.09, Бюл. № 8.
        2.    Пат. 41267 Україна, МПК (2009) G06F 7/60. Пристрій для піднесення чисел до довільного степеня за модулем три модулярної системи числення /               Кошман С. О., Барсов В. І., Сіора О. А., Краснобаєв В. А.; заявник та патентовласник Кошман С. О., Барсов В. І., Сіора О. А., Краснобаєв В. А. – № u 2008 15194; заявл. 29.12.08; опубл. 12.05.09, Бюл. № 9.
        3.  Пат. 47563 Україна, МПК (2009) G06F 7/60., Пристрій для виявлення та виправлення помилок у модулярній системі числення. / Мартиненко С. О.,                 Кошман С. О., Барсов В. І., Краснобаєв В. А., Сорока Л. С.; заявник та патентовласник Мартиненко С. О., Кошман С. О., Барсов В. І., Краснобаєв В. А.,                            Сорока Л. С. – № u 2009 09006, заявл. 31.08.2009; опубл. 10.02.2010, Бюл. № 3.
        4.  Пат. 50024 Україна, МПК (2009) G06F 7/00., Пристрій для складання чисел за модулем m модулярної системи числення. / Барсов В. І.,                                        Мартиненко С. О., Краснобаєв В. А., Сорока Л. С.; заявник та патентовласник                  Барсов В. І., Мартиненко С. О., Краснобаєв В. А., Сорока Л. С. – № u 2009 11285, заявл. 06.11.2009; опубл. 25.05.2010, Бюл. № 10.
        5.  Пат. 50417 Україна, МПК (2009) G06F 7/74., Пристрій для додавання та віднімання чисел за модулем М модулярної системи числення з контролем помилок. / Барсов В. І., Мартиненко С. О., Краснобаєв В. А.; заявник та патентовласник Барсов В. І., Мартиненко С. О., Краснобаєв В. А. – № u 2009 12507, заявл. 03.12.2009; опубл. 10.06.2010, Бюл. № 11.


  1.  Пат. 51512 Україна, МПК (2009) G06F 7/74., Пристрій для піднесення чисел  до квадрата за модулем m модулярної системи числення. / Барсов В. І.,                   Мартиненко С. О., Краснобаєв В. А.; заявник та патентовласник Барсов В. І.,               Мартиненко С. О., Краснобаєв В. А. – № u 2009 12508, заявл. 3.12.2009; опубл. 26.07.2010, Бюл. № 14.
    1.  Краснобаєв В. А. Использование системы остаточных классов для построения векторных процессоров / В. А. Краснобаєв, В. И. Барсов, // Тезисы докл. 4 науч. – техн. конференции «Пути повышения эффективности средств связи радиотехнического обеспечения и АСУ ВВС». – Х.: ХВАУРЭ, 1990. - Ч.1, Вып.4. -           С. 67.
      1.  Барсов В. И. Сравнительный анализ эффективности быстрых алгоритмов обработки информации в АСУ / В. И. Барсов // Тезисы докл. науч. – техн. конференции «Обработка информации и обеспечение надежности систем управления». - Х.: НАНУ, ПАНИ, ХВУ. - 1996. - С. 16.
        1.  Барсов В.И. Моделирование нейросетевой системы в програмной среде МАТЛАБ / В. И. Барсов, Б. И. Кузнецов, Т. Е. Василец, А. А. Варфоломеев // Збірник тез доповідей тридцять дев’ятої науково – практичної конференції науково-педагогічних працівників, науковців, аспірантів та співробітників Академії, частина 1. - Х.: УІПА, 2006. - С. 70 - 71.
        2.    Барсов В. І. Створення відмовостійких керуючих обчислювальних комплексів автоматизованих систем контролю і керування електроспоживанням на основі  модулярної арифметики / В. І. Барсов // Міжнародна науково-практична конференція «Проблеми енергозабезпечення та енергозбереження в АПК України». - Х.: ХНТУСГ імені Петра Василенка, 2007. - С. 11.
        3.  Барсов В. И. Компьютеризованная система анализа расхода газа /           В. И. Барсов, Е. А. Игуменцев, Е. А. Прокопенко // Труды Восьмой международной НПК «Современные информационные и электронные технологии». - Одесса: МОНУ, ОНПУ, Минпром политики Украины, 2007. - С. 140.
        4.  Барсов В. И. Повышение отказоустойчивости и производительности компьютеризованной системы реального времени для выявления дисбаланса транспортировки газа на основе применения  непозиционных кодовых структур модулярной арифметики / В. И. Барсов, Е. А. Игуменцев, Е. А. Прокопенко // Труды Девятой международной НПК «Современные информационные и электронные технологии». - Одесса: МОНУ, ОНПУ, Минпром политики Украины, 2008. - С. 152.
        5.  Барсов В. И. Нейросетевой подход к управлению сложными нелинейными объектами / В. И. Барсов, А. А. Варфоломеев, Т. Е. Василец, Б. И. Кузнецов // Збірник тез доповідей сорок першої науково – практичної конференції науково-педагогічних працівників, науковців, аспірантів та співробітників Академії, частина 6. - Х.: УІПА, 2008. - С. 15.
        6.  Барсов В. И. Создание отказоустойчивых структур управляющих вычислительных комплексов в модулярной системе счисления / В. И. Барсов,                             С. М. Кучеренко // Труды Десятой международной НПК «Современные информационные и электронные технологии». - Одесса: МОНУ, ОНПУ, Минпром политики Украины, 2009. - Том 1. - С. 186.

АНОТАЦІЯ

Барсов В. І. Методи і моделі створення відмовостійких                                інформаційно-управляючих систем, що функціонують у модулярній системі   числення. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.13.06 – інформаційні технології. - Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, Харків, 2011.

Дисертація присвячена вирішенню важливої науково-прикладної проблеми     підвищення відмовостійкості інформаційно-управляючих систем (ІУС) реального часу без зниження продуктивності обробки інформації на основі розробки методологічних основ створення інформаційної технології обробки інформації у модулярній системі числення (МСЧ). У дисертації отримані: математичні  моделі відмовостійкості ІУС, які на відміну від відомих, засновані на використанні властивостей МСЧ та математична модель відмовостійкої ІУС реального часу, що функціонує у поліноміальній МСЧ. Розроблені: методи підвищення відмовостійкості ІУС у МСЧ, інформаційного стиснення цифрових табличних даних у МСЧ, контролю, діагностики та виправлення помилок у МСЧ.

Ключові слова відмовостійкість, інформаційна технологія, інформаційно-управляюча система, модулярна система числення, методологічні основи.

АННОТАЦИЯ

Барсов В. И. Методы и модели создания отказоустойчивых                       информационно-управляющих систем, функционирующих в модулярной      системе счисления . – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.13.06 – Информационные технологии. - Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина, Харьков, 2011.

Диссертация посвящена решению важной научно-прикладной проблемы повышения отказоустойчивости информационно-управляющих систем (ИУС) реального времени без снижения производительности обработки информации на основе разработки методологических основ создания информационной технологии обработки информации в модулярной системе счисления (МСС).

В диссертации были получены следующие основные результаты. Показано, что существующие традиционные методы повышения отказоустойчивости ИУС основанные на использовании позиционной системы счисления (ПСС), не всегда удовлетворяют требованиям высокой отказоустойчивости и производительности таких систем. Предварительные результаты, полученные в процессе исследований перспективных методов повышения отказоустойчивости без снижения производительности обработки информации, позволили сделать вывод, что использование непозиционных кодовых структур в МСС позволяет решить поставленную в диссертации проблему.

С целью оценки и сравнительного анализа отказоустойчивости ИУС, функционирующих в ПСС и МСС, разработаны математические модели отказоустойчивости ИУС в МСС. Результаты расчётов и сравнительного анализа показали, что ИУС, функционирующая в МСС, обеспечивает более высокое значение вероятности безотказной работы, чем троированная система с мажоритарным контролем в ПСС, для произвольной  разрядной сетки обработки информации. Данный эффект достигается при меньших аппаратных затратах чем в ПСС.

Разработан метод информационного сжатия цифровых табличных данных, который в отличие от известных основан на использовании кода информационного сжатия, что позволяет повысить отказоустойчивость ИУС и уменьшить аппаратные затраты при реализации устройств обработки информации.

На основе предложенной математической модели ИУС с использованием  принципа активной отказоустойчивости в МСС был разработан метод повышения отказоустойчивости ИУС.

В диссертации сформулирована и решена задача оптимального резервирования ИУС в МСC. На основании результатов решения данной задачи синтезированы отказоустойчивые структуры ИУС для произвольной  разрядной сетки обработки информации.

Разработаны методы контроля, диагностики и исправления ошибок в МСC, которые основаны на использовании принципа нулевизации чисел, представленных непозиционным кодом. Предложенные методы позволяют повысить оперативность контроля и сократить время исправления ошибок информации, что особенно важно для ИУС реального времени.

Разработаны методы реализации непозиционных операций в модулярной системе счисления, основанные на применении принципа сравнения унитарного однорядового кода. Это позволяет сократить время выполнения данных операций, что повышает общую производительность обработки информации в ИУС, функционирующей в МСС. Получили дальнейшее развитие математические основы реализации позиционных и непозиционных операций в полиномиальной МСС расширенных полей Галуа. Использование предложенных математических основ позволило разработать методы и алгоритмы обработки информации над полиномами произвольной размерности от одной переменной, что расширяет функциональные возможности ИУС по обработке информации.

Разработана обобщённая математическая модель отказоустойчивости ИУС реального времени, в полиномиальной МСС. Данная модель основана на представлении и обработке информации в виде полиномов произвольной степени от одной переменной, с учётом ограничений на точность, скорость и достоверность обработки данных. На основе данной модели предложена методика синтеза и разработана структурная схема отказоустойчивой и производительной ИУС реального времени, функционирующей в полиномиальной МСС. Предложена структура информационной технологии реализуемой ИУС, функционирующей в полиномиальной МСС.


Разработаны  методологические основы создания информационной технол
огии обработки информации в МСС, суть которых составляют: понятийный аппарат теории модулярной арифметики; совокупность математических моделей надёжности ИУС, функционирующей в МСС; результаты решения прямой и обратной задачи оптимального резервирования в МСС; сформулированные концепции и принципы технической реализации позиционных и непозиционных операций в МСС; метод информационного сжатия табличных данных на основе использования специального кода информационного сжатия данных, что позволяет сократить количества оборудования ИУС и повысить надёжность системы; совокупность методов реализации позиционных и непозиционных операций в МСС; совокупность методов контроля, диагностики  и исправления ошибок информации в МСС; математический аппарат непозиционного кодирования и обработки информации (сформулированные и доказанные научные утверждения, леммы, теоремы, а также разработанные модели и методы).

Предложен класс патентоспособных устройств для реализации разработанных в диссертации методов и алгоритмов обработки информации в МСС.

Ключевые слова отказоустойчивость, информационная технология, информационно-управляющая система, модулярная система счисления, методологические основы.

SUMMARY

Barsov V. I. Methods and models of creating the faulttolerant                              information-management system that function in the modular number system. -         Manuscript.

The thesis on competition of a scintific degree of doctor of technical sciences on speciality 05.13.06 - information technologies. - V. N. Karazin Kharkiv National University. – Kharkiv. - 2011.

The thesis is devoted the decision of the important scientific and practical problem of increasing a faulttolerance of the information-management system (IMS) of the real time without decreasing the productivity of data processing on the grounds of developing the methodological principles of creating the information technology of data processing in modular number system (МNS). It has been got in thesis: mathematical models of faulttolerance of IMS that unlike the known based on using the MNS characteristics and mathematical model of faulttolerance of IMS of the real time which function in polynomial МNS. The methods of increasing a faulttolerance of IMS in MNS, of information compression of digital table data in МNS, of control, diagnostics and correction of errors in МNS.

Keywords faulttolerance, information technology, information-management system, modular number system, methodological principles.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

24865. Стоимость лицензии: обоснование, расчёт 30.5 KB
  Оценка лицензии необходима при: 1.куплепродаже лицензии; 2.внесении лицензии в уставный капитал; 3.
24866. Стоимость СК в виде НРП 26 KB
  Нераспределенная прибыль принадлежит владельцам обыкновенных акций и может быть направлена на реинвестирование или не выплату дивидендов.
24867. Стоимость СК в виде обыкновенных акций 27 KB
  Модель оценки стоимости обыкновенных акций будет выглядеть следующим образом. Кs = Кrf Км – Кrf β Кs – цена обыкновенных акций как источник финансирования. β – коэффициент характеризующий меру изменчивости акций предприятия относительно среднего курса акций на рынке.
24868. Расследование и учет несчастных случав на производстве 166 KB
  Социальное страхование от несчастных случаев и профессиональных заболеваний. Основные положения Закона Украины Об общеобязательном государственном социальном страховании от несчастного случая на производстве и профессионального заболевания, повлекшие утрату трудоспособности. Основные требования Порядка расследования и учета несчастных случаев, профессиональных заболеваний и аварий, на производстве.
24869. Сущность и назначение РДС 27.5 KB
  Рыночная добавленная стоимость МVA рассчитывается как превышение рыночной стоимости предприятия над величиной инвестированного капитала. Суть МVA заключается в том что если рыночная стоимость предприятия превышает сумму инвестированного капитала то предприятие создает добавленную стоимость для акционеров. Показатель МVA может рассчитываться как текущая стоимость будущих показателей EVA предприятия. Рыночную стоимость предприятия можно рассчитывать с помощью показателя EVA в рамках доходного подхода.
24870. Сущность и назначение Экономически добавленная стоимость 33.5 KB
  EVA = NOPAT – WACC IC NOPAT – чистая прибыль после уплаты налогов и до уплаты процентов за кредит. NOPAT=EBIT1T EBITоперац прибыль до выплаты и налогов IC=TANP TАактивы NP безпроцентные тек обязва WACC=KsWsKdWd1T WACC ICсколько должны заплатить за капитал Сущность концепции EVA заключается в том что ставка доходности на вложенный капитал должна покрывать все риски акционеров прдприятия связанные с инвестированием в эту компанию. Предприятие создает добавленную стоимость только в том случае если EVA принимает...
24871. Сущность понятий «цена капитала» и «отдача на капитал» 28.5 KB
  Факторы влияющие на цену капитала: 1 Общее состояние финансовой среды в том числе финансовых рынков. Общая стоимость капитала предприятия складывается из стоимостей его отдельных компонент. На практике основная сложность заключается в определении стоимости отдельных компонент капитала полученных из соответствующих источников.
24872. Теоретические и практические подходы к формированию дивидендной политики 31.5 KB
  Сигнальная теория;6.1 Теория нерелевантности дивидендов. 2 Теория предпочтения дивидендов. 3 Теория налоговых асимметрий.
24873. Целевая структура капитала 32.5 KB
  Под целевой структурой капитала понимается такое соотношение собственного и заемного капитала которое фиксирует менеджер при принятии инвестиционных и финансовых решений. Собственный капитал состоит из уставного добавочного и резервного капитала нераспределенной прибыли и целевых специальных фондов. Добавочный капитал может быть использован на увеличение уставного капитала погашение балансового убытка за отчетный год а также распределен между учредителями предприятия и на другие цели.