автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Микропроцессорные специализированные устройства обработки нечеткой информации

З'&ОШ

Министерство образования РБ

МИНСКИЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИ! ИНСТИТУТ

на правах рукописи

Филонов Виктор Яковлевич

МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СШИАЛИЗИРОВАНШЕ УСТРОЙСТВА ОРГАБОТКИ НЕЧЕТКОЙ ИНФОРМАЦИИ

05.13.05 -Эдомопты и устройства вычислительной техники и систем управления

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Т.

Й'инск-1992

1-абота выполнена на яафэлре элэктронных вычислительных машин Минского радиотехнического института

Научный руководцггель

-кандидат технических наук, доцэнт ДОБУДЕВИЧ А. А.

Официальные оппоненты

-доктор технических наук, профессор ШАГУРШ И.И.

-кандидат технических наук, с.р.с. КОЗШШСКИЙ В.Д.

Ьод>1дое предприятие

-Минское производственное овгедшюниа вычислительной техники.

Защита диссертации состоится 10 сентября 1992 года в 14 часов на заседании специализированного совета-К 058.05.01 в Минском радиотехническом институте ю адресу: 220069. г.Минск, ул.П.Бров-ки.е

С диссертацией можно ознакомиться в биЗлиотека Минского радиотехнического института.

Автореферат разослан ? августа 1092 года.

Ученый секретарь специализированного Совета К 056.05,01. кандидат технических наук, доцэнт

Пашкевич А.А.

ИБЛИО'ГЕКА

^ J ОБЩАЯ ХАРАКТШЮ'ШКА РШЛИ

Д1п;упльшкпъJBMH. В иастиянро время все чздо прихонитея решать 1ф»х5л"мы, содержат«' неопределенность, сбуаягчугииу»! к»к самой природой прикладных задач, гак и неиомопгтпетьп получи и> ипчорнырчкнцул информацию п приомлимы? сроки или с ннпупимчми ятгрсп'яни.

Ii) ост i во аппарата теории ночотких мгажоств vorho сп'огр^ лечению модели, учитындаидо интуицию и опыт пкмпилистов.Ногобш.г модели яшшются бо.шо простыми и мояео точными, од:пко обеспечивают строгоо олисаниз еоизкта и позволяют п'иучзть прибли;со!шы°> решения по качеству, не уитупаищгс ртчнвилм, причда-'юмим квалифицированными сткн<мисггя«и о пиллтптч» ситуации.

Представляется перешктишшм исследование и разрешит организации и принципов функционирования устройств (-(¡рлботки нечеткой информации. Указанные устройства выполненные в шдоз отдельных модулей, мотут дополнять структуры универсальных ПЭВМ. Включение специдлтоировэниых устройств обработки нечеткой информации в состав средста информяциошю-тюм^рительких систем "FicKTop-KAMAK",позволяет расширить класс зодяч, рыиа&мых этими

СИСТСМЯМИ.

Целесообразно создание устройств обработки нечеткой информации на ейзе современных микропроцессорных . средств. Опыт рдар-чб'пки показывает, что мультимшсропрошссорныс структура труцно сопрягаются с системами, реализующими протокол "Ввктпр-КАМЛК".

В этих условиях одним из подходов 1с сиятрзу устройств <xípa5*jtktt нечеткой информации нт микропроцессорных БИС в состоно wioi "Вектор-КЛМЛК" является использование пришила мнкрпиртрамигй эмуляции. При этом реализация шчеткнх алгоритмов с одной сгоронч. и алгоритмов взаимного функционирования устройств спрзботги нечеткой информации с узлами и блоками ситемы "Воктор-КДШС с друт оч стороны.обеодачиваотсп внутренними интерпротирутаадт

МИКрО! тро ГрЧММЭМИ.

Лктуашюсть тем пики диссерпциоичой работы ивдттгрмгу»«?« тем. '¡то oíш выполнялась в рчмкях цолзвой когимгмсной iipoiphw Комитета тродлого образования СССР "Микроироцосссрн и иикрЛЯЧГ

( прикажи Минвуза СССР № '/6У от 24.0'/'.В] и # 4БЬ от 18.ив.8в).

1кш. рыЗоил. Разработка и исследование организация и функционирования структур устройств обработки нечеткой информации а составе шфорамцшнно-измертельных систем "Йектор-КАМАК" на база кикропроцеосорных средств.

Для достижений заданной цели неоходимо решить следующий задачи:

- проанализировать и критически ощэнить применяемые и настоящее ьрюмп метода и средства обработки нечеткой информации, в том число, для раализанда на базе микропроцессорных средств;

- разработать структуры устройств обработки нечеткой информации на основе микропроцессорных БИС;

- разработать метода и средства сопряжения устройств обработки ночи иши информации с узлами и блоками аппаратуры системы "13ектар-КАМАК";

-разработать структуры и принципы микропро1-раммноа змуляции устройств рассматриваемого класса;

- разработать устройства обработки нечеткой информации для заданных классов задач;

- внедрить результаты диссертационной работы в практику инженерного проектирования, провести исследования функционирования разработанных средств, получить оценку их эффективности, определить область применении.

Методы. _ исследования. При решении поставленных задач использовались методы теории автоматов, теории нечетких миоиеств, теории графов, теории алгоритмов.

Науаная_шшшна».0сновшэ научные результаты, выдвигаемые на асциту,заключаются в следующем:

~ (1[одно;йон метод формализации микропрограммной эмуляции микропроцессорных структур;

- предложены структуры устройств обработки нечеткой информации на базе мшс|юпроцессорны)у;редств;

- предложен алгоритм взаимного функционирования устройств обработки нечеткой информации и аппаратуры стандарта "Ызк-юр-КАМАК";

щюдяожона организация и функционирование специализированных устройств обработки нечеткой информации для заданных классов

задач;

- предложены методы эмуляции устройств обработки нечеткой информации.

Практическая ценность. В работе подучены следующие практические результаты:

- созданы специализированные устройства обработки нечеткой информации на базе микропроцессорных средств, ре ализуююих протокол"Вектор-1ША1Г,1позволяю1ЦИо расширить класс задач, решаемых информационно-измерительными системами, повысить производительность этих систем;

разработано внутреннее микропрограммное обеспечение, интерпретирующее заданный класс алгоритмов обработки информации;

- созданы микропоцессорные ■ специализированные устройства обработки нечеткой измерительной информации в класс? задач рН-метрии;

- разработанные специализированные устройства внедрены в инженерную практику.

Реализация научно-технических результатов работы. Полученные в диссертационной работе результаты в составе комплекса технических и программных средств микроэвм, для управления физическим экспериментом в аппаратуре стандарта "Вектор" внедрены в Радиевом инептгуте им.Хлопива г.Санкт-Петербурга. Применение результатов работы позволило расширить класс задач, решаемых информационно-измерительными . системами, повысить их быстродействие, увеличить сложность проводимого эксперимента. Экономический эффект внедрения результатов работы составил 435 тыс. рублей.

Результаты диссертационной работы внедрены и используются на Гомельском завода измерительных приборов при проектировании и изготовлении цифровых рН-метров.Применение результатов работа позволило повысить быстродействие и точность функционирования рН-матра, снизило объем необходимой предварительной подготовительной работы, позволило упростить работу с прибором. Экономический эффект внедрения составил 418 тыс. рублей.

Результаты диссертационной реботы используются в учебном процессе Минского радиотехническою института.

АпросЗадач работы.. Результаты, полученные в ходе проведения

б

диссертационных исследований, докладывались и обсуждались на: республиканской научно-технической конференции "Разработка и внедрение комплексных систем управления качеством на предриятиях радиоэлектроники и связи и увеличением на этой основа выпуска продукции высшей категории качества" < Минск, 1978 ), республиканское научно-технической конференции "Проблемы применения современных радиофизических методов для повышения эффективности производства и автоматизации научных исследований" ( Минск, 1981 ), республиканской научно-технической конференции "Вопросы применения микропроцессоров в народном хозяйстве" ( Минск, 1884 >,Всесоюзной научно-технической конференции "Вопросы схемотехники, конструирования, эксплуатации и контроля параметров телевизионных приемников" < Москва, 1980 )

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 3 статьи, I отчет по НИР, 3 тезисов докладов на научно-технических конференциях.

Личный вклад^_автора, Все основные результаты, составляющие содержание работы, получены автором самостоятельно.

Структура .и.рбЬещ ццссерташто.Материал диссертации изложен на 137 страницах машинописного текста, содержит 26 рисунков и состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы и двух приложений. Список литературы вкапает 116 наименований.

СОДЕНКАНИЕ РАБОТЫ

Во ввепвциц обоснована актуальность темы, сформулирована даль и определены задачи работы, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой гладе по литературным источникам проведено исследование и систематизированное излошние известных методов обработки нечеткой информации.

Лингвистическая переменная описывается набором (Х,Т<х),13,С,М>, где X - название переменное, Г(х> - терм-множество X, и -универсальное множество, Ц - синтаксическое правило, порождающее термы 1(х), М - семантическое правило, связывающее совместимость первичных термов в составном лингвистическом значении с совместимостью составного значения.

Основным звеном, соединяющим положения теории нечетких множеств и ее приложения, является принцип обобщения Заде, Если f отображение U->V, А-нечеткое поданоаество: Л - + ... t /-'nUn, тогда f(A)= (U,) + ... + f»nf <iy.

Особый класс алгоритмических предписаний, для которого характерно использование качественных и нечетких понятий, называется классом нечетких алгоритмов. Нечеткие алгоритм состоят из операторов нечеткого логического управления и операторов функционального преобразования. Характерной особенностью нечетких данных яаляется их мнсгэлементность. В результате реализации нечеткого логическог оператора образуются две группы данных, над которыми выполняются функциональные операторы. Нечеткие алгоритмы представляются двумя типами: алгоритмами классификации и алгоритмами композиции. Суть работы алгоритма классификации заключается в определении меры сходства текущей нечеткой ситуации, отображающей реальную ситуацию Х^ со множеством эталонных Хз;р соответствующим заранее определенным четким решениям. Мера сходства

n(Xt.X3l) = min С шах </J<Xt),M<X3l)), шах (^<Xt),^(X3l))).

Далее по выражению t = arg иах определяется номер

наиболее близкой эталонной ситуации, для которя известие решение.

Непосредственное выполнение нечетких алгоритмов на УЕМ невозможно. Решение проблемы выполнимости нечетких алгоритмов включает: выполнение арифметических и логических нечетких операторов, процедуру лингвистической аппроксимации,процедуру вычисления итога выполнения нечеткого алгоритма -, На каждом шаге выполнения нечеткого алгоритма осуществляется выбор того из элементов нечеткого множества, котрый имеет наибольшую степень принадлежности. При невозможности продолжения выполнения алгоритма осуществляет ся возврат к предалупиау шагу выбора и выбирается элемент с мопывзя степенью принадлежности. Нечеткий алгоритм считается геиыполшжш, если очередной возврат производится на первыа тэт и список элементов исчерпан. В соответствии с принципом обобщения бинарные арифметические операции определяются следующим образом: А*В - Uo ( }/ <a*b). Задачей лингвистической аппроксимации

называется задача поиска наименования нечеткой переменной в

расширенном терм-множество лингвистической переменной. Итог выполнения нечеткого алгоритма определяется как нечеткое множество i

результатов V = 13 / V^, где V^ - i-тый элемент irrora, pj - степень истинности результата V^. Поиск результата с наибольшей степенью истинности нечеткого алгоритма следует выполнять так, чтобы при выполнении каадого условного нечеткого оператора управление получала бы ветвь с большей степенью истинности. Известны алгоритмы лингвистической аппроксимации Бенстояа, Бониссона, Алаксева. Вычислительные алгоритмы арифметических опеарций предложены Дюббуа-лрадом, Поповым, Алтуниным-Крелом, Алексеевым. Процедуры ранжирования нечетких чисел рассматривались Болдуином-Гнедой, Ягером, Дюбуа-Прадом, Поповым,

Алексеевым.Получили достаточное распространение универсальные системы программного обеспечения выполнения нечетких алгоритмов: ФАЗУ, ФАГОЛ, ЛОЛ и другие.

Во второй главе рассматриваются структуры устройств обработки нечеткой информации, приводятся принципы построения лингвистических устройств, обсуждаются вопросы выделения из указанных структур устройств функциональных модулей, реализующих определенные классы нечетких алгоритмов; предлагаются структуры функциональных модулей и устройств на базе микропроцессорных средств. В процессе обработки нечеткой информации можно выделить три основных этапа: I) формирование исходных нечетких множеств; 2) собственно обработка нечеткой информации; 3) принятие решения. Анализ класса нечетких алгоритмов показывает, что все операции теории нечетких множеств имеют массовый характер и могут быть отнесены к операциям матричной алгебры; нечеткая переменная определяется как вектор параметров и значений степени их принадлежности, следовательно, вычисления должны выполняться как над данными, так и над значениями их функций принадлежности, то есть обработка нечеткой информации может быть представлена как совокупность трех процессов - выполнений операций над данными, выполнений операций над значениями функций принадлежности, ouj «деление последовательности операций в терминах нечетких множеств. Значительную часть операций при обработке нечеткой информации поставляют действия сравнения» выбора шах или mifl

значений над функциями принадлежности.

Реализация нечетких алгоритмов обеспечивается выполнением следующих функция: определение степени равенства нечетких множеств, преобразование назначающих, условных или безусловных операторов.Степень равенства МА.В) нечетких множеств определяется как м(л,в) = & ( да(х)<->рв(х)). Очевидно, что реализация нечетких алгоритмов может быть осуирствлена наиболее эффективно в тех системах, структуры которых отражают характер обработки семантических дэнпых. Такими структурами в общем случае являются структуры, содержанию функциональные компоненты реализации прямого и обратного лингвистического преобразования, прямой и обратной лингвистической аппроксимации, обработки и храпения семантической информации. Обработка нечеткой информации осуществляется модулями классификации, композиции и процессоров. В модуле классификации осуществляется сравнение текущих и эталонных нечетких операторов, путем вычисления степени расплывчатого включения Pj(Xj,X3) = min пах <1-»^<у),йэ(у>), либо степени расплывчатого

равенства

м2(Хг.Хэ) = min min (шах <1-^т<у)дэ(у)),гаах (1-мэ<у)ит<У>)).

Известны структуры модулей, которые включают блок операций, one-тивную память, устройство управления, блоки ввода и вывода. Нечеткие эталонные операторы и соответствующие им выходные воздействия храниться в памяти, текущие нечеткие операторы поступают в блок операций, куда последовательно считываются из памяти эталонные операторы. В зависимости от результата выполняемой операции из оперативной памяти считывэется управляющее воздействие. В модул® композиции формируется результирующий нечеткий оператор,: соответствующий виду связи, нечетких операторов между собой: декартово произведение, композиция, возведение в нечеткую степень. В структуре модуля присутствуют блоки операций, устройство управления, блоки ввода-вывода. В зависимости от второго нечеткого огарзтора устройство управления настраивает блок операций на выполнение определенной последовательности операторов. Лингвистические процессоры как правило имеют два варианта организации своих структур. В первом варианте основу процессора составляют блоки классификации и композиции, объединенные единым интерфейсом и обвдм блоком украшения.

но ъафШ вариант:« реализация нечетких алгоритмов шэдеитляетсн программным способом на универсальной вычислительной структуре.

Предлагаются структуры .устройств обработки нечеткой информации двух пиши. Первый класс устройств строится по двухуровневой схема роалиэации. }!ерхний уровень (йразоаан специализированной системой команд, соответствующей классу нечетких алгоритмов, и включает комсшци инверсии, дополнения, поиска шах и шхп и т.д. Реализуемые нечоткпэ алгоритмы П!хздотавляклся в терминах системы команд в виде фрагментов программ, и помещаются для хранения в специальном ПЗУ программ, откуда они вызываются на выполнение. Вызывающий механизм обеспечивает установление соответствия между заданным алгоритмом шрабо'пси и обслуживающей его программой. Второй, нижний уровень образован комплексом интерпротирующнх микропрограмм,разменянных в специальном ПЗУ микропрограмм. Наедая команда интерпретируется определенной микропрограммой. С цэлью увеличения производительности, быстродействие ПЗУ микрокоманд должно быть в несколько раз выше быстродействия ПЗУ команд, обьем ПЗУ микрокоманд в атом случае как правило не может быть большим. Поэтому микропрограммы построены таким образом, что одни и те 'же Фрагменты используются многократно в различных командах. В устройство включается специальный блок динамической модификации микропрограмм, позволяющий использовать различающиеся фрагменты мшсропрограмм. Блок состоит из набора селекторов адресов модифицируемых микрокоманд, п-двухвходовых сумматоров по модулю дна, п-деухвхадовых элементов ИЛИ-НЕ. Микрокоманда, считываемые то адрзсам, зафиксированным I! адресных селекторах, инвертируются в сумматорах по модулю два в разрядах, требующих коррекции.

Второй класс предлагаемых устройств строится на основе мощного однокристального 16-разрядного микропроцессора, например, 18086, Т8028Й, Микропроцессор выполняет функции управления, координации вычислительного процесса, обеспечивает обдан нечеткой информацией с; другими устройствами и системами. Непосредственно же обработка печаткой информации сосредоточена в отдельных сопроцессорах, амциашаированвых для выполнения кошсретиих фрагментов нечетких ангоритыов. Центральный процессор и логические сопроцессоры вгс.вячакш:п в локальную сопроцоссорную конфигурацию, разделяя общую

системную пину и интерфейс. {<»аимодойствт в сипроц&ссорпи« конфигурации требует решения проблем)! зрвитража доступа к разделяемым системным ресурсам. Это достигается яклпчепипм р стр.угстуру сопроцессоров, выполненных на Ш!М и ПЗУ, контроллера, реализующего гфиоригетныя арбитраж доступа. В устройствах на микропроцессорах геойяб» 180380 опоюгализиров-эдпыо устройства обработки до.лниш находиться в пространстве адресов ввода- нувпдч ,и их инициализация производится цошрзлным процессором. Пр« :ж>м система команд универсальных и распространенных мдарощхягсеорср расширяется спшдаализировагашми командами обработки нечетко« информации•

В третьей главе рассматривается устройства, пр^одиязизчвнные лют обработки нечеткой информации а состаге

информационно-измерительных систем "Иогстир-КЛММ'". . Известны подхода,• где кроят КАМЛК-систем шдеедешкггся кчк конечный автомат. Выполнение -операций под управлением программы приводит к переход/ автомата "процессор - память -вношшч? устройство" в новое состояние. Модель системы "Гткюр-КЛМАК" представляется как программны» эмулятор КШК-едераинй. Освою1!« элементом сопряжения узлов и блоков аппаратуры "Вектор-КАНАК" с устройствами обработки печзткоя информации пишется крвйт-контроллор.К такому контроллеру должны предъявлял.™ требования ускоренной реакции на запросы. Основная идея ускорения реакции состоит в депо нрализ; ищи функции управления путем введения в структуру контроллера собственного запогашамщего устройства с хранящимися программами обработки запросов магистрали. Инутрешт запрюс Формирует стартовый адрес запомияэюярю устройства,вызывая выработку первого циклаЧСАМЛК для выбранного модуля. Прим» тютю микропроцессорных средств в системе "1>екгор--КЛМЛК" вызывает проблемы связанные'с синхронностью цикла магистра ли,огрттичешшя разрядностью шин адреса,управления.В значительной части современных мтсрогфоцессорных структур роали?уется протокол МУЛЬТИБАС.Оовмоцопио указанных протоколов позволяет организовать взаикодэйстпта мпог лрошссорных устройств обработки нечеткий информации с аппаратурой стандарта "Гектор--КАМАК". Структура сопряжения реализуется с лсмояьп нескольких шип.Новым качеством данной структуры язляотся рэботз нескольких задатчнков на

магистрали. Арбитражем захвата и удержания управляет арбитр системной шины в соответствии с предписаниями сигналов BPRH и BPRQ. Признак обращения к модулям KANAK генерируется декодером режима,что является сигналом перехвата магистрали.Обмен данными возможен в режимах 1-4 байта.Для передачи данных в двух направлениях используются линии магистрали крайта RI-RIß.Адресная информация . передается по линиям В1-«20.Дяя использования возможностей современных микропроцессорных БИС адресное пространство необходимо расширить путем . использования дополнительных регистров Рг1-Рг4.Эти регистры имеют собственные адреса и находятся в пространстве адресов ввода-вывода микропроцессора.Смена информации в этих регистрах позволяет отображать проекции основного адресного пространства на различные области расширенного адресного пространства.Помимо программ перезагрузки адресных регистров механизм расширения адресного пространства поддерживается применением устройств , устраняющих многозначность расширенных адресов,что достигается применением адресных компараторов и блока двухвходовья схем И.Контроллер интерфейса "Вектор-КАМАК" содержит формирователь цикла (САМАК , генератор серии BCIK .формирователь субадресов.Другая часть контроллера основана на запоминающей среде.При работе с модулями "Вектор-КАМАК" эта память используется как буферная.Устройство управления контроллера производит контроль сигналов "X","Q" в циклах КАМАК.Микропроцессор инициализирует КАМАК-операцию путем генерации команды с заданны^ форматом.

Использование систем с совмещенным протоколом позволяет создавать необходимые конфигурации систем проектирования структур обработки нечеткой информации.При атом максимально используются достоинства двух протоколов.Новое качество даёт включение в систему проектирования реальных конфигураций устройств обработки нечеткой информации, реальных источников и потребителей нечеткой информации. Специализирует систему проектирования наличие эмулятора.Специальное ОЗУ эмулирует ПЗУ разрабатываемой системы.Возможности эмулятора но комплексной отладка .объединенных програмно-аппаратных срэдств зависите от реализованных в нем средств трассировки и установки точек прерывания.Подсистема трассировки обеспечивает возможность отслеживания состояния

микропроцессора.Инициализация и прекращение сбора трассировочной информации,а также выборка этой информации только в течение определённых машинных циклов мошот управляться любыми событиями. При накоплении трассировочной информации обеспечивается сохранение адреса команда как до, так и после выполнения команды перехода,Содержимое трассировочного буфера кошт непрерывно сравниваться с реальными сигналами системы КАМАК. Поддержка процесса постепенного перераспределения ресурсов из имитируемых в реально функционирующие осуществляется соответствующим проррамным обеспечением. Разработанной • устройство обработки ' нечеткой информации по мера завершения процесса отладки может включаться в действующую структуру в составе системы -"Вектор-КАМЛК".

В четвертой главе рассматриваются вопросы эмуляции микропроцессорных структур.

Использование матодоа эмуляции позволяет: осуществить замену устаревшего оборудования на более современное, с сохранением наработанного математического обеспечения и интерфейса; создавать специализированные структуры с системами команд, являющимися подмножествами системы команд одной из развитых мини или микроэвм. Процесс эмуляции можно представить в вида Р^ Г(1х,1?,Мху) для всех V 1Х и V 1у « 1х. Если любой процесс, реализуемый на процессоре У, мошот быть интерпретирован на процессоре X с помощью некоторого программно-аппаратного преобразования процессора X, тр процессор X эмулирует процессор У. Эмулятор

НМху1 £(1^+1^^)), Наличие аппаратных ресурсов отличает эмулятор от прсд-рамных имиггаторов. Эмулятор включает дополнительную аппаратуру, микропрограммы и програмное обеспечение. Поскольку удельные аппаратные затраты в микропроцессорных системах как правило, невелики и в рамках комплекта микропроцессорных БИО фиксированы, целесообразно перераспределить удельный вес дополнительных ресурсов в область микропрограмм. Микропроцессорный эмулятор должен отображать ресурсы и обрабатывать информации эмулируемой системы. Вопрос об установлении соответствия между кодами команд и микропрограммами, интерпретирующими эти команда, является основным. Решение этого вопроса требует наличия в эмуляторе эффективного механизма селекции и перекомпановки функциональных полай машинных форматов. Из совокупности классов микропроцессорных БИС парметры

•микропроцессорных секций в наибольшей степени отвечают г!от1*?()ног!,гнм эмулирующих етстем: отсутствие ограничений в выборе? архитектуры системы и организации управления на всех уровнях, наличие мощного кикросно рационного базиса и развитых средств модификации послодовэтолыюстей микрокоманд, высокое быстродействии. Высокие значения производительности можно получить при |г>ализзции эмуляторов нэ микропроцессорных секциях типа М1(Н!Ш<К)вШ). Пртомлимыо параметры эмуляторов дял широкого класса систем реализуются на процессорных системах типа 13000(К589). Архитектурные особенности указанных микропроцессоров связанные с необходимостью обязательной зашгеи результатов арифметических операций в аккумуляторе, организацией пересылок внутри массива регистров через аккумулятор, ограниченностью системы адресации микрппрот рамного контроллера уменьшают производительность ямулирумдай системы. В совокупности параметров эмудирующе1т> микропроцессора наиболоо важны параметры, характеризующие возможности комплекта но организации внешнего интерфейса и системы нроршячия. Процесс эмуляции пиодз/выводз (особенно с сохранением точных временных соотношений) и системы прерываний формализуется трудно и осложнен многими факторами. Предложено устройство эмулятора однотипных микропроцессорных структур обработки нечеткой измерительной информации. Эмулятор предназначай для замены прототипной системы 'в более производительных модификациях измерительного комплекса. Эмулятор содержит ПЗУ, регистр микрокоманд, процессор обработки прерывания, микропрогрзмныя контроллер. ПЗУ управляющих сигналов, 1Ш масок, мультиплексор, блок процессорных секций, ОЯУ, регистр ОЗУ, шинный формировзтель. Применение ГШ масок позволяет повысить мощность системы микроинсгрукида.Многошинная организация совместно с горизонтальным форматом микропрограммы обеспечивают получение заданной производительности при однофазной система синхронизации. Количественно производительность эмулятора можно оцепить путем введения коэффициентов замедлении и ускорения для команд различных типов. Достоверность работы эмулятора состоит в получении заданных результатов и сохранении временных зависимостей, существующих в ирототишоя системе. Выполнопш второго условия требует введения в микрокода временных характеристик эмулирующей системы. Наиболее простым случаем является эмуляция законченного фрагмента алгоритма

та

функционирования прототипа. Сохранение времслииги положения результата деятельности такого процесса возможно аутам вычисления взвешенных коэффициентов ускорения и замедаения. Если эмулирующая программа в силу наличия преобладающего количества команд с положительными значаяиш.и коэффициентов ускорения шлшшются с; опережением, в .удобной точке процесса вводится необходимое число тактов ожидания путем воздействия на системные пеноратор. Итоговое замедление реализации фрагмента п[«дтлага«т выполнение» одного из следующих действий :• повышение тактовой частоты управляемого системного генератора на один шаг; введет» в структуру эмулятора дополнительных аппаратных ресурсов, уменьшающих замолкшие; реализацию запоминающей среда с мглзрпритируодими микропрограммами в видо областей памяти с различным быстродействием (наличие в пола памяти участка с повышенным быстродействием>; использование в структуре эмулятора компонентов структуры прототипа, эмулирующихся о наихудшими показателями. Промежуточным случаем является потребность выполнения временных нормативов в нескольких контрольных точках. Здесь необходима фрагментация эмулируемого процесса и выполнение указанных выше условий дня каждого фрагмента в отдельности. Требование выполнения исходных . временных соотношений на каждом шаге эмулируемого процесса предполагает создание эмуляторов со значительной агагаратно-микрипрограмяоа избыточностью.

В_ШШй_иавй разрабатываются структуры' специализированных устройств обработки нечеткой информации для заданных классов задач, Предложена структура устройства, предназначенного для работы с аппаратурой стандарта "Вектор" в качестве ггрограмного блока для управления магистралью канала стойки, получения, обработки и выдачи информации, упрзвлония ходом проводимых ядерно-физических экспериментов. Устройство обеспечивает выдачу и прием данных через канал стойки, генерацию команд и реализацию управления через канал управления, возможность трансформации из задатчшеа в абонента магистрали, прием откликов канала управления. Устройство имеет процессорную организацию. Установление связи с другими прогрзмкыми блоками системы "Вектор" осуществляет узел диалога .устройства. Обмен данными между аппаратурой "Вектор" и предлагаемым устройством осуществляется в двух режимах. В первом режиме устройство реализует функцию управления. В этом случае

содержимое поля функции дешифрируется в узле диалога и формируются сигналы Ф^ или Фдп соответственно. Второй режим обмена осуществляется в случае реализация функции абонента магистрали. Такой случай возникает когда в управлении стойкой принимают участие несколько програмлых блоков и "между ними и устройством производится обмен. Обмен информацией происходит в режима прорывания по сигналу ПР КК. В этом режиме узел диалога догаифрирует содержимое шин шля функции КК, получая сигнал Ф16 и ФО, которые стробируются номером блока. Таким образом, в указанных режимах действуют следующие условия прйема и "выдачи информации: выдача данных на шины чтения КК происходит по сигналу Ф.О*Т V ФЗПУВ:. приём информации с 'анш записи канала каркаса КК осуществляется по сигналу Ф16*Т*Т1 У ФЧТ*УН. системз команд устройства помимо команд преобразования и пересылки данных, команд типовой универсальной структуры, содермат специальные команды обработки нечеткой информации и управления узлами и блоками аппаратуры "Вектор". Последний тип команд осуществляет инициирование и контроль исполнения всех командных слов "Вектора" (КСВ).В зависимости от характера взаимодействия используются следующие типы КСВ: управления, записи, чтения, взаимодействие с системой по модификатору. Все перечисленные типы взаимодействия запускается одной командой УВВ * л. Для

каждого типа взаимодействия ■' "управление-ввод-вывод-модификация" характер и смысловое 'содержание этапов выполнения этой команда меняется. Занесение команда в регистр канала управления РКВ должно сопровождаться сигналом УШ-готовности программы. Если в этот момент блок управления центральный (БУШ-90) свободен (сигнал УЖ=0), он вырабатывает сигнал У!1Р разрешения выполнения программы, который сбрасывает сигнал УПГ, а сигнал У1Ы, сообщает другим програмным блокам системы "Вектор" о занятости БУЦ выполнением KCBé заданного на шийах управленя КУ. При наличии нескольких програмных блоков (или временном изложении КСВ) необходимо производагь анализ сигнала УМ. Через фиксированный интервал времени после запуска БУИ на выполнений КСВ на шинах КК дояаяяются отклики УХ, УЭ. Команда УВВ А анализирует только сигнал УХ. При УХ= I производится нормальное завершение выполнение команды.

Разряды модификаций в КСВ определяют 4 различных чипа взаимодействия устройства с системой "ректор": дополнительная адресация первого каркаса, режим сканирования. адресов, режим повторения команды, режим останова по концу массива. В режиме дополнительной адресации помимо номера каркаса, указанного п команде, всегда происходит адресация к каркасу о номером I, что дает возможность одновременного обращения к двум каркасам. В режиме повторения команда о'лок БУЦ2-90 осуществляет повторный запуск временного цикла канала стоики баз изменения команда, если был получен отклик УЭ= I. В режима сканирования адресов осуществляется последовательный перебор адресов регистров, блоков, каркасов. Переход к каждому новому регистру в блоке БУЦ происходит при УЭ= J. Процесс перебора адресов производится до достижения адреса К(7)Б(23), посла чего в канал управления выставляется сигнал УГ. Определение момента выхода из данного режима производится по сигналу прерывания УГ. В режиме останова по концу массива БУЦ производит повторение команда до тех пор, пока не будет получен отклик У3= 0. Передача массива в режиме останова по концу массива имитирует выполнение модификации. Фактически вместо одного КСВ с модификацией выполняется необходимое число раз либо КСВ-Чтенш либо КСВ-Запись. Процесс выполнения КСВ начинается с дешифрации поля модификации и установки признаков С, Z , I, что обеспечивает выход на соотвотсйующий фрагмент микропрограммы. В качестве признака, отличавшего все другие операции от КСВ-Чтения выступает значение Т= 0. Первый сдвиг КСВ влево позволяет установить наличие или отсутствий модификации. Четвертый и пятый сдвиги дешифрируют поле функции с выходом либо на ветвь микропрограммы обработки функции чтения данных с установкой признака Г= I, либо на ветвь обработки функции управления с установкой признака Z = Û, лиЗо на ветвь обработки функции записи данных с установкой признака 1= 0. Выполнение заданного КСВ происходит после передачи его аппаратными средствами яа соответствующий регистр. В течение цикла исполнения КСВ на регистре откликов будут получены сигналы X и Э. Устройство состоит из центрального процессора, ОЗУ, ПЗУ микропрограмм, ПЗУ масок, блока прерываний, мультиплексоров входных тин, блока управления, схемы пуска/останова, вынесенного пульта управлзния, узла диалога.

блока шпор5ойсних ряшстров.

Предложено специализированное устройство обработки нечеткой информации да» класса электрохимических задач. Контроль параметра pli с заданной точлозтыи определяет качество протекания многих гохнологичгпских процессов. По существу, электрометрическое определение рН сводится, главным образом, к расчету кпазтермодиламических констант по данным измерэиия ялостродвикуцих сил соответствующих датчиков с учетом элементов неопределенности и лэточности, обусловленных целым рядом факторов. Цифровое значение измеряемой концентрации получается в результате решения характеристического уравнения. Основным вопросом в синтезе рН- метров явлвотся разработка алгоритмов настройки и калибровки. Предлагается (юализонать. три варианта процедуры настройки: по одному буферу, по днум буфорзм, по двум буферам с модификацией. Примешен ио в структуро прибора устройства обработки нечетких дэяных позволяет повысить достоверность вычисленных значений измеряемых воличин. В совокупности микропрограммного обеспечения присутствуют микропрограммы оценки, достоверности функционирования измерительных электродов. Устройство реализовано в виде двухяроцросорной структуры. Ведомый процессор выполняет функции обработки нечеткой информации, арифметические преобразования, пересылает граду ировочные параметры во внешнее ОЗУ, управляет коммутацией аналоговых сигналов, процессом аналого-цифрового ^^образования. Водувг« процессор организует обработку требуемой последовательности операций, обеспечивает взаимодействие с оператором.

В^замоаонВД сформулированы основные результаты диссертационной работы.

В.гфдшоциях приведены документы, подгверадающие впедрение результатов диссертационной работы в промышленное производство. Приводятся принцгагаалышэ схемы разработанного специализированного устройства обработки нечеткой информации на базе микропроцессорных средств для автоматизации измерения значения рН в электрохимии.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

I. Проведен анализ применяемых в настоящее время методов и ерпдетв обр?)ботки нечеткой информации, в том числе в

информационно-измерительных системах "Вектор-КАМАК" •

2. Предложен метод формализации процедур микропрограммной эмуляции микропроцессорных структур для применения и процесс» проектирования. Рассмотрены эмуляторы некоторых типов структур.

3. Предушацц структуры устройств обработай почетной информации на база микропроцессорных средств.

4. Предложен алгоритм взаимного функционирования устройств обработки нечеткой информации на базе микропропрссорних средств с узлами и блоками аппаратуры стандарта "i.towop- КАМАК".

5. Разработаны специализированные устройства обработки почетной информации на микропроцессорных БИС, реализующие протокол "Вектор-iiAMAK", которые позволяют расширить класс зчдач, решаемых шформаЦионно-измвриголъными системами, повысить производительность этих систем.

в. Созданы микропроцессорные специализированные устройства обработки нечеткой информации в классе задач pH- мотрии, позволяющие автоматизир.тать rrpcip.cc измерений и повысить достоверность получаемых результате®.

V. Проведены исследования разработанных алгоритмов и устройств, определена область их применения. Результаты диссертационной работы внедрены на ряде предприятий, используются в учебном процессе Минского радиотехнического института.

Содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

1. Исследовать и разработать специализированные микроэвм на ЕИО и СБИС . Отчет по ГБ - 82 - 2018 . I? Гос. регистрации 0]860014162, ИНВ. номер 02910028450 - Мн , МРТИ , №91 .

2. Филонов В.Я. Вопросы проектирования микропроцессорных эмуляторов . В сб. Автоматика и вычислительная техника . Вып. 12 -15)83 , с. 108 -- III Мн.: " Вымэйшая школа " .

3. Филонов В. Я. Метода зиулнда в проектировании микропроцессорных систем . В сб. тез. докл. республиканской научно - технической конференции " Проблемы применения современных радиофизических методов для повышения эффективности производства и автоматизации научных исследований . Ч. 2 , Мн. , 188I , с. 44 -45 .

4. Филонов В.Я. Проектирование микропроцессорных систем . В сб. тез. докл. научно - технической конференции " Вопросы применения микропроцессоров в народном хозяйство " . Wh., 1984 .

5. Беляев В.А. , ДриЯас А.П. , Тамжов В.В. . Филонов В.Я. Диагностическое устройство блоков-питания телоприемных устройств. В сб. Вопросы схемотехники , конструирования , эксплуатации и контроля параметров телевизионных приемников . - М. Центральный отраслевой орган Научно - технической информации " ЭКОС " , 1980 , с: 30 - 32 .

в. Кириллов В.И. , Тамжев В.В. , Ткаченко А.II. , Филонов В.Я. Анализ методов Диагностики телеприемников .В сб. Вопросы схемотехники . конструирования , эксплуатации и контроля Параметров телевизионных приэмнихов . Москва . Центральный отраслевой орган научно - технической информации " ЭКОС " , 1380 , С. 64 - 68 .

7. A.A. Добулевич , И.И. Обросов , В.Н. Путков , Г.М. Вэвяко , И.И. ' Силков , В.Я. Филонов . Вопросы организации специализированной микропрограммной ЭВМ на микропроцессорах . В сб. тез. докл. научно - технической конференции " Разработка и внедрение комплексных систем управления качеством на предприятиях радиоэлектроники и связи и увеличение на этой основе выпуска продукции высшей категории качества " . Ч. 2 , Минск', 1978 , с. 68 .