автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.13, диссертация на тему:Управляющие вычислительные системы с информационно-операторным программированием

1 о s о

. гашстЕгстео шспзго и срз^его специального образования рогср

ТАГАНРОГСКИЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ км.В.Д.ШШКОВА

На прозах рукописи

K04HED Виктор Федорович

УЩ 631.32-131.5:631.518-529(043.3)

' УПРАВЛЯЩК5 ШЧИШТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ С ШЙОРШЦИОННО-ОПЕРАТОНШ ПР0ГРАМЙ1Р0ВАНИ31

Специальность 05.13.13 - вычислительные innrem, комплексы,

системы и сети

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Таганрог - 1990

У¿X /Yá

Работа выполнена в Московское ордгаа Лешша н ордена Трудового Красного Енамени институте ишгекаров кедезнодоразного транспорта ли. О.З.Дзерхкнского.

Официальнкз оппонента: доктор технических наук,

профессор 1УЗПК В.Й., доктор технических наук, профессор ЕВРЕЙ!ОБ Э.В., доктор технических наук, профессор ДМЙЗЕВ В.П.

Ведущее прэдприктио: Институт проблем упрощения /Л СССР

Завета состоится п--Ь 1990 г. в '/4' часов на

заседании специализированного совета Д 063.13.01 по эавдтам диссертаций на соискание ученой степени доктора технических при Таганрогском радиотехническом институте км. В.Д.Каягыкова по адресу: 347915, Таганрог, пер. Некрасовский, 44, ауд. Д-406.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. * *

Автореферат разослан " —^ "^^ 1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, доцент

В.А.КАЛАЧЕВ

СБЦАЛ ХАРА KTEF. ÎOTÎIKA. РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Настоящее время характерно как бурным развитием различного рода средстэ инфэрматики, так к существенна* расширением сфер ее применения. Массовое внедрение олектронных вычислительных малин и микропроцессорных систем заставляет рассматривать как важную к а р о дя о - х о з я Я с тз о нну а задачу разработку прочной научной, методической основы для проектирования средств вычислительной и управлявшей техники. При этом приходится признать, что обширный материал, аосэяценныЯ теоретическому осмысления сложного комплекса проблем, поротдае(гых таким процессом, влияет на принятие технических реаений, порой касакцихся развития целых отраслей народного хозяйства, значительно слабее, нетели спит, интуиция и здравий смысл разработчика. Поиск аппарата, пригодного для реаения задач анализа и проектирования устройств вычислительной тёхтаяи, заставляет обратиться к методам оценки и измерения их э^ективности и производительности. При этом сразу могло заметить, что проблема оценки и измерения до с;гх пор не тел* удовлетворительного резения применительно к таким устройства«, как супер- и персональные SB1Î, микроконтроллеры и т.д. Исходя из того тезиса, что любую вычислительную систему, так как она является преобразователем входной информации в результат, нутло рассматривать как малину, продукцией которой является информация, любув приемлемую оценху системы следует строить- как оценку количества информации. Такой подход заставляет презде всего обратиться к вопросу об уточнении-понятия информации, доказательству объективности его характера, выбору для этой величины соответствующей количественной мери, что даст возможность разрабатывать и использовать теорию для описания и оценки вычислительны: систем.

Обращаясь к кругу задач формального синтеза вычислотельных структур, разработки теории и принципов построения управляющих вычислительных систем, включая бортовые, следует подчеркнуть вахчость решения проблемы разработки методов реализации управляемое алгоритмов вычислительной структуры, .основанных на использовании оптимальным образом построенного набора типовых, или базовых операторов. При этом необходимо иметь в виду, что в случае управляющих вычислительных систем выполняемые ими алгоритмы вместе со средства;/)! их реализации являются неотъемлимой частью ар-

хизектури систему, а степе;а- цйгасообраоностл ^технических решений, пришааоьпк та данном уровне строения систем, в значительной кора определяет еффектиеность устройства переработки ипфар-

с целом. Выбор б качестве объекта рассмотрения упраынечнг вычислителыиг: систем, которые поляк-гся естествокмии образов спо-щгшптзкровскнъгли, требув? конкретизации той предметной области, в пределах которой предполагается ислользога^ь проек таруемш систеш. В этом отношения образует на себя ьнимажю необходимость развития робот по созданию р.атоматизнроав.шых с«стен управления технологическими процессами, сред»; которых ¡сирохпй класс составляв? перевозочные процессы средства«:! транспорта, еклечоя воздуаный. В настоят,ео вроад наиболее делено продвинулись работы по автоматизации процессов управления сродствамл Бездушного транспорта. Однако, появление летательных аппаратов ногого поколения приводит к необходимости решения целого рада проблей, связанных с созданием высокоэффективных и производительных управляла вычислителей, который низки бы малую энергоемкость и приемлемые массогабарнтные характеристики. При этом специфика, придаваемая такого рода устройствам их ориентацией на решение задач авионики, не должна стать препятствием для использования соответствующего запаса научных и инженерных знаний при разработке специализированной вычислительной базы для широкого круга иных, нежели авиация, сфер автоматизации технологических процессов, которые находятся в состоянии определенного отставания и для которых потребность в управлявшей вычислительной технике тем более высока.

Таким образом, озущается необходимость в реаении проблему рациональной организации вычислительных процессов, что позволило бы существенно повысить эффективность использования ресурсов вычислительной техники, занятой, в системах управления технологическими процессами н объектами, для чего требуется:

а) наличие элементов теории, позволяющей формулировать, целевую функции, выражать ее через параметры вычислительного .процесса н, таким образом,- получить возмогность применять шгроко рооБитызв настоящее время методы оптимизации;

б)■исследовать зависимости параметров вычислительного процесса от параметров аппаратного и программного обеспечения средств ВТ.

Цельа дисссртэдкточноЗ работч язл-ется разработка ггриит^т-ПОЗ !1 К'ОТОДОВ ПЭОТрОеПИЯ ЕЦСОКО?фф<*КТ:1ГЛПгХ управлявших вычисли-,

толькиг систем на основе конструиросмшя ?вор9тако-тфор.!ацион-ных 1-одо.чей таких систем н основанных на этга моделях подходах к екьтаэу н синтезу вычнсяитммй'Х структур; при этом рассмотрение ограничиваете.': леть ср-^лег-за»,:: вычислительной тгааики, пртдгагначеншх длт аатсмятизирсганннх систем управления техно-аогнчве.дая процессам и объекта.'.«.

"этеля иссде.ювккия. Теорегачсскио я практические иссло-доганкя, прозедзтгл а дчесортацчи, базируется ка комплексном использовании рзэультатоз теории :;:4эр-:гцлн, теории алгоритмов, ст-?:;сгл'гэсксП физики и тэории вероятностей, вклтгая теоретичес-гл;э аппараты обсоноааннл известно подходез к опр-эдвлеикя мер г.ол)гчестза информации, алгсбр-иг.;оской т-эсрии систем, известных теор иях ценности информации, мзтодах полмогоровской теории мары, упорядочен; по; разбиений прос?р5нс!*я Лебега, измерения росстожия в ггрес? раке тз ах разбиений пая псевдометрики Рохлггна, изтодах сценки эффективности и производительности иычислитзль-:пс: структур, включая икфортщ'.-.оннио оцешш, теорт: автоматов, кзгодах анализа и синтеза ш^1^цй0НН0-у!£авЛязге5ОС систем, я

образцов специализированных вычислителей для бордовых систем управления.

Научная новизна.■ Основной.научней результат диссертации заключается а разработке'элементов информационной теории шгтас-лительных Структур, поззолгжгрос »а осноза количественных мер . производительности и сффекг'зносги ропать задачи анализа и синтеза вычислительных структур, в частности, в условиях, когда вопрос аконс>.с"1 ресурсов кмоот определяющее значение в .процессе разработки. При этом принципиальный вклад в резение вопросов информационной теории систем и принципов построения высокоэффективных управляющих вычислителей на микропроцессора базе состоит в следуггт.ем:

- разработана обладающая высокой степеньв общности и содержательно с тн динамическая модель системы, основанная на понятиях ресурсов системы и учитывающая взаимодействие системы со внетей средой;

- обосновано представление об информации как о физической величине, поддающейся объективному процессу измерения, созданы основы для использования понятия инфор*ации как универсального

б -

для описания и оценки вычислительных еисген, вклэчая упразляэ-цие;.

.- для общего случая доквзена пропорциональность количества информации и ее ценности, что позвоЛязт при описании и оценке вычислительных систем отказаться от взделекия ценности информации в самостоятельную категории;

- впервые сформулировано прпк^плолькоа требование различимости объэктсз, для которих определяется количество информации, за счёт введения признаков объектов;

- построены теоретические основы для определения конструктивной и детерминированной меры количества информации, сформулирован основополагающий для построения информационной мэры принцип наименьаего пути, построена эффективно реализуемая процедура измерения количества информации;

- на основании введенного в диссертации понятия информационного ресурса сформулированы принципы измерения эффективности п производительности вычислительных структур;

- построена математическая модель базового набора операторов специализированного вычислителя, сформулировены критерии синтеза и оптимизации набора базовых операторов, построена высокоэффективная и универсальная методика этого синтеза.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Полученные в диссертации научные и практические результаты составляют основу для построения эффективных специализированных управляющих вычислительных систем, включая бортовые вычислители. Предлагаемые в работе принципы организации архитектуры специализированных вычислителей, методы построения базового набора операторов, ряд структур вычислителей целесообразно использовать при построении систем управления для широкого класса объектов, вклтчая подвижные, и технологических процессов. Предложенные в диссертации методы и практические приложения этих ыетодоа доведены до воплощения в аппаратуру и программное обеспечение бортового спецвычислителя, предназначенного для работы в составе навигационно-пилотажного комплекса летательного аппарата.

Исследования ш теме диссертации били непосредственно -связаны с пленами десяти важнейших-НИР, выполненных в период с 1979 по 1939 гг. на кафедре "Электроника" ШТа. В частности, отп исследования проводились в соответствии с решением комиссии

Президиума Совета Министров СССР по военно-промышленным вопросам от 22.07.80. за № 255, а таюке в соответствии с рядом приказов Министра путей сообщения СССР. Результаты диссертации внедрены на ряде предприятий Министерства авиационной промышленности СССР. Согласно имеющимся документам эффектом от внедрения результатов работы является повышение престижа страны.

Развитые о диссертации методы построения управляющих вы-, числительных систем используются в учебном процессе на кафедра "Электроника" -'"'Та при выполнении курсового и дипломного проектирования, а также при чтении курсов лекций по дисциплинам "Микропроцессоры и их применение", "Управляющие сВ.Ч и микропроцессоры", "Вычислительные машины и системы", "ЭЗМ, микропроцессоры и их применение в инженерных и экономических расчетах".

Апробация работы. Основные положения диссертации были представлены на Второй всесоюзной сколе молодых ученых и специалистов по проблемам теории систем и ее приложениям (Каунас,' 1973 г.) Всесоюзном научно-техническом совещании "Проблемы создания и использования высокопроизводительных информационно-вынислительных мазин (К:гзинев, 1979 г.), У национальной научно-технической конференции "Вычислительная техника - 79" (Варна, 1979 г.), Всесоюзной иколе-семинаре по вычислительным сетям (Владивосток, 1930 г.), Научно-технической конференции "Микропроцессорные системы управления технологическими процессами и гибкими автоматизированными производствами" (Москва, 1934 г.), УИ научно-техническом семинаре "Многопроцессорные вычислительные системы" (Таганрог, 1989 г.), У Юбилейной международной конференции "Оценка производительности и методы эксплуатации вычислительных систем" (Вроцлав, 1939 г.), 14-й Всесоюзной пшоле-се-минаре по вычислительным сетям (Минск, 1^39 г.), Седьмой Всесоюзной школе-семинаре "Распараллеливание обработки информации" . (Львов, 1939 г.), научно-техническом семинаре "Технические требования, опыт проектирования и применения заказных и полузаказных ШС и микросборок" (Ленинград, 1990 г.).

Публикации. Основные научные результаты диссертации освещены в 24 печатных работах в изданиях, рекомендованных ВАК для опубликования результатов докторских диссертаций. Кроме того.

материалы диссертации освещены в 19 зарегистрированных во ВНТОЦ отчетах по хоздоговора и госбюджетным НИР.

■Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения на 351 страницах машинописного текста, иллюстрированных 27 рисунками и 19 таблицами, списка использованных источников на 19 страницах, включающего 205 наименований, приложений на 13 страницах.

СОДЕРЕАШЗ РАБОТЫ

. Во введении к диссертации обосновывается актуальность ее темы, формулируется цель предпринятого исследования и основные положения диссертации, определяются научная новизна и практическая ценность полученных результатов, рассматриваются реализация результатов работы и рекомендации по их применению, освещается апробация работы на конференциях, совещаниях и семинарах.

. Первая глава посвящена разработке элементов информационной теории систем. Исходя из той концепции, что информация суть универсальная физическая величина, которая определенным образом характеризует процессы, протекающие в физических системах и взаимодействие между ними, рассмотрение начинается с определения модели физической системы, восходящего к работам М.Месаровича и Я.Такахара, в котором система описывается как четверка связанных между собой универсальных алгебр.

$ = <Х,С,Ф,г?, (I)

где множество X интарпретируется как полный набор составляющих систему элементов, элементы множества. £ представляют собой возможные связи между элементами системы ос. £ X > множество

<ф> состоит из набора отображений, сопоставляющих парам элементов связи мевду ниш, множество Г определяет возможные пути эволюции системы. Опираясь на определение (I), можно сформулировать общие принципы построения меры количества информации, а именно,, по определению, система Я обладает информацией относительно системы" 0 , если существует преобразование

' ^ ' ■ «>

где »3 - система, изоморфная £ . Введя в рассмотрение мно-

яестза унарммх операций Ск-Х,С,Ф,Г) , состоящих а замене элементов множеств X , С , Ф и Г на другие элемен- -ты, на принадлежащие этим множествам, построим такие последовательности

<Гсо> « ¿оЬ, ... ,

с помощью которых удается осуществить преобразование (2). Тогда количеством информации, содержащейся э некоторой системе 5 относительно другой системы Б' . применительно к рассматриваемому случая можно назвать длину минимальной по числу содержащейся в ней операций последовательности реализующей преобразование (2). Вместе с тем модель (I) следует квалифицировать как статическую, отражгихцую лгаь структур;/ системы и только в минимальной степени - ее жизнедеятельность. Более детальное рассмотрение вопроса о мере количества информации и ее ценности не позволяет ограничиться статической моделью, но заставляет обратиться к построению динамической модели, адекватно отражающей ражающей развитие физической системы во времени. Наиболее существенным для динамической модели системы является наличие в ней трех видов ресурсов: материального, энергетического и информационного. Энергетический ресурс определяет жизнедеятельность системы и возможную интенсивность процессов в ней. Информационный ресурс в одной своей части определяет структур/ системы и обеспечивает стабильность этой структуры, в другой -выполняет функции управления, т.е. определяет характер процессов, протекающих в системе. Полная динамическая модель системы задается с помощью дифференциальных соотношений

ъьм + ъиМЕ + ъиы1 ¿/ме -¿/V,

д2£ эи£м + ЪИЕ1 + д1/Ее =с(Е , (3)

где М , Е , I - полные запасы, соответственно, материального, энергетического и информационного ресурсов, ?/ме , ^ен . «

» ^£1 • ~ потенциалы обмена, т.е. функции, опреде-

ляющие возможное взаимопреобразование ресурсов внутри системы,

, ¿£¿1 ¿^Ге ~ потенциалы обмена со внешней средой, определяющие количества ресурсов, поступающих в систему извне или передаваема системой во внешнюю среду, , .Дс , Дх - потен-

циалы распада, т.е. функции, определяющие внутрисистемные потери того или иного ресурса.

■Обращение к раду фундаментальных фактов физики позволяет сформулировать следующие свойства понятия информации как физической величины:

а) информация измерима в том смысле, что мокно указать последовательность действий, приводящих к получению величины, называемой количеством информации; если условия измерения неизменны, то и результат должен быть один и тот же;

б) информация объективна, т.е. результат измерения количества информации не должен зависеть ни от каких факторов, не имеющих прямого отношения к процессу получения информации; ш-ми словами, количество информации зависят от сзойств объекта, содержащего информацию, но не от состояния того, что с этим объектом взаимодействует.

Заметим, что иной подход исключает возможность построения строгой теории, ставя ее основные понятия в зависимость от про-, извола наблюдателя.

На основе этих положений в работе проводится сравнительная оценка известных подходов к измерению количества информации, без чего невозможно конструирование меры, адекватной потребностям задач анализа и синтеза-вычислительных систем.

Мера Хартли предполагает полное равнбправие объектов исходного множества N , независимо от их истинной природы, количество информации определяется только количеством объектов, . среди которых осуществляется выбор. Важнейшее обстоятельство, которое е теоретико-информационных работах практически всегда остается затушеванным, заключается в том, что даже при полном равноправии элементов множества объектов к/ непременно должна существовать возможность отличать один объект от другого. Действительно, если объекты исходного множества принципиально неразличимы, то с любым из объектов можно связать липь нулевое количество информации. Поэтому следует считать, что каждая объект из К/ обладает некоторым набором признаков, позволяющих идентифицировать данный объект в'некотором классе объектов. Этот набор признаков, по существу, и содержит в себе полную информацию о данном объекте относительно исходного класса."

Мера Шеннона, как и мера Хартли, игнорирует индивидуальные свойства объектов изисходаого множества, т.е. не характеризует

некоторый конкретней Мъект. Креме того, мера Ееннона требует знания распределения вероятностей на данном множестве и того, Чтобы статистические свойства ?*ножества не изменялись во времени. Поэтому мэра Ееннона неприменима к случал переходных процессов, которые характерны для управляющих вычислительных систем я в которых процесс обработки-информации носит детерминированный характер.

Предложенный Холмогоровым алгоритмический подход к построению информационной меры по сравненяп с предыдущими двумя ота-рызаат совершенно новые еоз^зтиэстя, определяя количество информация в одном индивидуально:* объекта относительно другого без привлечения вероятностных понятий. Вместе с тем применение кол-ногоровской меры затрудняется тем, что какие бы то ни было указания на конкретный характер конструктивной процедуры восстановления объекта в соответствующем определении отсутствуют, т.е. колмогороэспая мера не язляется эффективно вычислимой.

В работе проводится анализ известных подходов к определена» ценности информация (А.А.Харкевича, Р.Л.Стратоновкча). Несмотря на внешнее несходство конструкций эти подходы объединяются, сходной идеей: за счет получаемой извне информации появляется возможность приблизиться к цели либо уменьшить суммарные потери. Иначе говоря, в обоих случаях предполагается дальнейшее использование информации' для достижения определенной цели, прячем особенности цели, а также априорно заданные характеристики системы, получающей информации, способны наделять одно и то же количество информации разной ценностью. Таким образом, известные определения ценности информации обладают тем недостатком, что не только ценность, но и количество информации субъективн-знруются, попадая в зависимость от особенностей конкретной системы.

Для выяснения соотноаения между понятиями ценности и информационного ресурса системы следует исходить из того предположения, что ценность должна иметь количественную меру и подчиняться законам сохранения. Рассмотрим физическую сиетьму £> , принимающую ряд состояний , » •••» • Поставим каждому состоянию у-; в соответствие некоторую величину §-С<£1)* которую назовем ценностью состояния . Математическое ожидание

где Рс - вероятность, с которой система В принимает состояние , есть средняя цена, приходящаяся на одно состояние системы. Рассматривал взаимодействие системы со внешней средой, приводящее к изменению ее энтропии й средней ценности, можно доказать

Предложение 1.1. Если в результате взаимодействия со средой (другой системой) информационный ресурс системы 0 изменился на эеличкну —сИ^ (количество информации I^ измеряется по Шеннону), то независимо от конкретного определения понятия ценности ценность полученной системой информации оказывается равной

ч - - , ^

где 7~ - постоянная, характеризующая поведение системы. При рассмотрении динамических систем, каждая из которых характеризуется ее сложностью, в работе доказывается

Предложение 1.2. Если в качестве меры ценности информации пряня-гь любую величину, полный ресурс которой в данной системе ограничен и изменяется в процессе взаимодействия, то ценность информации'оказывается пропорциональной ее количеству. За меру количества информации при этом принимается логарифм сложности системы. .

Таким образом, при весьма общих условиях 'задача определения ценности информации может быть сведена к задаче определения количества информации, что позволяет при построении теорий, описывающих и оценивающих системы переработки информации отказаться от выделения ценности информации в самостоятельную категорию, ориентируясь на использование единой меры количества - ценности.

Во второй главе проводится построение информационной меры. Сформулированные в первой главе общие принципы построения меры количества информации, а также результаты оценки известных подходов к определению подобной меры, позволяют следующим образом наметить путь для дальнейшей работы.

Определение количества информации о некотором объекте требует указания фиксированного для каждого конкретного случая множества объектов, информация о которых нас интересует, причем это множество объектов не должно быть бесконечным. Определенное ■ множество объектов играет роль своеобразного базиса для измере-

¡гая количества информации, так как прч изменении этого мно-хест-ва и количество информации об отдельном элементе будет изменяться. Ясно, что количество информации должно быть, монотонно возрастающей функцией числа элементов исходного множества. Существенным является требование к различимости элементов исходного множества. Это требование удовлетворяется за счет построения набора признаков объектов, предназначенных для идентификация данного объекта в некотором классе. считать, что мы обладаем информацией о некотором объекте тогда к только тогда, когда мы можем воспроизвести объект 'или модель объекта) по конечному набору его признаков (его описании). При этом моделирование объекта своди гея к его выбору из конечного множества объекта,.а количество информации должно быть характеристикой конструктивно Г! процедуры, реализм-щей отот выбор.

Следуя этой общей схеме, наряду со множеством объектов W введем з рассмотрение пространство признаков Р и множество отображений {*(■} такое, ч'._о

1: 1'/—> Р .

Примем в качестве Р Я-мерное пространство ~РГ__ , где п. -это количество признаков, характеризующих объект. Будем считать, что каждая координата пространства Ра может принимать значение О либо I в соответствия с отсутствуем или наличием данного признака у объекта. При наделении каждого атома пространства признаков р '6 мерой, равной 2~'г , удается доказать

Предложение 2.1. Пространство признаков объектов "Р^ является пространством Лебега.

. Это обстоятельство позволяет в дальнейшем использовать для работы более удобную математическую модель, обладающую хорошо изученной структурой. В качестве этой модели мы выберем единичный отрезок действительной оси Е либо определенное подмножество этого отрезка, являвшееся с учетом соответствующего задания яеры пространством Лебега. С такими множествами устанавливается изоморфизм либо изоморфизм ( mod. 0) пространства признаков , что позволяет перенести в пространство Рп

все построения, которые будут выполнены в пространстве Е. .

С помощью биективного и изоморфного (/nod 0) отображения Qj пространства признаков на пространство Е строится конечное упорядоченное измеримое разбиение -f пространства Е

- и -

Каждому атому р € Рц_ ставится в соответствие один и только один элемент этого разбиения, прячем доказывается, что ото разбиение язляется комеримым. Полек определенного объекта й^ могло осуществить путем отекания соответствующей ему точки фактор-пространства с помощью системы измеримых рав-

номерных разбиений {, обладаете!! следахщимл свойствами;

а) каэдое следующее разбпгняо системы измельчает предыдущее, т.е. у, <: /2 ... <: /т ;

б) разбиение /у совпадает с тривиальным, т.о. содержит единственный элемент в в^де пространства Е ;

■ в) разбиение . ^ совпадает с построенным ыие разбиением , т.е. ^представляет собой точечное разбиение ¿акторпросг-ранства & /£ .

Необходите для дальнейшего понятия расстояния в метркко разбиений и псевдометрики в пространстве упорядоченных измеримых разбиений Рохлина применительно к системе {¿1} задаются,

соответственно, как , о <

/// /■£/

Д^Л »

где /с ^ ^ , - мера'Лебега в пространстве £ , -

элементы разбиений ^ и , и

/Г/.-, //) - н((.1 16>

где Н - средняя условная энтропия разбиения о( отно-

сительно разбиения ^ ,* причем с уменьшением для построенной системы разбиений расстояния Должна уменьшаться и псев-

дометрика £ . .

Построение каждого очередного'разбиения из системы позволяет все более точно локализовать образ искомого объекта.■ Вопрос о локализации в пространстве Е/или факторпространс1*ве Е /■// образа искомого объекта решается вычислением для каждого разбиения из системы канонического семейства условных мер

X,. (X | //0 » с помощью которого определяется значение псевдометрики Рохлина:

щ/А) =-./ /

Е/к К

Связывая друг с другом Значения '51 и (7), можно доказать

Предложение 2.2. Количество разбиений пространства Е, реализующих последовательные иаги процесса поиска образа заданного объекта € IV » совпадает с количеством информации по Хартли, содержащемся в объекте А^ относительно исходного тожества

и/.

В работе рассматривается и иная конструкция пространства признакоз, в которой объекты из Ц/ различаются по степени обладания чми единственным признаком, задаваемым значением соответствующей объекту координаты пространства Р^ С =5 Р< ^ I, причем п.

& А = (3)

С помощью отображения пространства Рп на пространство Е- каждой точке р Р^ 'ставится в соответствие упорядоченное неравномерное разбиение / , или, иначе, каждому объекту из IV отвечает элемент этого разбиения Fi<. с мерой Лебега (Р^ ) - р^ . Областью значений отображения 4*2. в этом случае является пространство упорядоченных измеримых разбиений

~2.(Е~) , причем для неравномерных разбиений также удается доказать их измеримость. Поиск объекта из IV , как и раньше, ведется с помощью семейства измеримых разбиений, элементы, каждого из которых представляют собой ^ -множества. Потребуем того, чтобы элементы разбиения объединялись в / -множества в виде элементов разбиений системы таким образом, чтобы на каждом паге поиска объекта соответствующее разбиение ^ имело бы максимальную энтропию Н^ . В этих условиях доказывается

Лемма 2.1. При поиске объекта ^ IV посредством построения системы неравномерных последовательно измельчаемых раз-

биений (+1) на каждом наго поиска средняя условная энтропия разбиения ^т ■= / , укрупняемого всеми другими разбиениями системы {■(¡} , от.чоснао.тьно разбиения ^ , которое строится на данном ыаге поиска объекта, должка принимать минимальное значение.

Лемт/а 2.1 позволяет сформулировать следующее утверждение, которое ми назовем принципе« нанмл.'ьгого пути.

Предложение 2.3. Поиск заданного объекта ¡.'.окно прод-ставить как движение по траектории ^ , в прост-

ранстве упорядоченных измеримых разбиений 2. (Е , причем суммарная длина этой траектории

измеренная как расстояние Рохлина, минимальна и задается значением энтропии Н(/) разбиения / = У,-"^ Д-.

В работе определяется требования, которым должны удовлетворять разбиения пространства £ согласно принципу наименьшего пути. На основе этого для общего случая неравномерных разбиений исследуется вопрос о число патов, необходимых для локализации объекта в процессе его поиска, в результате чего формулируется.

Предложение 2.4. Если меры обладания.признаком для объектов исходного набора И/ принимают произвольные значения Рл >Рг >•••« Рп. такие, что выполняется условие нормировки (8), то поиск образа заданного объекта в пространстве упорядоченных измеримых разбиений 2> выполняемый согласно принципу наименьыего пути, -требует совераения Рк иагов.

Суммируя, полученные результаты,-можно сделать следующие выводы.

1. Во всех случаях поиск объекта выполняется в пространствах, изоморфных пространству признаков. Это позволяет считать,.

что поиск объекта ведется непосредственно в пространстве признаков, причем как это пространство, так и изоморфные ему строятся • строго' конструктивным образом.

2. Также строго конструктивно, в соответствии с требования-ии леммы 2.1. строятся системы разбиений, с помощью которых реализуется поиск объекта в том или ином пространстве.

3. Количество шагов, совершаемых в процессе поиска объекта,

непосредственно язляется численной характеристикой конструктивной процедуры последовательных разбиений пространства признаков." Вь-полнение этой процедуры согласно принципу наименьшего пути обеспечизает однознл^ность величины такой характеристики.

4. Если использовать процедуру поиска объекта в сжела выполненных построения, а количество сагов в процессе этого поиска - как основу для определения меры количества информации, то .информация, очевидно, будет обладать свойством измеримости.

5. Предлагаемый подход к определению меры количества информации обеспечивает объективность информации, т.к. количество информация определяется лизь свойства;« содержащего шфор/ацию объекта, но не особенностями "измерителя" количества информации.

Описанная Bice конструктивная процедура позволяет измерить количество информации, необходимое для конструирования объекта из множества И/ . Распространение этой процедуры на введенную ранее модель системы дает выражение

1С/ д .

J-21 (9)

¿ч гг- bei

где А; - интенсивность ¿-й связи из множества С -, Ъс-~ аб-со лютная погрешность измерения интенсивности. Заметим, что в величину (9) не включены компоненты, относящиеся ко множествам л , Ф п Г в соответствии с практикой, сложившейся з физике и теории информации. Кроме того, содержащаяся в системе информация (9) представляет ее :шформационный ресурс в полном соот1 потствии с данным ранее определением. Мера (9), имея синтетический характер, в основном восходит к идеям Хартли и Колмогорова, но при этом использует важное положение о различимости объектов по ¡о: признакам и основана на конструктивной процедуре поиска объекта. Практическая направленность результатов гл. 2 опрэделяется тем, что'сконструированная информационная мера может использоваться для вычисления величины информационного ресурса модели вычислительной системы либо модели какой-либо из ее подсистем, что создает необходимые предпосылки для построения оценок эффективности и производительности такого рода устройств и, следовательно, решения задач их анализа и проектирования.

Третья глава посвящена разработке информационных оценок производительности и эффективности вычислительных структур. Сопоставительный анализ немногочисленных известных подходов в этой области показывает, что они, их??я ряд положительных черт в виде, например, учета соответствия характеристик вычислительной систега параметрам внешней среды, страдаэт и существенными недостатками, связанными с базированием на статистических понятиях либо с ингорированием структуры системы.

В главе рассматривается проблема применимости информационных оценок в заданных условиях функционирования вычислительной системы. Разработка подхода к оценке производительности и эффективности вычислительной системы прежде всего связана с выбором меры количества информации, для чего существенное значение име^т режим эксплуатации оцениваемой вычислительной системы. В случае универсальных систем само требование универсальности предполагает как стационарность внепней среды, так и существование некоторого распределения вероятностей, принимаемых как средой, так и работающей в этой среде вычислительной системой. Наиболее естественной мерой количества информации здесь является мера Сеннона. В случае специализированных систем, к числу которых в первую очередь следует отнести бортовые вычислительные системы, работающие в составе управляющих комплексов подвижных объектов, нельзя говорить о распределении вероятностей входных и выходных состояний. Объединяющим для таких вычислительных систем является явно нестационарный характер их работы, определяемый условиями среды, которые могут существенно изменяться от одного момента времени к другому. Для анализа работы таких систем целесообрасно применение специально построенной нами информационной меры, не использующей вероятностных понятий.

В .работе вводится формальное определение вычислительной структуры как тройки

8-<Х,У,Л >, ао)

А '

где X - множество слов на входе вычислительной структуры,У -множество слов на ее выходе, Л. - набор алгоритмов, выполняемых структурой такой, что входным объектам ее £ X через определенный промежуток времени ставятся в соответствие выходные объекты ^ € V . Необходимо установление взаимосвязи между определением вычислительной структуры (10) и определением системы

(I), т.к. нам потребуется вычислять величину информационного ресурса вычислительной структуры, в то время как мора колнчсс?.-_ва информации (9) разработка применительно модели (I). i!p:t этом множества входных и выходных объектов X , У образуют разбиение множества элементов системы X » т.е. Xе— X tY^X»

XUY-X и XRY - 0 , а множество алгоритмов А целесообразно отождествить со множеством каналов связи С . С мето-,дической точки зрения важно то, что, работая в условиях детерминированной внеиней среды, вычислительная структура.(10) является детерминированной калиной и, креме того, элементы множеств входных и выходных объектов обладают свойством различимости. Тем самым автоматически вводится в действие развития в гл. 2 'теормя теория поиска объекта в пространстве признаков, что в конечном итоге позволяет использовать для определения информационного ресурса структуры (10) определение количества информации

(9). Согласно общему подходу информационный ресурс вычислительной структуры целесообразно вычислять по множеству связей между ее элементами.

В качестве меры полезного эффекта вычислительной структуры

(10) предлагается использовать величину

Р-tyjY/ - • (П)

л л

которая может быть названа информацией во входном объекте ос^У относительно множества связанных с ним выходных объектов У^ . Здесь /Ух/ - мощность подмножества вводных объектов, связанных с данным входным объектом , ioq 2 / VjX I может пониматься как условная энтропия. В работе доказывается Предложение 3.1. Максимум меры полезного аффекта получаемого от вычислительной структуры (i О ), соответствует минимальному значению ее информационного ресурса^ вычисляемого согласно определению (9), .что, в свою очередь, обеспечивается минимальным количеством связей между входными и выходными объектами. При этом в идеальном случае полезный эффект, получаемый от структуры в , есть = %2/У/ для всех X • Ограничения, возникающие в контексте проектируемой системы, могут стать непреодолимым препятствием при попытке достичь идеального варианта конструкции в смысле предложения 3.1. Поэтому в процессе синтеза систем разумно ориентироваться на.более слабый критерий вида min [Н /, Vaz € X.

Производительность вычислительной структуры предлагается

структура реализует-связи между заданным входным объектом ® и соответствующим ему выходным объектом или группой таких объектов Уу . Подчеркнем, что критерии, непосредственно применимые к оценке систем переработки информации в входа решения задач их анализа и синтеза, сформулиров&чы за счет связывания меры полезного оф^скта и производительности и величиной информацн- ' енного ресурса вычислительной структуры.

Чотаертлч глава связана с разработкой языка информационных операторов для прюграчмирозания управляющих вычислительных систем. Анализ известных подходов заставляет остановиться на концепции использования в управляющих вычислительных системах языков программирования высокого уровня, обладпгцих максимально возможно.!} степенью машинной независимости и специализированных, т.е. привязанных к определенной области применения. В качество предметной области, на которую ориентируются в настоящей рабо?о управляющие системы и, соответственно, язык программирования, выбраны задачи, решаемые навигационными комплексами летательных .аппаратов (ЛА). Необхо.димость специализации разрабатываемого языка, который именуется язжом информационных операторов (И0), .требует прежде всего рассмотрения и анализа вычислительных алгоритмов, реализуемых в современных навигационных комплексах (НК) летателыик аппаратов. При отом целесообразно ориентироваться на перспективный вариант автоматизированного навигационного комплекса, в котором в рамках решения главной навигационной задачи автономное определение текущих координат ЛА выполняется с .помощью следующих средств: инерциальная навигационная система, система воздушных сигналов, доплеровсккЯ измеритель путевой скорости и угла сноса. В состав радиотехнических средств навигационного комплекса, предназначенных для коррекции текущих координат, входят радиотехническая система ближней навигации, радиолокационная станция, радиотехническая система дальней навигации. Дополнительными источниками информации для НК служат ПЗУ бортового спецвычислителя, хранящее используемые при расчетах кон-

станта, и а'строкорректор. Анализ алгоритмов НС, пкпслненн'Я в работо, основан на принятых в настоящее время формулг^гых зависимостях для навигационных задач, решаемых на болту ЛА.

С учете?.-! того, что з сравнительно сбынрном исходном наборе форельных зависимостей алгоритмов НК существует определенная -повторяемость в отнесения их структур» и того, какие математические операции используются л том или ином случае, з работо заполнена классификация и обобщение отах зависимостей, о результате чего получен существенно более компактный набор фор:,гул (мощность набора формульных зависимостей уеньаена более, чем а три раза). Проведенный з работе анализ■подходов к построение базовых наборов операторов специализирован!г^ языков подтвердил правильность принятой ориентации на придание языку программирования бортового вычислителя высокого уровня, машинной независимости и непосредственной микропрограммой реализации его опера-тороз. Однако, до настоящего времени открытым оставался вопрос о формализации метод::.::-! синтеза операторов такого языка и применении ¿той методики к алгоритмам навигационных комплексов ЛА.

Перчим '^агом такой й ормализации является представление множества деформационных операторов з Биде пространства Лебега. 06-рещалсь к модели вычислительной структуры [10), будем рассматривать ¡.ножостза вход;пяс и выходных объектов как относящиеся к д^ум смежным уровням, используеньм при разработке программного • обеспечения управляющей вычислительной системы. А именно, будем считать, что более высокий уровень при разработке ПО определяется множеством X в виде набора обобщенных формульных зависимостей {Ф<} I = 1,2,..., /X / , смежный, более низкий уровень задается множеством информационных операторов V , представляющих собой базовый набор операторов специализированного языка программирования задач НК , = 1,2,..., / У/ . На начальном этапе синтеза множества И0, когда нот возможности конкретизировать вид его элементов, можно считать, что каждый И0 представляет собой некоторую структуру единицу (в обычном для тео-.рии формальных грамматик смысле) предложения, соответствующего той или 1П50Й ф-ормулыюй зависимости из набора •

Множество информационных операторов {Оможно рассматривать как дискретное пространство, состоящее из /У/ атомов. Выполнение каждого оператора требует чтения из общего поля измяли вычислительной систе?гы М£ операндов, т.е. каждый еле-

;.:ент 6 У . представляет собой А^--нарнут операцию.

Для каждого атома пространства У задается мера вида

Mj

-i-, . (12)

которая является нормированной, а пространство У приобретает меру единичной полной массы. Доказывается, что сепарабельное пространство Y является пространством Лебега, а заданная отношением (12. ) мера - мерой Лебега.

Далее вводятся в рассмотрение группы формульных зависимостей {Fк) ;; реализующие их наборы информационных операторов

{> причем в каждый набор Sk. входят те и только те операторы, которые реализуют соответствующую группу формульных зависимостей. Ычждоо отображение из множества биективных отображений / 1} (учитывается, что форельные зависимости могут реализовиватьея информационными оператора;.'.« отнюдь не единственны;,! способом и каждому способу реализации отвечает свое отображение"¡0 таких, что Z'-f^} —> /S«} > по существу, организует некоторое, но обязательно равномерное разбиение <5 пространства Y , причем удается доказать измеримость этого разбиения.

Проводя формализацию методики построения базового набора операторов специализированного языка программирования алгоритмов НК ЛА, нужно учитывать следующие содержательные цели.

1. Разрабатываемый язык должен в максимальной степени облегчить соответствующий этап разработки управляющей вычислительной системы за счет его приближения к естественному в контексте автоматизируемой системы языку математических зависимостей, на котором описываются алгоритмы функционирования системы.

2. Синтезируемый набор НО должен обладать достаточной простотой структуры, будучи в то же время пригодным для "настройки" на программирование полного набора формульных зависимостей алгоритмов НК.

При этом ясно, что набор формульных зависимостей следует рассматривать как исходные данные для процесса проектирования бортового вычислителя, которые в ходе его синтеза изменяться но могут. В то же время, от выбора реализации набора базовых операторов существенно зависит степень приближения проектируемой , системы к оптимуму. Для случая управляющих вычислительных систем

структуру "фор<улыгыэ зависимости - информационные операторы" есть все основания считать органической частью такой системы, одной из ее подсистем, что приводит к необходимости для оптимизации состава этой вычислительной структуры применять развитые э работе теоретико-информационные методы. Формализованная кето-дика построения базового набора ИО основывается на следующих критериях.

1. Для вычислительной структуру "формульные зависимости -информационные операторы" согласно предложению 3.1 максимум по-лозного эффекта достигается при минимизации ео информационного ресурса, равного ¿о^/Уд, I для каждого-входного объекта. Абсолютный оптимум достигается, если входной объект Ф^ связан с единственным выходные объектом , чему соответствует реализация фор>гу.1ьных зависимостей операторами по принципу "один в сдан".

2. Кая следует из результатов представления множества ИО " яак пространства Лебега, существуют формальные основания для вычисления энтропии измеримого разбиения по формуле

Н(<4)--

где у - мера Лебега, определяемая на пространстве V выражением ( ^ 2 ), - мера элемента разбиения <6 , содержащего точку ^ (г У I эта мера задается как

С учетом целесообразности максимизации мер ИО ( * 2. ) п работе доказывается, что для этого необходимо выравнивание мер элементов разбиения по всему множеству {В^} , т.е. разбиение«^ следует строить как можно ближе к равномерному. Таким образом, разбиение ¿> множества ИО V на подмножестза {ё^} , каждое из которых реализует определенную группу форельных зависимостей из {Р^} , должно быть таким, чтобы Знтропия этого разбиения Н(сЗ) достигала максимума, в идеальном случае принимая значение 2 / & /

3. Должны учитываться содержательные соображения, связанные с видом той или иной формульной зависимости, т.е. возможность .использования информационного оператора .для реализации зазиси-

мости.

Методика синтеза базового набора ИО строится как итерационный процесс, основанный на применении перечисленных критериев. При этом нулевая итерация набора НО образуется множеством эле-меитармых, не поддающихся декомпозиции структурных единиц формульных зависимостей, информационные операторы синтезируются посредством их последовательного укрупнения. Результат применения методики ко множеству формульных зависимостей алгоритмов НК представлен в таблице I.

Важность рассматриваемого в работе объекта автоматизации в виде навигационных комплексов ДА достаточно велика для того, чтобы оправдать построение "собственного" специализированного языка программирования. Однако внимательное рассмотрение предлагаемой методики показывает, что к каким бы тс ни было специфическим особенностям алгоритмов ПК эта методика не привязана, с силу -его она должна быть применимой в контексте других уп-рлвляглцих систем, ориентированных на иные предметные области, обладая поэтому определенной степенью универсальности.

Б работе обосновывается тот важны!! тезис, что управляющая вычислительная система должна быть микропрограммируемой в следу ищем смысле: при реализации управляющего алгоритма на специ-ализирошшном языке высокого уровня операторы этого языка непосредственно реализуются на микропрограммой уровне. Такой подход к сочетании с укрупнением операторов специализированного языка, как показывают сделанные в работе оценки, приводит к улучшению таких важных параметров спецвычислителя, как объем памяти программ и микропрограмм, а также время решения задачи вычислителем. Такие оценки в общепринятых содержательных терминах согласуются и с выводами информационной теории. Так, реализация укрупненного оператора единой микропрограммой дает максимум полезного эффекта от вычислительной структуры в смысле предложения 3.1. Далее, если микропрограммирование рассматривать как один из четырех традиционно используемых уровней программирования задачи (программирование на языке высокого уровня, на язьгке ассемблера, на машинном языке, микропрограммирование), то исключение двух промежуточных уровней в виде языка ассемблера и малинного приведет к повышению меры полезного эффекта соответствующей вычислительной структуры за счет исключения из нее дополнительных спязей.

Таблица I

Базовый набор информационных операторов

^сдержанна оператора Символическая запись оператора

I 2

СС{ - SUb(XiKZ)'

Coi сс4 . -iln. es (x^xz)

CoiX.^ ■ Cv-iX.^ CCCXS,xz) ■

«Ту Am(x-f,xz)

xi Со6Хг + х3 ¿их/ CAS (XS,X2.,X3)

¿ы Хг - ¿с3 éhl cs£(x<t, кгдз)

-X, INV(XJ)

6iri X1

coi cos(x-t) '

6inxi ■ iinx

хл(4 * - $Т1(Х4,Хг,ЖЗ,Х4, X5)

S '

Шх^-Ипх,^--

- . х1 C04 <Z2 COà fa-X^

$T5(X<i,XZ.,Y 3)

Продолжение табл. I

I l

sift. • 5¿Vl Д^ +

t coo X-i Coi. X. z COi (cc¿ - ^Сх^хг^з^О

l fxf + X.jr azc ta J-*- «r Ä3 ATGÍ 0íY,X2,X3)

ATG(Xt,XZ,X3)

£ -X P$b(XJ)

-f- ¿L M(XiXZ,X3~)

ST5(Xi>Xl,X3,X4')

NUL (X<1;X2)

ОСл + Jb Ol ^ dt INT (X4t X¿)

X, / Л. I IVCX^XL)

+ - coá ¿C,

Y«,2 -

CATGCX1,X¿,K3,X¿)

0>¿ f CMC -ta \ «i- ¿C3€C.<¡ )

ÍW ■

je, - x^óLiiXi CJJóX1 •

Следует подчеркнуть, что формирование базового набора ИО проводится но волевым порядком, н0 основывается на строгом научном базисе, использующем теоретико-информационные оценки эф-' фзктивности вычислительных структур и аппарат теории меры. Таной подход к построению базового набора ведет к оптимизации характеристик разрабатываемой системы, начиная с верхних уровней . иерархии ее строения - выполняемых системой алгоритмов и реализующих эти алгоритмы программ. Если же говорить о реализации элементов специализировш-шого языка вычислительной системы, то информационные операторы следует рассматривать как имена соответствующих процедур, причем максимум эффективности и производительности будет достигаться системой при реализации этих процедур непосредственно на микропрограммном уровне.•

Пятая глава посвящена разработке принципов построения специализированных вычислительных устройств, ориентированных на эффективную микропрограммную реализацию управляющего алгоритмам запрограммированного с помощью языка информационных операторов. Такие специализированные вычислители должны 'стать унифицированными модулями, основой для построения вычислительных систем с информационно-операторным управлением.

С учетом того, что архитектура и функциональные возможности управляющего спецпычислителя в большой степени зависят от • характеристик выбранного для его построения микропроцессорного . комштекта БИС.'преждо всего решается вопрос о выборе элементной базы спецзычислителя с учетом его предназначения для работы в составе бортовой aлпapaтyp^ ЛД в специфических условиях эксплуатации, причем предпочтение отдается МПК БИС, выполненным в базисе КШТ. Конкретно для проведенных в диссертации разработок использовался МПК Е'С серии К588, который является среди МПК, серийно выпускаемых отечественной промышленностью, очевидным кандидатом на использование в качестве элементной базы бортового спецйычислителя.

В работе описывается ряд структур специализированных вычислителей с разными функциональными возможностями, причем все варианты структуры спецзычислителя объединяются общей и главной архитектурюй особенностью, заключающейся в том, что богатые дополнительные возможности по организации процесса обработки информации в вычислителе и реализации управляющего алгоритма со-.здаются введением в архитектуру вычислителя набора нестандарт-

пых инструкций повышенной разрядности, в которых младаие разряды, совпадающие с микрокомандами из системы К1К ЕЯС серии К583, используются в качестве операционных, а старшие - в качестве вертикально закодированного поля управления, т.е. кода рпера-ции нестандартной инструкции. Богатые возможности, обеспечиваемые применением нестандартных инструкций расширенного фермата, отсутствовали бы, даже если пользователь имел бы возможность произвольного программирования БИС управляющей памяти К588ВУ2.

Из разработанного ряда структур спецвычислителей наибольшими возможностями обладает модель с инструкциями обработки подпрограмм и прорываний, ориентированная на работу со стандартной ^ -имной (ОСТ II.303.909-82). Вычислитель обладает сравнительно высоким быстродействием - 2 * 4 миллиона операций в секунду для арифметических инструкций либо инструкций ветвления, - имеет мощную приоритетную систему прерываний и возможности обработки подпрограмм с большой глубиной вложения, чем создаются непосредственные предпосылки для микропрограммной реализации информационных операторов.

Относительно низкое быстродействие МП К БИС серии КоЗЗ ь рассматриваемом случае не играет существенной рати, т.к. оно в значительной степени компенсируется рациональной и эффективной организацией программирования управляющего алгоритма, на основе теории и техники информационных операторов.

Приложение к диссертации содержит программы вычисления формульных зависимостей алгоритмов навигационных комплексов на языке информационных операторов. Кроме того, возможности предлагаемых в работе методов информационной теории систем иллюстрируются построением информационного критерия регулирования движения поездов по диспетчерскому участку.

. • ОСНОВНЫЕ вывода И РЕЗУЛЬТАТЫ

В диссертации реаюна важная народнохозяйственная задача разработки принципов и методов построения высокоэффективных управляющих вычислительных систем, предназначенных для работы в составе широкого круга автоматизированных систем, на основе глубокого теоретического осмысления вопросов информационной теории систем и базирующихся на этом подходов к анализу и синтезу в^-

числительных структур. Конкретные результаты диссертации, подтверждающие данный тезис, сводятся к следующему.

1. На основе развития методов информационной теории систем впервые доказано, что решенио задач оценки производительности и эффективности систем переработки информации требует привлечения как статических, трк и динамических моделей. Раэработаашая об-

■ ладающая высокой степенью обн^юсти и содержательности модель динамической системы может бить использована для формализации описания систем переработки информации, чем создается .одна из необходимых посылок для построения и применения информационных оценок производительности и эффективности.

2. Сформулированы общие принципы построения меры количества информации, заложены основы дчя использования информации как универсального понятия для описания процессов, протекающих в естественных и искусственных системах. Тем самым определяется перспекг'ивноеть и практическая значимость развиваемой подобны^' образом теории: она становится составной частью-научной базы, необходимой для создания высокоэффективных Методов анализа' и синтеза вычислительных систем, включая управляющие.

3. На основе оценки известных подходов к измерению количества информации определены пределы применимости теорий, опирающихся на известные информационные меры. Впервые сформулировано принципиально важное требование различимости объектов, для

. которых определяется количество информации, за счет введения набора признаков этих объектов, что служит одной из важных отправных точек при конструировании меры- количества информации, приспособленной к потребностям решения задач оценки-производительности и эффективности вычислительных структур.

4. Для' общего случая доказана пропорциональность количества информации и ее ценности, что позволяет при построении теорий, описывающих и оценивающих системы переработки информации, отказаться от выделения ценности информации в самостоятельную категорию и ограничиться использованием единой меры количества -ценности.

5. В результате построения формальной модели пространства признаков объектов и исследования его математических свойств доказано, что при весьма общих условиях это пространство является пространством Лебега, что создает возможность использования для дальнейших построений удобной математической модели в виде

единичного отрезка действительной оси.

0. За счет построения системы упорядоченных измеримых разбиений пространства признаков объектов доказана возможность реализации процедуры поиска заданного объекта из исходного шо-жсства, чем создана важная посылка для построения определения количества информации, являющегося характеристикой конструктивной процедуры моделирования объекта.

7. Сформулирован и доказан основополагающий для построения информационной меры принцип наименьшего пути, согласно которому поиск заданного объекта из исходного множества можно представить как движение по траектории в пространстве упорядоченных измеримых разбиений, причем длина этой траектории, измеренная как расстояние Рохлина, оказывается минимальной. Принципом наимень-ыего пути обеспечивается однозначность и строгая определенность результата процесса измерения количества информации.

В. Для общих условий с использованием принципа наименьшего пути решен с использованием аппарата теории меры вопрос о количестве шагов, необходимых для поиска заданного объекта в пространстве измеримых разбиений. Результат такого исследования дает количественную характеристику конструктивной процедуры моделирования заданного объекта по известному набору признаков.

9. Построена эффективно реализуемая конструктивная процедура измерения количества информации о заданном индивидуальном объекте и количества информации относительно моделируемой системы. Получаемые таким образом меры непосредственно применимы к определению запаса информационного ресурса системы, в частности, вычислительной структуры, чем обеспечивается непосредственная практическая ценность такого результата: сконструированная информационная мера может применяться к анализу формализованной модели вычислительной системы либо модели какой-либо из ее подсистем, чем- обеспечивается возможность построения оценок эффективности и производительности подобного рода устройств и, следовательно, решения задач их анализа и синтеза.

10. Сделан вывод о том, что оценки эффективности и производительности систем.переработки информации должны отражать степень соответствия вычислительных средств внешней среде, во взаимодействии с которой рассматривается работа данного устройства, чем обеспечивается применение на всех уровнях системы переработки информации единых критериев и общей методики.

11. Показано, что о случае специализированных вычислительных систем, работа которых носит существенно нестационарный характер, оценки эффектности и производительности должны иметь детермкинровчнныа характер и основываться на ислользовег.ии разработанной в диссертации мепы колячестра информации.

12. Построено определенна вычислительной структуры, ориентированное на учет связей м?жду ее входными и выходными словами, причем структура рассматривается детерминированная машина, работающая в условиях детермчкирозанно1 внешней'среды, чем обеспечивается пригодность такого определения для формализации списания упраэл.'гкцих вычислительных систем.

13. Построено определение нерн полезного эффекта вычислительной структуры, количественно оценивающая характер организации связей в структуре. Значение меры полезного скМюкта связано с гзличиной ?«н£ор.езциечного рзсурса вычислительной структуры, что позволило сЯорнулироБатъ критерии, непосредственно применимые к оценке систем переработки информации в ходе решения задач их анслиза и синтеза.

14. Построена модель базового набора операторов специализированного языка программирования управляющего вычислителя, обеспечивающая возможность применения в процессе синтеза этого набора как аппарата теории меры, так и развитых в диссертации принципов измерения эффективности и производительности вычисли' тельных структур.

15. Доказана с использованием построенного в работа формального аппарата целесообразность укрупнения базовых операторов управляющей вычислительной системы, а также целесообразность их непосредственной микропрограммной реализации. Данный вывод подтверждается содержательными оценками технических параметров вычислителя в виде объема памяти и времени выполнения управляющего алгоритма.

16. Построена система критериев синтеза и оптимизации подсистем управляющего вычислителя, причем для подсистемы вида "исходные формульные зависимости - набор базовых операторов" разработана методика такого синтеза, обеспечивающая построение и оптимизацию базового набора операторов спецвычислителя, а также обладающая высокой степенью универсальности в отношении возможности ее применения в ходе проектирования аирокого класса управляющих вычислительных систем.

17. С использованием такой истодизк синтезирован базовый набор 1ИП0Е1Л: и нф о ртц и о и; их операторов, предназначенный дчк оффектшшой реализации управления алгоритмов специализированных вычислителей, работающих а составе КК ЛА.

13. Разработаны вопросы структурно!*; и архкхекчурной организация бортовых специализированных вычислиталей, предназначенных для еффзктиацой роалкгацкк типовых итерационных операторов, в рейках ч '.го:

- разработан ряд модификаций спецЕычислктелоА, позволяйся: с высокой степенью! гибкости и удобства реадиговывать управлявшие алгоритмы, построение на языке информационных оператороа;

- создана возможность выбора для построения управляющей Еьадслитальной система б качестве базового модул« того варианта структури вычислителя, который в максимальной степени отвечает по ссоим функциональным воз;.-:огностям конкретный условиям применения;

. - при разработке ртда спецвычислкгелэй предлагается общий архитектурный подход', заключающийся в использовании нестандартных инструкций попиленной разрядности, что создает богатио возможности по организации процесса обработай информации.

Разработанные бычислитольныэ устройства обладают достаточно высоким для класса бортовых управляющих систем быстродействием и имеют мощную сьх-гачу Прорываний, а такав обладают возможностью обработки подпрограмм с большой глубиной вложения.

»

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Еилойко A.B., Кочнев В.Ф., Маринов М. Некоторые методы информационной теории систем и их применение к вычислительным структурам // Вычислительная техника - 79: Тез.докл. У 1влдио-иальной научн.-техц.конф. 12-13 октября 1979 г. - Варна, 1979. - С. 5.

2. Шилейко A.B., Кочнев В.Ф., Нефедкина Г.Ф. Об одном подходе к определению мер количества и ценности информации и использование этих мер. для анализа вычислительных структур // Проблемы создания и использования высокопроизводительных информационно-вычислительных машин: Тез. докл. Всесоюзного научн.-техн. совещания, 9-И октября 1979 г. - Кишинев, 1979. - С. 112114.

3. Шлл'сйко Л.В,, Кочнов 8.3., Нефедккна Г.Ö. Новое спре-дзлснпе мэр количества и цснчссти информации и прлменснио этих f-'ер для анализа еычислитольшяс систем // !.!е."зуз,сб, /?.К1Т. -1279, - Вал. 651: Злектрокниэ кк$ориациогспя ckctci.ii на -елез-нодорожнои транспорте. - С. 3-6.

'1. Кочз'.ов В.а. Сд}а! по,удод к опродзлзшпо шфзряциоцках ¡•:ер ироизяодитольности вычислительных снстсн /А!«пзуз. сб. / 1301?. - 1979. - Вы;. 651: Электронные информзциошдеэ систему на азлознодоролном транспорте. - G. 7-10,

5. Шнлейтсо А.З., Клепач А.П., Konica 3.0. Со учете параметров канала связи при решении задач анализа и синтеза вычислительных сетей // Вычислительные сети: Тез.докл. Всесоюзной сколы-семинара. - Владивосток, 1920.

6. Шилейко A.B., Кочнез D.O., Нофедккка Г.К вопросу о ценности информации // Электронное моделирование. - 1981. - 'М, - С. 3-8. . '

7. Шилейко A.B., Кочнев В.Ф., Титов З.-В. Некоторыз пробле-M'j построения гакролроцоссоршх систем управления на.железнодорожном транспорте // Медвуз, сб. Д331Т. - 1933. - Вып. 731: Технологическая проводная радиосвязь на железнодорожном транспорто. - С. I0I-T06.'

3. Г'ринкевич A.B., Кочнеэ B.Ö., Серяков В.А., Шилин В.А.' Устройство отладки программ для микропрсцоссорюго комплекта К523 Ц Микропроцессорные распределенные системы управления технологическими процессами и гибкими автоматизированными производства!"!: Тез. дсхл. научи.-техн.конф., 31 октября - I ноября 1934 г. - П., 1984. - С. 31-32.

9. Кочнов В.Э., Титов Е.В. Моделирование работы диспетчерского участка с использованием ЗЕ.Ч // Вестник ЕНИИЖТа. - 1987.-Ь 3.. -"с. 9-12.

10. Шилейко A.B., Кочнев В.Ф. О построении инфор-:ационного критерия эффективности и производительности вычислительных сетей // Вычислительные сети: Тез. дскл. I4-I Всесоюзной сколи-саминара". - Минск, 1989. - С. 199-202.

11. "илейко A.B., Кочнев B.S., Петров Б.К. Структурный подход к проектированию бортовых мультипроцессорных систем // Распараллеливание обработки информации: Тез. докл. УП Всесоюзной сколы - семинара, - Львов, 1939. - С. 164-165.

12. Шилейко A.B., Кочнев В.О., Петров Б.К. К вопросу о проблемной ориентации управляющих вычислительных систем // Распараллеливание обработки информации: Тез. докл. У1! Всесоюзной школы-семинара. - Львов, IS39. - С. 233-234.

13. Кочнов В.О., Наит-Буда Ы. Методика проектирования структуры многопроцессорного вычислителя на базе однокристальных ЭЗЛ Д1оск.ин-т инж. к.~д.трансп. - М., 1589. - 7 С. - Деп. в ВИНИТИ 14.11.89., № Ш14--Ш9.

14. Кочнов В.Ф., Наит-Буда Ы. Экономические параметры базовых матри;шых кристаллов / Моск. ин-т инж. н.-д.трансп. - М., 1ЭДЭ. - 4 С. - Деп. в Б1НШ 14.II.09., № 68I3-B89.

15. Кочнев В,0. К вопросу о микропрограммной реализации макрооператорои вычислительного устройства системы железнодорожной автоматики /Д1ежвуэ.сб.науч.тр. ДС!ЛТ. - 1939. - Вып. 815: Электронные информационные система на железнодорожном транспорте. - С. 13-16.

16. Кочнев B.i., Титов Е.В. Подход к регулированию движения поездов по диспетчерскому участку //Межвуз.сб.науч.тр, / КИТ. - 1339. - Вып. 815: Электронные инфор.'лационные системы на железнодорожном транспорте. - С. 3-12.

17. Кочней D.i., Петров Б.К. О выборе конфигурации вычислительного блока системы железнодорожной автоматики //Межвуз. сб.научн.тр. /¡»5.EIT. - 1939. - Вып. ÖI6: Электронные информационные системы на железнодорожном транспорте. - С. 29-34.

, 13. V.Kock Оа J/г inforrnutionat' measurc о/ Computer ьуъТ^т par/arnmnee. ProcceJinp uf Fifih Anniversar^. International Conference:, кАсотск'¿4]

19. Кочнев В.5., Шовкун В.Д. Архитектура управляющего вычислителя с нестандартной системой инструкций Л'оск.ин-т инж. ж.-д.трансп. - М., 1990. - б С. - Деп. в ЕЧИГШ 27.02.90.,

'№ П18-В90.

20. Кочнев В.5. О критериях построения базового набора операторов специализированного языка программирования /Моск. ин-т инж. ж.-д.трансп. - М., 1990, - 5 С., -'Деп. в КИП-Ш 27.02.90., № III9-B90.

21. Кочнев В.Ф., Шовкун В.Д. Детерминированный подход к определению информационной эффективности вычислительных структур /Моск.ин-т ж.-д. трансп. - V;., 19.Ю. - о С. - Деп. в В'ЛГИЪ! 27.02.90., JJ II20-B90.

22. Кочнов В.О., Ляпукцоп С.А. СраЕНОиия производительности БМК и микропроцессоров //Тохничесгсие требования, опыт проект тиро калия и применения заказных и полузаказных БИС и микросборок: Тоз.дскл. науч.-техн.семинара, 20-21 февраля I9S0 г., -

Л., 1990. - С. 63-73.

23. Кбчнев B.S., ПоволоцкиЯ 0.Б., Самохвалов А.И. Программирование in. ПЛ/ I (на примерах реаения задач колезнодоротного транспорта). - Ü.: Транспорт, 1982, - 2С8 с.

24. Шилейко A.B., Кочнев B.S., Химушин Й.Ф..Введение в информационную теории систем. - М.: Радио н связь, 1985. - 278 с.

Из работ, выполненных в соавторстве, в диссертации используется результаты, полученные лично азтором. В работах Ll-3, 5, S, 10, 21, 22, 24 3 автором диссертации рассмотрены вопроси построения мера количества информации, построонип информационных критериев и их применения для рлализа вычислительных систем, в [231 '- проблешо.Ч ориентации языков программирования, в £7, 8, II-I3, 17, 19] - разработки структуры и архитектуры спец-вычпелителой, d [9, 14, 16] - построение математических моделей.

5д\н0 Ь ИА60Р /6.0Л90 Л ЬЪЪ/б^Тодп. б печлгпь Q5-.oj.go ОВЬЕМ 2,25 п.к. TopAfAT 60XSV/M Зак. tzb3 тир. МО

Тип. МИИТ«. , уц. О 0РАЛЦОАА, fs: