Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 3 за 2012 год.

Упорядочить результаты по: Дате публикации | Заголовку статьи | Авторам |

31. Решение систем полиномиальных уравнений на ЭВМ [№3 за 2012 год]
Автор: Лёзин И.А.
Просмотров: 10050
Предложен ускоренный алгоритм поиска базисов Грёбнера, используемых при решении систем полиномиальных уравнений. Данный алгоритм рассматривает проблему переполнения разрядной сетки и некорректных вычислений при проведении расчетов на ЭВМ. Классический алгоритм Бухбергера и обновленный алгоритм Фужера требуют большего числа шагов, при этом не содержат дополнительных действий по коррекции вычислений чисел с плавающей запятой, что приводит к ошибкам и неверному вычислению корней системы уравнений для иррациональных коэффициентов. Новый алгоритм в несколько раз уменьшает количество операций редукции числа полиномов, не хранит все возможные пары полиномов и не проверяет их на то, что один может быть выражен через другой. Предложенный в статье алгоритм оперирует только тем количеством полиномов, которые в данный момент представляют собой базис. Базис расширяется, если ни один из его полиномов не может быть представлен в виде комбинации других полиномов базиса. В противном случае лишний полином удаляется из базиса, что позволяет избежать чрезмерного разрастания базиса и лишних операций с этим полиномом. Чтобы избежать проблем некорректных вычислений из-за разрядной сетки компьютера, алгоритм предусматривает постпроверку. Если какой-либо полином редуцируется, то исходный полином должен быть представлен комбинацией редуцированного полинома и остальных полиномов базиса. Если значения коэффициентов одинаковых мономов после этого не совпадают, коэффициенты редуцированного полинома требуют коррекции на величину ошибки.

32. Исследование аппроксимативных возможностей радиально-базисной сети с ортогональными полиномами [№3 за 2012 год]
Автор: Лёзина И.В.
Просмотров: 7886
Описывается постановка задачи аппроксимации, обосновывается возможность использования в качестве аппрок-симатора плотности распределения вероятности радиально-базисной нейронной сети, приводятся аппроксимирующее выражение для данной сети и выражение для целевой функции, с помощью которой происходит подбор параметров базисных функций и значений весов. Рассматривается возможность использования при аппроксимации плотности распределения вероятности радиально-базисной сетью не только традиционных функций Гаусса, но и сигмоидальных и степенных функций и ортогональных полиномов Лежандра, Чебышева I и II рода, Лагерра и Эрмита. Приводятся соответствующие формулы. Сравниваются погрешности аппроксимации путем вычисления среднего квадратического отклонения. В качестве примеров приводится аппроксимация плотности вероятности Симпсона и Рэлея радиально-базисной сетью c сигмоидальными, степенными функциями, а также полиномами Лежандра, Чебышева I и II рода, Лагерра и Эрмита. Дается рекомендация по использованию радиально-базисной сети с полиномами Лежандра, Чебышева I и II рода в качестве базисных функций при увеличении числа нейронов в скрытом слое, так как такая сеть позволяет достичь более низких значений среднего квадратического отклонения, чем сеть с традиционными функциями Гаусса.

33. Алгоритмы навигации на внешней поверхности модели международной космической станции [№3 за 2012 год]
Авторы: Мальцев А.В., Михайлюк М.В.
Просмотров: 9768
Передвижения по внешней поверхности международной космической станции космонавт осуществляет, держась за специальные поручни. Поскольку станция имеет большие размеры, для эффективного и безопасного перемещения необходимо решать задачу навигации, то есть строить оптимальный маршрут между начальным и целевым поручнями. В данной статье предлагаются алгоритмы поиска маршрутов по критерию минимальной длины или наименьшей сложности пути между двумя заданными поручнями. Рассматриваются случаи нахождения как одного, так и всех возможных маршрутов, отвечающих выбранному критерию. Поиск маршрутов осуществляется с помощью графа, в котором вершины соответствуют поручням на станции, а ребра показывают возможность перехода между соседними поручнями. Для решения задачи строится ориентированный подграф, в котором любой путь между начальной и целевой вершинами маршрута является кратчайшим (или имеет наименьшую сложность прохождения) в исходном графе. Предложенные алгоритмы можно использовать при реализации систем навигации для имитационно-тренажерных комплексов подготовки космонавтов. Применение таких систем в тренажерных комплексах позволит повысить эффективность обучения на них специалистов для выполнения работ на внешней поверхности станции. В статье проиллюстрирована система навигации в видеотренажерном комплексе, основанная на использовании описанных алгоритмов. Для отображения пути, построенного между двумя поручнями, осуществляется подсветка входящих в него поручней заданным цветом. Кроме того, затрагивается вопрос о перспективах развития тренажерных комплексов в направлении создания такой системы, которая одновременно использует технологии виртуальной реальности (шлемы виртуальной реальности, компьютерные перчатки) и систему навигации.

34. Планшетный компьютер для оснащения рабочих мест промышленного предприятия [№3 за 2012 год]
Автор: Матвеев А.И.
Просмотров: 8973
Предлагаются два варианта разработки портативной вычислительной машины, функционирующей на основе материнской платы как стационарного компьютера, так и портативного (ноутбука). На полученных данных в результате сборки моделей проводится анализ характеристик устройств, в результате которого делается выбор в пользу вы-числительной машины, работающей на основе материнской платы стационарного компьютера. Созданный планшетный компьютер является мобильным и питается от аккумулятора. Это обусловливает изменение всей системы питания материнской платы и исключает использование стандартного блока питания. Питание созданного планшетного компьютера осуществляется на основе ШИМ-генератора. Этот метод легко реализовать ввиду большого разнообразия микросхем MAXIM и ISL (возможность программного управления уровнем напряжения), широкой элементной базы как микросхем ШИМ-генерации, так и нескольких полевых транзисторов в одном корпусе. Также используется матрица (экран) от портативного компьютера (ноутбука), изображение передается на нее через DVI-выход. Решение ряда технических задач обеспечивает соответствие требуемым функциональным и стоимостным характеристикам, что позволяет оснастить необходимое количество рабочих мест заинтересованного промышленного предприятия.

35. Модели управления транспортными потоками в условиях затора [№3 за 2012 год]
Авторы: Михеева Т.И., Михеев С.В.
Просмотров: 9479
Объектом управления в интеллектуальной транспортной системе является транспортный поток, обладающий стохастичностью поведения, нестационарностью, временными колебаниями характеристик. Для непрерывного потока выделяются такие режимы движения: свободный поток, групповое движение и насыщенный поток. Свободный поток имеет малую интенсивность движения. При групповом появляются взаимные помехи движению, режим движения неустойчив, небольшое увеличение групп в потоке может привести к уменьшению скорости и интенсивности движения – к насыщенному потоку. При изменении плотности до критической (плотности в условиях затора) интенсивность уменьшается от пропускной способности до нуля. В области критической плотности может существовать точка разрыва функции V=f(k), что приводит к скачкообразному изменению скорости движения. Незначительное увеличение интенсивности потока может привести к ситуации, когда очередь автомобилей не умещается на перегоне и скапливается в зоне перекрестка. Неустойчивость транспортного потока в области пропускной способности и распространение возмущений в потоке приводят к разрывам в значениях его характеристик, флуктуация количества транспортных средств – к неустойчивости процесса движения в зоне пропускной способности и возникновению точки бифуркации. Выбрана теория катастроф, переход от моделей которой к моделям дорожного движения состоит в изучении потерь устойчивости, определении факторов, влияющих на скачкообразное изменение параметров, в интерпретации параметров катастрофы, построении и исследовании модели. Задача распознавания, предсказания и ликвидации предзаторной ситуации, предотвращения затора актуальна в управлении транспортными потоками.

36. Нейросетевые модели разнородных пространственно-координированных данных [№3 за 2012 год]
Авторы: Михеева Т.И., Сапрыкин О.Н., Михеев С.В.
Просмотров: 9231
Объектом управления в интеллектуальной транспортной системе является транспортный поток, обладающий стохастичностью поведения, нестационарностью, временными колебаниями характеристик. Для непрерывного потока выделяются такие режимы движения: свободный поток, групповое движение и насыщенный поток. Свободный поток имеет малую интенсивность движения. При групповом появляются взаимные помехи движению, режим движения неустойчив, небольшое увеличение групп в потоке может привести к уменьшению скорости и интенсивности движения – к насыщенному потоку. При изменении плотности до критической (плотности в условиях затора) интенсивность уменьшается от пропускной способности до нуля. В области критической плотности может существовать точка разрыва функции V=f(k), что приводит к скачкообразному изменению скорости движения. Незначительное увеличение интенсивности потока может привести к ситуации, когда очередь автомобилей не умещается на перегоне и скапливается в зоне перекрестка. Неустойчивость транспортного потока в области пропускной способности и распространение возмущений в потоке приводят к разрывам в значениях его характеристик, флуктуация количества транспортных средств – к неустойчивости процесса движения в зоне пропускной способности и возникновению точки бифуркации. Выбрана теория катастроф, переход от моделей которой к моделям дорожного движения состоит в изучении потерь устойчивости, определении факторов, влияющих на скачкообразное изменение параметров, в интерпретации параметров катастрофы, построении и исследовании модели. Задача распознавания, предсказания и ликвидации предзаторной ситуации, предотвращения затора актуальна в управлении транспортными потоками.

37. Математическая модель пользовательской сети-на-кристалле [№3 за 2012 год]
Авторы: Мосин С.Г., Хассан Мд Муид, Тухтамирзаев А.Ю.
Просмотров: 7965
Развитие микроэлектроники обеспечило возможность реализации сложных электронных систем в интегральном исполнении. При разработке этих систем выбирают такие САПР, интегральные технологии и маршруты проектиро-вания, которые позволят сократить сроки проектирования, повысить надежность и качество получаемого решения. Для повышения эффективности процесса проектирования предлагаются различные методологии, например, система на кристалле (SoC – system on a chip), система в корпусе (SiP – system in a package), многокристальные модульные системы (MCM – multi chip module) и др. Для проектирования сложных мультипроцессорных систем на кристалле (MPSoC – Multiprocessors System on a Chip) была предложена технология «Сеть-на-кристалле» (NoC – network on a chip). Архитектуры специализированных приложений MPSoC включают многочисленные однородные вычислительные ядра и модули памяти. Каждое ядро обеспечивает ограниченный набор прикладных функциональных возможностей. Для таких проектов можно представить однозначные схемы межъядерной коммуникации. Технологию NoC используют при проектировании для построения коммуникационной среды, обеспечивающей взаимодействие модулей системы. NoC состоит из маршрутизаторов, физически связанных друг с другом. Каждое вычислительное ядро и модули памяти подключены к NoC через интерфейс ресурса к сети (RNI-interface). В общем случае технология NoC предполагает использование однородной топологии – решетки, которая обеспечивает подключение к каждому ком-мутатору одинакового числа ядер, образующих домен. Домены системы взаимодействуют и представляют регулярную структуру. Альтернативным решением является использование неоднородной топологии, что предполагает учет на этапе проектирования специфических особенностей ядер разрабатываемой системы. Выбор количества маршру-тизаторов и способа коммутации выполняют с целью минимизации задержки сигналов, площади кристалла и уровня энергопотребления. Использование неоднородной топологии ориентировано на проектирование специализированных приложений, обладающих минимальной универсальностью. Предложена математическая модель пользовательской сети-на-кристалле (NoC). Приведен алгоритм поиска кратчайшего пути в графе. Представлены полученные результаты работы алгоритма для оптимизации топологии NoC.

38. Компьютинг и моделирование размытой задачи Коши методом виртуальной перспективы [№3 за 2012 год]
Автор: Мышев А.В.
Просмотров: 8047
Рассматриваются компьютинг и моделирование размытой задачи Коши методом виртуальной перспективы в ус-ловиях ограничений, модельной замкнутости и неопределенности. Исследуется динамическая эволюция объектов космического пространства в рамках прогностических моделей ограниченной задачи N – гравитирующих тел на основе методов традиционной вычислительной математики и метода виртуальной перспективы. Полученные результаты показали, что этот метод более эффективен и перспективен для решения размытых задач в отличие от традиционных схем моделирования. При компьютерном моделировании обозначенной задачи методом виртуальной перспективы она описывается и отражается на языке информационной модели. В этом случае задача определяется и задается как дискретная динамическая информационная система, определенная на множестве узлов координатных и перспективных решеток. Информационными прототипами среды вычислений и ее элементов в компьютерных системах являются символьные цепочки и их композиции. Для моделирования в виртуальной среде вычислительных систем характерны следующие особенности. Во-первых, вычислительный процесс порождает динамику соответствующих цепочек связанных отображений (ЦСО) в вычислительных технологиях моделирования. Во-вторых, характер информационного взаимодействия и взаимосвязи виртуальных объектов среды моделирования в виде состояний динамики ЦСО и реальных состояний имитируемой задачи отражаются на узлах координатной решетки. Такая решетка является геометрическим шаблоном модели активной памяти среды вычислений. Для построения ЦСО, соот-ветствующих уравнениям динамики моделируемой задачи Коши, использовались две формы дискретизации фор-мальных эволюционных операторов моделируемой задачи. В рамках компьютерных моделей размытой задачи Коши исследованы две схемы построения ЦСО. Первая построена на основе методов Рунге–Кутты, а вторая – на основе методов Адамса. В настоящее время в вычислительных технологиях компьютерного моделирования эти методы наиболее изучены и опробованы. Для размытых задач цепочки связанных отображений по каждой переменной эво-люционного оператора задачи рассматривались как множество проекций локальной информационной динамической системы в узлах базовой координатной решетки.

39. Методы сокращения количества уязвимостей в специальном программном обеспечении реального времени [№3 за 2012 год]
Автор: Нархов К.Г.
Просмотров: 12886
Настоящая статья посвящена вопросам автоматизации деятельности программиста, в частности, сокращению ко-личества уязвимостей и ошибок в программном коде. Рассмотрены особенности разработки программ в среде техно-логических средств автоматизированной генерации специального программного обеспечения (ТСАГ СПО), а также приемы использования библиотеки, входящей в состав ТСАГ СПО для сокращений потенциальных уязвимостей в разрабатываемых программах. Приводится классификация типовых уязвимостей в программном обеспечении реаль-ного времени, анализируется каждый класс потенциальных уязвимостей с точки зрения частоты появления в про-граммах, причин возникновения и методов их предотвращения средствами ТСАГ СПО. Некоторые потенциальные уязвимости рассмотрены с учетом особенностей конфигурации операционной системы реального времени. Для классификации уязвимостей были использованы статический анализатор и набор исходных текстов программ реаль-ного времени, разработанных в НИИСИ РАН. Общая база исходных текстов насчитывает 204 программных модуля (более 111 700 строк). Представлен пример сокращения потенциальных уязвимостей в программе генерации исходных текстов реального времени (ПГЕН РВ), которая входит в состав ТСАГ СПО. Продемонстрирован способ сокращения уязвимостей за счет использования в библиотеке ТСАГ СПО типовых шаблонов программ, который позволил устранить все найденные статическим анализатором уязвимости в ПГЕН РВ. Основными перспективами развития изложенных в статье решений являются расширение библиотеки типовых шаблонов ТСАГ СПО и дополнение правил статического анализатора, в которые необходимо включить специфичные для операционной системы реального времени проверки и условия.

40. Микротесты для оценки производительности RTL-моделей микропроцессоров [№3 за 2012 год]
Автор: Николина Н.В.
Просмотров: 6097
Рассматривается подход к оценке и контролю производительности микропроцессоров на стадии их разработки. Предложена методика, позволяющая оценить производительность отдельных блоков, при этом игнорируется любое потенциальное влияние других. Представлен состав тестового набора для оценки производительности RTL-моделей микропроцессоров (моделей на уровне регистровых передач). Тестовый набор состоит из коротких программ (мик-ротестов), направленных на оценку производительности отдельных блоков. Выбор тестового набора для разных бло-ков осуществляется с учетом особенностей его работы. В статье рассмотрены наборы микротестов для блока веще-ственной арифметики, блока выборки/выдачи инструкций (буфера инструкций) и подсистемы памяти, реализованные для MIPS-подобной архитектуры. Для анализа времени выполнения кода используются счетчики производительности, входящие в состав регистров управляющего сопроцессора микропроцессора. Предложена система для автоматизации создания тестовых ситуаций, регрессионного запуска тестов и визуализации результатов оценки производительности. Тестовая система позволяет в разумное время получить результат оценки производительности и сравнить его либо с результатами предыдущих версий RTL-модели, либо с эталонными значениями. Проводится также анализ влияния оценки производительности на архитектуру будущей микросхемы. Показана возможность исследования влияния на производительность таких факторов, как изменение частоты памяти при постоянной частоте процессора. Результаты измерений даны на примере оценки производительности разрабатываемых в НИИСИ РАН 64-разрядных суперскалярных микропроцессоров и подтверждены на готовых микросхемах.

◄ ← Предыдущая | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | Следующая → ►