Пантєлєєва Наталія Миколаївна. Метод синтезу цифрових пристроїв за умовами надійності на основі альтернативних форм представлення інформації: дисертація канд. техн. наук: 05.13.05 / НАН України; Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є.Пухова. - К., 2003. - 21 с.
Анотація до роботи:
Кочкарев Ю.А., Казаринова Н.Л., Пантелеева Н.Н. Классические и альтернативные минимальные формы логических функций: Каталог- справочник. Монография / Институт проблем моделирования в энергетике им. Г.Е. Пухова, Черкасский институт управления.- Черкассы, 1999.- 195с.- ISBN 966-95730-0-9.
Кочкарев Ю.А., Пантелеева Н.Н., Казаринова Н.Л. Взаимные преобразования классических и альтернативных представлений комбинационных схем цифровых автоматов //Сб.науч.трудов НАН Украины; Институт проблем моделирования в энергетике им. Г.Е. Пухова.- Львов.-1998.- В.3.- С.94-99.
Пантелеева Н.Н. Анализ структуры множества логических функций в полиномиальном представлении //Сб.науч.трудов НАН Украины; Институт проблем моделирования в энергетике им. Г.Е. Пухова.- Черкассы: ЧИУ, 1998.-В.6.- С.94-99.
Кочкарев Ю.А., Пантелеева Н.Н., Казаринова Н.Л. Минимизация логических функций как задача линейного программирования // УСиМ.- 1999.-№4.- С.7-12.
Кочкарев Ю.А., Пантелеева Н.Н., Казаринова Н.Л. Альтернативные модели биомолекулярных вычислений на основе изоморфизма логических и кусочно-постоянных функций // Электроника и связь.-1999.- Т.1, №6.- С.217-221.
Кочкарев Ю.А., Казаринова Н.Л., Пантелеева Н.Н. Минимизация площади ПЛМ на основе оптимизированной формы цифровых автоматов // Электроника и связь.- 2000.-Т.2, №8.- С.282-286.
Кочкарев Ю.А., Пантелеева Н.Н. Множества приоритетов и оценка их мощности с учетом сложности ПЛМ2 // Сб.науч.трудов НАН Украины; Институт проблем моделирования в энергетике им. Г.Е. Пухова.- 2000.-В.5.- С.34-41.
Кочкарев Ю.А., Пантелеева Н.Н. Динамика изменения мощности подмножеств логических функций, перспективных для альтернативных реализаций // Электроника и связь.- 2001.-№11. - С.81-86.
Кочкарев Ю.А., Пантелеева Н.Н., Казаринова Н.Л. Оптимизация структуры цифровых устройств с помощью объединения классических и неклассических форм // Электроника и связь.- 2002.-№14. - С.106-108.
Рудницький В.Н., Пантелеева Н.Н. Исследование методов синтеза структурних кодов // Электроника и связь.- 2003.-№18. - С.62-64.
Кочкарев Ю.А., Казаринова Н.Л., Пантелеева Н.Н. Априорное определение оптимальной формы представления логических функций // Збірник наукових праць “Сучасні інформаційні та енергозберігаючі технології життєзабезпечення людини”: Спец. випуск журналу “Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах”. - К.: ФАДА, ЛТД. -1999.- В.6.-С.429-432
Kochkarev J.A., Panteleyva N.N., Kazarinova N.L. Minimization of logic function in the optimized form of representation // Advanced computer systems (ASC’98).- Szczecin (Poland).- 1998.- Р.567-568.
Кочкарев Ю.А., Пантелеева Н.Н. Уточнение границ множества приоритетов с учетом сложности ПЛМ2 // Тезисы ХХ научно-технической конференции “Моделирование”, Институт проблем моделирования в энергетике им. Г.Е. Пухова.- К., 2000.- С.8.
Кочкарев Ю.А., Пантелеева Н.Н., Шакун С.А. К вопросу оптимизации структуры программируемых логических матриц // Электроника и связь.- 2003.-№18. - С.155-157.
АНОТАЦІЇ
Пантєлєєва Наталія Миколаївна. МЕТОД СИНТЕЗУ ЦИФРОВИХ ПРИСТРОЇВ ЗА УМОВАМИ НАДІЙНОСТІ НА ОСНОВІ АЛЬТЕРНАТИВНИХ ФОРМ ПРЕДСТАВЛЕННЯ ІНФОРМАЦІЇ. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.05 - “Елементи та пристрої обчислювальної техніки та систем керування”.- Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України, Київ, 2003.
Дисертаційна робота присвячена розробці методу синтезу цифрових пристроїв за умовами надійності на основі альтернативних форм представлення інформації, який забезпечить надійність функціонування цифрових пристроїв у системах реального часу.
Запропоновано: поняття базової групи; класифікацію структурних кодів на основі базових груп; альтернативні структурні коди; характеристики для оцінки властивостей структурних кодів; поняття підмножини пріоритетів; показники оцінки потужності підмножин пріоритетів; класифікацію альтернативних форм представлення логічних функцій на основі підмножин пріоритетів.
Розроблено: матрично-аналітичний метод синтезу структурних кодів; математичний апарат розрахунку характеристичних оцінок структурних кодів і визначення систем обчислення; метод перетворення, контролю і корекції інформації в альтернативних структурних кодах; алгоритм виявлення і виправлення помилок при реконфігурації інформації; метод мінімізації логічних функцій у формі поліномів Ріда-Мюллера; розв‘язання класичної задачі мінімізації логічних функцій у формі поліномів Жегалкіна шляхом зведення її до задачі лінійного програмування; метод синтезу цифрових пристроїв за умовами надійності; функціональна схема арифметико-логічного пристрою мікропроцесорної системи, як практична реалізація запропонованого методу.
Центральними процедурами методу синтезу цифрових пристроїв за умовам надійності є: вибір базової групи і синтез структурних кодів на її основі та вибір форми представлення логічних функцій. Реалізація методу дозволяє розширити кількість форм представлення інформації для створення гнучкої відмовостійкої системи керування, яка має реконфігуровану інформаційну структуру, здатність адаптації до розв’язуваних задач і моделі помилок.
Ефективність запропонованого методу синтезу цифрових пристроїв обґрунтована результатами теоретичних розрахунків, що показали можливість підвищення ймовірності безвідмовної роботи схемотехнічної реалізації до 25%. Теоретичні розрахунки були підтверджені результатами попередніх іспитів дослідного зразка спеціалізованого обчислювача на НВК “Фотоприлад” (м.Черкаси).
У дисертаційній роботі розглянуто проблему забезпечення надійності функціонування цифрових пристроїв і систем керування. Основну увагу приділено розробці методу синтезу цифрових пристроїв за умовами надійності на основі альтернативних форм представлення інформації, розвитку методів синтезу надлишкових кодів та аналізу їх властивостей щодо виявлення і виправлення помилок, розвитку методів мінімізації і можливості використання альтернативних форм представлення логічних функцій. До основних результатів роботи відноситься наступне.
На підставі огляду існуючих кодових систем, що забезпечують надійність, визначений клас структурних кодів, які надають можливість створювати адаптивну відмовостійку систему керування реального часу, що характеризується високою ефективністю і простотою корекції збоїв і відмов у момент їх виникнення. Структурні коди дають можливість проектування систем з високим рівнем надійності ії функціонування, що ґрунтується на здібності кодів до виявлення і виправлення помилок, простоті виконання арифметичних операцій. Для проведення аналізу множини структурних кодів визначені основні і окремі характеристики кодів та введене поняття базової групи.
Проведено класифікацію структурних кодів, виділено і визначено основні кодові сукупності, аналітичні залежності розрахунку якісних і кількісних показників структурних кодів.
Розроблено новий матрично-аналітичний метод синтезу структурних кодів на основі базової групи, який дозволяє отримати нові, раніше не досліджені коди, що мають нові вагарні ряди і меншу інформаційну надмірність. Особливістю методу є вибір початкової структурної форми з урахування вимог надійності і надмірності, аналітичний розрахунок усіх характеристик коду. У методі використовується спеціально розроблений математичний апарат перевірки приналежності структурних кодів до структурних систем числення за типом базової групи та визначення рекурентної залежності рядів вагових коефіцієнтів, що дозволяє на етапі вибору форми представлення інформації оцінити принципові можливості виконання арифметичних операцій.
Виділено новий клас структурних кодів, названий альтернативними структурними кодами; запропоновані математичні моделі, таблиці істинності виконання операцій і варіанти схемотехнічних рішень кодоперетворювачів, пристроїв виявлення і корекції помилок в альтернативних структурних кодах, які дозволять на етапі синтезу оцінити складність реалізації пристроїв і їх надійність.
Розроблено новий метод корекції інформації, представленої альтернативними структурним кодами, на основі реконфігурації, що дозволяє виявляти і виправляти помилки у процесі передачі інформації і виконання арифметико-логічних операцій для визначених структурних кодів. В основу методу покладені основні методи підвищення надійності: інформаційна надмірність, виявлення помилок, тимчасове резервування, маскування відмов, декодування з виправленням помилок.
Знайшов подальший розвиток підхід застосування у проектуванні цифрових пристроїв альтернативних форм представлення логічних функцій. Розширено класифікацію форм представлення логічних функцій завдяки запропонованим бінарним формам представлення, які можуть бути рівноправними відносно класичної форми і унарних: арифметичної і Ріда-Мюллеровської. Вперше досліджені структури підмножин бінарних форм. Наведені результати вказують, що потужність альтернативних бінарних підмножин зі зростанням кількості аргументів збільшується і для n=4 складає більш 95%. Динаміка зміни потужності підмножин пріоритетів при збільшенні кількості аргументів свідчить, що використання класичної форми представлення має явно убуваючий характер і підтверджує необхідність практичного впровадження альтернативних форм представлення.
Розроблено метод мінімізації для форми представлення у вигляді поліномів Ріда-Мюллера. Особливістю методу є використання спеціальної процедури перетворення для поляризованої матриці, результатом якої є побудова таблиці коефіцієнтів зсуву, що дозволяє побудувати матрицю переходу для будь-якого n і вектору поляризації. Досліджено вплив вектора поляризації на структуру підмножини пріоритетів поліномів Ріда-Мюллера, який підтвердив необхідність спільного використання різних векторів поляризації з метою забезпечення ефективності використання форми представлення.
Запропоновано розв‘язання класичної задачі мінімізації логічних функцій для поліномів Жегалкіна шляхом зведення її до задачі лінійного програмування, де цільова функція і система обмежень відповідають заданому критерію мінімізації.
Розвинуто методику оцінки площі програмованих логічних матриць при використанні альтернативних форм представлення логічних функцій у синтезі цифрових пристроїв, а саме запропонована оцінка збільшення площі ПЛМ2 у відповідності до зменшення площі ПЛМ1. Визначено граничну величину схемотехнічного ускладнення (надмірності), потужність альтернативних підмножин, коли використання альтеративних форм є доцільним і забезпечує економію площі ПЛМ.
Усі результати попередніх досліджень покладені в основу розробки нового методу синтезу цифрових пристроїв за умовами надійності в альтернативних формах представлення інформації.
Суть методу полягає в наступному: отримання структурних кодів на основі базової групи; розрахунок їх характеристик; синтез математичних моделей пристроїв; вибір логічного базису схемотехнічної реалізації; оцінка надійності пристроїв, що синтезуються. Центральними процедурами методу є вибір базової групи і синтез структурних кодів на її основі, вибір форми представлення логічних функцій, оцінка надійності. Реалізація методу дозволяє розширити кількість форм представлення інформації для створення гнучкої відмовостійкої системи керування, яка має реконфігуровану інформаційну структуру та здатність адаптуватись до розв’язуваних задач і моделі помилок.
Практична реалізація запропонованого методу синтезу цифрових пристроїв показана на прикладі синтезу арифметико-логічного пристрою мікропроцесорної системи, для якого: розроблено функціональну схему; визначено залежності для оцінки ймовірності виникнення помилок при використанні структурних кодів, що враховують статико-динамічний режим роботи цифрових пристроїв; проведено оцінку ймовірності безвідмовної роботи з урахуванням змін статико-динамічного режиму роботи логічних елементів, виявляючих і корегуючих здібностей альтернативних структурних кодів; проведено оптимізацію структури програмувальної логічної матриці.
Ефективність запропонованого методу синтезу цифрових пристроїв обґрунтована результатами теоретичних розрахунків синтезованого АЛУ, що показали можливість підвищення ймовірності безвідмовної роботи схемотехнічної реалізації до 25% та були підтверджені результатами попередніх іспитів дослідного зразка спеціалізованого обчислювача на НВК “Фотоприлад”.
