Современные информационные технологии/2. Вычислительная техника и программирование

Рудометкина Моника Николаевна

Томский политехнический университет, Россия

Штефан Кирилл Борисович

Карагандинский государственный технический университет, Казахстан

Классификация устройств логической сети.

Современные сверхбольшие интегральные схемы программируемой логики имеют очень низкую стоимость, высокое быстродействие и ряд других преимуществ [2]. Главной отличительной особенностью программируемой логики является возможность гибкой настройки ПЛИС на выполнение заданных самим пользователем функций.

С точки зрения классификации устройств логическую сеть можно отнести к дискретным (или конечным) автоматам с памятью [3; 4]. Ниже приводится определение дискретного автомата, взятое в урезанном виде из [3].

«Дискретный автомат – это устройство для преобразования дискретной информации. Он представляет собой ориентированный полюсник, который может иметь элементов, выполняющих функции обратных связей и являющихся элементами памяти. Часть структуры дискретного автомата, не имеющая обратных связей (элементов памяти), называется логическим преобразователем (ЛП), а совокупность элементов памяти – памятью (П) (рис. 1)» [3, с. 4].

Основным качеством, выделяющим дискретные автоматы из числа всех других преобразователей информации, является наличие дискретного (в реальных автоматах всегда конечного) множества внутренних состояний и свойства скачкообразного перехода автомата из одного состояния в другое (первое допущение).

Рисунок 1 Структура ДА с памятью

Второе допущение состоит в том, что после перехода автомата в произвольное состояние переход в следующее состояние оказывается возможным не ранее, чем через некоторый, дискретный для данного автомата, промежуток времени τ > 0, называемый интервалом дискретности автомата. Это допущение дает возможность рассматривать функционирование дискретного автомата в так называемом дискретном времени. Для синхронных автоматов моменты времени, в которые оказывается возможным изменение внутреннего состояния, определяются специальным устройством – генератором синхронизирующих импульсов. Соседние моменты времени при этом разделены равными промежутками [3].

Как дискретный автомат с памятью, логическую сеть в общих чертах можно охарактеризовать следующим образом. Полюса сети являются элементами памяти, ветви сети (каждая из которых содержит пару разнонаправленных преобразователей информации), взятые вместе, составляют основную часть логического преобразователя. В состав ЛП так же входят элементы, которые выполняют пересечение и сравнение множеств. При этом множество входных и выходных сигналов заносятся и считываются непосредственно из элементов памяти (полюсов сети). Поэтому число входов у логической сети всегда совпадает с числом ее выходов. По степени определенности логическая сеть является детерминированным автоматом (в отличие от вероятностных автоматов).

Каждая из построенных FPGA-микросхем, реализующая логическую сеть для разработанных морфологических моделей, является детерминированным синхронным дискретным автоматом с памятью.

К настоящему времени сформировалась идея использования логической сети в качестве компоненты персонального компьютера, расширяющей его интеллектуальные возможности. В общих чертах эту идею можно представить следующим образом. Кристалл программируемой логики, реализующий логическую сеть, располагается в виде процессора на PCI плате, которая устанавливается на материнской плате персонального компьютера. Процессор логической сети имеет высокоуровневый доступ к шине посредством PCI контроллера. Драйвер этого устройства имеет программный интерфейс пользовательских приложений, например, компоненты в текстовом процессоре, системе автоматического перевода, распознавания текста или речи.

Взаимодействие прикладного программного обеспечения с логической сетью показано на рисунке 2.

Рисунок 2 Взаимодействие прикладного ПО с логической сетью

В настоящее время наиболее конкретное воплощение идеи мозгоподобного компьютера – это ПК с программно-аппаратной системой интеллектуальной обработки естественного языка, которая изображена на рисунке 2. В [1] авторы предлагают довольно интересную точку зрения на такой мозгоподобный компьютер: «Сравнивая действие такого компьютера с работой мозга человека, можно уподобить действие программы, управляющей работой компьютера, работе сознания человека, а действие батареи карт – работе подсознания. Механизм сознания человека представляет собой сравнительно медленно действующую систему обработки информации последовательного действия. Устная и письменная речь, чтение текста, слуховое восприятие речи, сознательные движения человека – всё это последовательные процессы. Механизмы же подсознания осуществляют параллельную обработку информации, именно они выполняют основной объем выполняемой мозгом работы. Можно сказать, что подсознание выполняет роль оркестра, а сознание – роль дирижера».

Литература:

1. Бондаренко М.Ф. Модели языка / Бондаренко М.Ф., Чикина В.А., Шабанов-Кушнаренко Ю.П. // Бионика интеллекта. – 2004. – №1 (61). – С. 27-37.

2. Грушвицкий Р. И. Проектирование систем на микросхемах программируемой логики / Грушвицкий Р. И., Мурсаев А. Х., Угрюмов Е.П. – СПб.: БХВ-Петербург, 2002. – 608 с.

3. Данилюк С.Г. Практикум по использованию среды Electronics Workbench в курсе «Микропроцессорная техника» для студентов технических вузов / Данилюк С.Г. – М.: ИИО РАО, 2006. – 25 с.

4. Кудрявцев В.Б. Введение в теорию автоматов / Кудрявцев В.Б., Алешин С.В., Подколзин А.С. – М.: Наука, 1985. – 320 с.