Современные информационные технологии/ 2. Вычислительная техника и программирова­ние

 

 Илипов М.М., к.ф.-м.н. Искакова А.С.

Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева, Казахстан

Аппаратно-программные реализации вывода в базе знаний бортовых оперативно советующих экспертных систем

Ранее в работах  [1-2] было отмечано следующее.  Прототип бортовых оперативно советующих экспертных систем (БОСЭС) реализуется, как правило, на ПЭВМ. Приведем описание «оболочки БОСЭС ТС».

Обмен информацией между БОСЭС ТС осуществляется посредством «доски объявлений» — общей рабочей памяти.

База правил БОСЭС представлена правилами-продукциями. В ней поддерживается иерархическая структура.

Механизм логического вывода может дополняться работой с неопре­деленностями и использовать математический аппарат теории вероятности (априорные и апостериорные вероятности событий, степени достоверно­сти событий).

База данных ориентирована на получение в интерактивном режиме информации от бортовых источников, штатных бортовых алгоритмов, ИУП кабины.

Обмен данными может осуществляться по сети, через файл, с кла­виатуры.

Программное обеспечение работает в операционной среде MS DOS и состоит из предметно-независимых «ядра» и «окружения».

«Ядро» содержит: загрузчик базы знаний в оперативное запоминаю­щее устройство (ОЗУ), причинно-следственный анализатор, механизм по­иска решений, модуль поддержки ММ, модуль ввода-вывода, резидентный загрузчик.

«Окружение» содержит: специализированный редактор базы знаний; средства просмотра и редактирования, находящейся в ОЗУ базы знаний; оконный интерфейс; систему ниспадающих меню, позволяющих пользова­телю осуществлять ручной ввод данных для конкретизации объектов базы данных в рабочей памяти, производить настройку переменных окружения, управлять работой БОСЭС; отладчик, обеспечивающий работу в пошаго­вом режиме и запуск отдельных блоков БОСЭС изолированно; разные утилиты.

Интеграция базы правил и «традиционных» ММ происходит путем включения в базу данных БОСЭС элементов, соответствующих ММ, и ис­пользования их в левых частях правил-продукций. При этом означенные элементы рабочей памяти будут соответствовать фактическим значениям выходных сигналов из ММ. Механизм логического вывода БОСЭС, обра­батывая правила, будет запускать на выполнение модули ММ и затем с уже обновленной рабочей памятью продолжать поиск решения по правилам. Переключение с логического вывода на ММ может быть многократным.

Оболочка для реализации БОСЭС ТС требует следующих объемов ОЗУ (в килобайтах: Кб):

—   объем ОЗУ исполняемого резидентного модуля — 60 Кб,

—   объем ОЗУ для «ядра» оболочки — 100 Кб,

—   объем ОЗУ для базы знаний БОСЭС:

*  база данных из F фактов — F х 0,25 Кб,

*  база правил из R правил — R х 0,50 Кб,

*  база ММ из N моделей — N х 50 Кб,

—   объем ОЗУ для промежуточных величин - 60 Кб.

Итого (в килобайтах): 220 + 0,25 х F + 0,50 х R + 50 х N.

Оценка потребных вычислительных средств для реализации исследо­вательского прототипа БОСЭС ТС выполнена на основе опыта реализации на простейшей ПЭВМ (с процессором INTEL 386 с тактовой частотой 20 МГц) в среде MS DOS бортовой оперативно-советующей экспертной системы «Дуэль» [11], подробнее изложенной в п. 5.3.

БОСЭС «Дуэль» содержит 5 сценариев, 15 ММ (ММ 1-ММ 15). Для ее реализации потребовались следующие вычислительные ресурсы:

—    167 Кб для 5 сценариев (112 фактов в БД + 162 производных факта + 234 исходных правил);

—   размер исполняемого модуля одной ММ: от 31 Кб (для ММ5) до 50,7 Кб (для ММ4);

—   объем свободной памяти ОЗУ, необходимой для нормальной ра­боты БОСЭС: 60 Кб;

—   максимальное время одного полного цикла работы механизма ло­гического вывода для одного сценарного варианта:

—   на логический вывод — 0,33 с,

—   на работу ММ, запускаемых как внешняя программа — 0,44 с.

Имитационные модели внешней информационной обстановки имеют

следующие характеристики ресурсов:

Самолет:

—   размер исполняемого модуля - 223 Кб;

—   объем ОЗУ для модуля — 314 Кб;

—   время одного полного цикла работы — 0,22 с.

Кабинная индикация:

—   размер исполняемого модуля — 62 Кб;

—   объем ОЗУ для модуля — 77 Кб;

—   время отображения на дисплее ПЭВМ - 0,39 с.

(в режиме имитации индикаторов на лобовом стекле (ИЛС)).

На одной ПЭВМ PC-АТ 386/20 Мгц можно моделировать:

«СЦ 1+2+5» + самолет + индикация + «штатные бортовые алгорит­мы»; или

«СЦ 3» + самолет + индикация + «штатные бортовые алгоритмы»;

или

«СЦ 4» + самолет + индикация + «штатные бортовые алгоритмы».

Время полного цикла работы «исследовательского прототипа БОСЭС «Дуэль»» + самолет + индикация + «штатные бортовые алгоритмы» со­ставляет 1,15 с.

Ориентируясь на приведенные данные, потребные вычислительные ресурсы только БОСЭС будут составлять при F = 284, R = 300, N = 15:

—   объем ОЗУ — 1 Мбайт,

—   продолжительность цикла работы БОСЭС — 0,54 с.

В связи с этими оценками потребных для реализации БОСЭС ТС вычислительных ресурсов заметим, что в России разработан модуль про­граммируемого логического контроллера PLC 386ЕХ на базе микропро­цессора 386ЕХ фирмы INTEL, выполненный в соответствии с требовани­ями спецификации шины VME[1]. Модуль предназначен для использования в составе автоматизированных управляющих систем реального времени в качестве локального программируемого контроллера, непосредственно связанного с объектами контроля и управления.

Микросхемы, установленные на плате модуля, рассчитаны на коммер­ческий и индустриальный диапазоны температур.

 

Литература:

1            Васильев С.Н., Жерлов А.К., Федосов Е.А., Федунов Б.Е. Интеллектуальное управление динамическими системами. – М.: Физико-математическая литература. 2000. – 352с. 

2            Федунов Б.Е. Проблемы разработки бортовых оперативно-советующих экспертных систем для антропоцентрических объектов. // Изв. РАН. ТиСУ. 1996. № 5. стр.147-159