К.т.н. Лукашенко А. Г., к.т.н. Рудаков К. С., аспірант Аксьонов С. Ф., Залізняк В. Л., Зубко І. А., д.т.н., професор Лукашенко В. М.

Черкаський державний технологічний університет, Україна

МЕТОД АНАЛІЗУ АПАРАТНО-ОБЧИСЛЮВАЛЬНИХ ПЛАТФОРМ НА ОСНОВІ ОБ'ЄКТНО-ІНВАРІАНТНИХ КРИТЕРІЇВ ЯКОСТІ

Актуальність. На сьогодні одним з багатьох напрямків науково-технічного розвитку є вдосконалення мікроелектроніки, що знаходить своє застосування в системах і пристроях керування великою множиною предметів дослідження [1].

В роботах Д. Патерсона, Т. Карвінена, К. Карвінена, В. Валтокарі, В. Петіна та інших детально розглянуто використання апаратно-обчислювальних платформ (АОП) різних фірм, але недостатньо освітлено як прискорити аналіз множини за багатьма основними параметрами одночасно та визначення найкращої моделі АОП. Це є актуальною задачею.

Метою дослідження є підвищення ефективності процедури аналізу за рахунок розробки об'єктно-інваріантних критеріїв якості для множини апаратно-обчислювальних платформ, побудови знакової моделі в безрозмірних координатах.

Постановка задачі.

Для досягнення поставленої мети необхідно виконати наступні завдання:

· створити реляційну модель множини апаратно-обчислювальних платформ з структурованими основними технічними параметрами;

· розробити об’єктно-інваріантні умовні критерії якості апаратно-обчислювальних платформ;

· побудувати знакову модель залежності критеріїв якості у безрозмірних координатах;

· сформулювати алгоритм аналізу апаратно-обчислювальних платформ на основі об'єктно-інваріантних критеріїв якості.

Рішення поставленої задачі. Для вирішення поставлених завдань створено реляційну модель множини сучасних апаратно-обчислювальних фірмових платформ з відповідними структурованими даними технічних параметрів [2, 3], що наведено в табл. 1.

Таблиця 1

Реляційна модель множини апаратно-обчислювальних фірмових платформ з основними технічними параметрами та критеріями якості

№	Моделі апаратно-обчислювальних платформ	Діапазон робочих температур, K		Напруга живлення, В		Критерії якості
1	Raspberry Pi Zero	233	358	4,75	5,25	0,349	0,095
2	NodeMCU DevKit v0.9	253	373	3,7	20	0,322	0,815
3	Particle Photon	253	333	3,6	6	0,24	0,4
4	Arduino Uno R3	218	398	6	20	0,452	0,7
5	Teensy 3.6	233	378	3,6	6	0,384	0,4
6	BeagleBone Green	273	348	4,75	5,25	0,216	0,095
7	STM32-H103	233	358	2	3,6	0,349	0,444

де , – мінімальне та максимальне значення робочої температури та значення напруги живлення апаратно-обчислювальної фірмової платформи відповідно.

Для визначення зв’язку між параметрами створено узагальнену математичну модель, що приймає вигляд

(1)

З урахуванням відсутності аналітичної залежності (1) між визначеними параметрами обирається умовне моделювання.

Умовними критеріями якості називають прості безрозмірні степеневі комплекси, що сформовано зі структурованих даних, величини яких відповідають об’єктивним значенням параметрів апаратно-обчислювальних платформ [4].

На основі властивостей теорії розмірностей структурованих даних табл. 1 та евристичного методу розроблено наступні об’єктно-інваріантні критерії якості та їх фізичне тлумачення

,

– величина, що характеризує діапазон напруги, найкраща при → 1.

,

– величина, що характеризує діапазон температур, найкраща при → 1.

Критеріальне рівняння має наступний вигляд

На основі π – теореми і властивостей алгебри множин побудовано знакову модель зображення багатопараметричних критеріїв якості апаратно-обчислювальних платформ у вигляді універсальної множини , представленої на рис.1.

Для прискорення аналізу запропоновано використовувати діаграми Венна, якими поділено множину на підмножини, тобто

Застосування операції перетину, що належить до реляційної алгебри, до підмножин та геометрична інтерпретація підмножин дозволяє швидко визначити найкращі апаратно-обчислювальні платформи та автоматизувати дану процедуру.

;

.

Примітка: цифри 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 відповідають цифрам табл. 1

Дійсно, інтерпретація перетинів підмножин (2) (рис.1) показує, що за сукупністю критеріїв найкращим геометричним простором є перетин підмножин , до якого належать апаратно-обчислювальні платформи NodeMCU DevKit v0.9 та Arduino Uno R3.

Алгоритм аналізу апаратно-обчислювальних платформ на основі об'єктно-інваріантних критеріїв якості включає наступу послідовність:

1) створюється множина апаратно-обчислювальних платформ;

2) визначаються основні параметри АОП;

3) створюється реляційна модель АОП зі структурованими параметрами;

4) визначається наявність аналітичного виразу між параметрами узагальненої математичної моделі, при відсутності зв’язку перехід до п.5;

5) розробляються умовні критерії якості;

6) створюється універсальна множина для зображень критеріїв якості;

7) будується знакова модель зображення критеріїв якості на множині К;

8) поділяється множина на підмножини діаграмами Венна;

9) проводиться геометрична інтерпретація підмножин;

10) визначається перетин відповідних підмножин, до якого належать багатопараметричні критерії якості з найкращими апаратно-обчислювальними платформами.

Висновки:

У роботі розв’язано важливу науково-технічну задачу підвищення ефективності процедури аналізу за рахунок розробки об'єктно-інваріантних критеріїв якості для множини апаратно-обчислювальних платформ, побудови знакової моделі в безрозмірних координатах.

У роботі отримані наукові та практичні результати:

1. Створена реляційна модель множини апаратно-обчислювальних фірмових платформ зі структурованими технічними параметрами.

2. Побудована знакова модель залежності критеріїв якості апаратно-обчислювальних фірмових платформ.

3. Проведена геометрична інтерпретація діаграм Венна на основі якої визначено найкращі апаратно-обчислювальні фірмові платформи NodeMCU DevKit v0.9 та Arduino Uno R3.

4. Розроблено алгоритм швидкого аналізу апаратно-обчислювальних платформ на основі об'єктно-інваріантних критеріїв якості.

Література:

1.Зорі А.А. Сучасні мікроконтролери. Теорія і практика використання стандартних модулів Arduino: / А.А. Зорі, В.П. Тарасюк, О.А. Штепа. – Покровськ : ДВНЗ «ДонНТУ», 2017. – 280 с.

2.BeagleBone Green [Електронний ресурс] – Режим доступу до ресурсу: https://seeeddoc.github.io/BeagleBone_Green/.

3.STM32-H103 [Електронний ресурс] – Режим доступу до ресурсу: http://docplayer.ru/65708292-Stm32-h103-osobennosti-platy.html.

4.Системний аналіз сучасних моделей терміналів збору даних / В. М. Лукашенко, М. В. Чичужко, Ю. В. Спіжовий, К. С. Рудаков // Вісник ЧДТУ. – 2015. – № 4. – С. 73–77.