Введение к работе
Актуальность темы. Для современных систем, ориентированных на нечисловую переработку больших объемов сложноструктурированной информации, широкое использование технологий multimedia, полиэкранных адаптивных интерфейсов и многоагентного взаимодействия в глобальных сетях, фон-неймановская архитектура не обеспечивает достаточной технологической гибкости, согласованности данных и реакции в реальном масштабе времени. Основными принципами организации современных архитектур вычислительных систем являются: открытость, параллельность, асинхронность, ассоциативность доступа (что обеспечивает поддержку асинхронизма), гибкая структуризация памяти.
Однако, несмотря на интенсивность проводимых исследований и разнообразие подходов к реализации аппаратной поддержки решения информационно-логических задач, большинство существующих вычислительных систем с нетрадиционной архитектурой весьма далеки от практического применения. Среди основных причин такого положения можно указать:
-
Отсутствие математически строгих моделей вычислений, лежащих в основе их архитектуры. Определенным прорывом в этом плане стала концепция транспьютера, однако некоторые свойства транспьютера и той модели, которую он поддерживает, смещают мультитранспьютерные системы в область специализированных ЭВМ.
-
Отсутствие комплексного подхода и адекватных решаемому классу задач инструментально-технологических средств при разработке системного (и, как следствие, прикладного) программного обеспечения. Программное обеспечение часто либо разрабатывается в отрыве от аппаратуры (так, первые практически пригодные операционные системы для транспьютеров появились лишь спустя 4-5 лет после их создания!), либо наоборот, жестко ориентировано на ее конкретную реализацию (многие Lisp- и Prolog-машины). Инструментальные средства не поддерживают современные методологии разработки, что затрудняет создание больших прикладных систем.
-
Ориентация на узкий класс моделей переработки информации (Пролог, реляционные СУБД и т.п.) и организации вычислительного процесса. Например, до настоящего времени в интеллектуальных системах (в т.ч. параллельных) коллективная (многопользовательская) обработка базы знаний не поддерживается на концептуальном уровне (т.е. на уровне базовых механизмов используемой модели).
Целостный анализ совокупности вышеописанных факторов показывает, что использование параллельных технологий переработки и развитых форм ассоциативного доступа к информации является необходимым условием создания интеллектуальных систем обработки информации на современном этапе развития вычислительной техники, чем и объясняется актуальность работы.
Щель ш задачи шсследовашшй. Цель работы заключается в разработке методов и алгоритмов организации параллельной асинхронной переработки информации в графодинамической ассоциативной памяти и реализации на их основе инструментальных средств разработки параллельных интеллектуальных систем для графодинамического компьютера.
В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе решаются следующие задачи:
разработка формальных моделей, алгоритмов и структур данных, предназначенных для синхронизации элементарных актов переработки сложно структурированных данных в ассоциативной графодинамической памяти;
создание и исследование комплекса средств межпроцессной коммуникации в ассоциативной графодинамической памяти, включающего языковые структуры, методы и алгоритмы динамического порождения, уничтожения, многоуровневого управления и планирования ансамбля взаимодействующих процессов;
разработка архитектуры и реализация ядра операционной среды, обеспечивающей проектирование, разработку и эксплуатацию интеллектуальных систем, ориентированных на параллельную асинхронную переработку сложно структурированной информации в ассоциативной памяти.
В основе предлагаемого в данной работе подхода к решению поставленных задач лежат следующие положения:
-
использование графодинамической парадигмы переработки информации, в основе которой лежит понятие графодинамической (нелинейной структурно перестраиваемой) памяти, где поддерживается развитая форма ассоциативного доступа, а переработка информации сводится не только к изменению состояния элементов памяти, но и к изменению конфигурации связей между ними;
-
ориентация на асинхронный (децентрализованный) принцип управления процессом переработки информации, который по сравнению с синхронным принципом обеспечивает более высокую гибкость моделей переработки информации;
3) использование в качестве базового языка системного программного обеспечения графового языка параллельного процедурного программирования SCP;
4) стремление к использованию метаязыкозых средств в разрабатываемых моделях параллельной переработки информации, что должно обеспечить реализацию любой требуемой дисциплины взаимодействия параллельных процессов.
Предметом шсследонаЕия являются модели параллельной переработки информации в ассоциативной памяти, а также соответствующие этим моделям структуры данных, алгоритмы, языковые и программные средства, обеспечивающие реализацию указанных параллельных моделей.
Методы исследований. Проведенные в работе исследования основываются на использовании теории множеств, теории графов, системного анализа,
теории и методов инженерии знаний, теории параллельных вычислений.
Шаучшаш шгавшзша работы заключается в следующем.
-
Графодинамическая парадигма переработки информации впервые используется как формальная основа для создания операционной среды и системного программного обеспечения параллельного ассоциативного компьютера.
-
Впервые исследованы модели обработки транзакций в графодина-мической памяти на основе графовых языковых средств, использующих развитые формы ассоциативного доступа к требуемым фрагментам анализируемой и перерабатываемой информации.
-
Впервые разработаны методы динамической межпроцессной коммуникации в логически общей ассоциативной графодинамической памяти.
-
Предлагаемый комплекс инструментальных средств поддержки программирования интеллектуальных систем специально ориентирован на использование методов визуального программирования в графодинамической ассоциативной памяти.
Оетовиымш научшъшш результатами, шышшшмымш та защиту, являются:
-
базовая метамодель транзакций и разработанные на ее основе модели обработки транзакций в графодинамической ассоциативной памяти;
-
алгоритмы синхронизации процессов переработки сложноструктурированной информации в графодинамической ассоциативной памяти;
-
базовые методы организации межпроцессной коммуникации в логически общей графодинамической ассоциативной памяти;
-
технология визуального программирования интеллектуальных систем, ориентированных на переработку сложноструктурированной информации в графодинамической ассоциативной памяти.
Практический щеиеость. Предложенный в данной работе инструментальный комплекс проектирования параллельных интеллектуальных систем позволяет расширить области применения методов и средств искусственного интеллекта и значительно повысить возможности проектируемых систем за счет эффективной поддержки сложноструктурированных знаний, а также гибких и открытых стратегий параллельной асинхронной переработки информации.
Полученные результаты были использованы при разработке ряда прикладных систем таких, как:
интеллектуальная геоинформационная система поддержки принятия решений при выборе участков местности для строительства экологически опасных объектов (Институт проблем энергетики АНБ);
интеллектуальная онкологическая система для определения индивидуальной радиочувствительности организма-опухоленосителя (НИИ онкологии и медицинской радиологии МЗ РБ);
интеллектуальная система выбора тактики лечения больных с хронической почечной недостаточностью (БелНИИ кардиологии МЗ РБ);
система поддержки принятия решений о нефтеперспективности геологических объектов Припятского выступа (ПО "Западнефтегеофизика").
Ашробапцшш результатов работы. Работа выполнялась в рамках Республиканской программы "Информатика", программы фундаментальных исследований АНБ "Разработка научных основ новых информационных технологий", программы "Белкосмос", а также ряда отдельных проектов, в т.ч. Минпрома РБ.
Материалы работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях и семинарах: II конференции Российской Транспьютерной Ассоциации (Домодедово, 1992); международной конференции по искусствен ному интеллекту "East-West Conference on Artificial Intelligence. From Theory to Practice" (Москва, 1993); V конференции Российской Транспьютерной Ассоциации (Домодедово, 1996).
Результаты работы демонстрировались на следующих выставках: первой Межгосударственной выставке инновационной продукции "ИНПРОМТЕХ-95" (Минск, 1995); международной выставке-семинаре "Беларусь-Адукацыя-95" (Минск, 1995); "Беларусь-Энергия'95, Беларусь- Экология'95, Беларусь-Автоматика'95" (Минск, 1995).
