Содержание к диссертации
Стр.
ВВЕДЕНИЕ 4
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ. ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВА
НИЯ 12
1.1. Обзор работ по исследованию адресных сетей матричных
структур информационных систем 12
Математическое описание адресных сетей многокоординатных многомерных матричных структур ( N К - МС). 26
О полных и максимальных адресных сетях NK- МС...... 28 ,
Комбинаторные модели адресных сетей N К - МС 31
Основные задачи исследования и выводы 35
2. ПОСТРОЕНИЕ ПОЛНЫХ СЕТЕЙ ОРТОГОНАЛЬНЫХ АДРЕСНЫХ ШИН (ПСОАШ)
NK-MC 37
Правило построения ПСОАШ с постоянным объемом адресных шин. 38
Случай полных сетей ортогональных адресных шин с переменным объемом адресных шин 40
Полные сети ортогональных адресных шин как эквивалент разрешимых неполных уравновешенных блок-схем с переменным объемом блока 62
Использование ПСОАШ для оценки нижней границы максимального числа ортогональных латинских квадратов..... 64
Выводы 72
3. ПОСТРОЕНИЕ НЕПОЛНЫХ СЕТЕЙ ОРТОГОНАЛЬНЫХ АДРЕСНЫХ ШИН
(ЇЇС0АШ) NK-MC 73
Правила построения НСОАШ с постоянным и переменным объемами адресных шин 74
Неполные сети ортогональных адресных шин как эквивалент разрешимых неполных частично-уравновешенных блок-схем с переменным объемом блока 88
Стр.
Множества ортогональных латинских гиперпрямоугольников как геометрическая модель неполных сетей ортого-нальных адресных шин с постоянным числом шин в группе 91
Выводы 105
4. РАСЧЕТ АДРЕСНЫХ СЕТЕЙ СОЕДИНЕНИЙ МНОГОКООРдаНАТНЫХ МНОГО
МЕРНЫХ МАТРИЧНЫХ СТРУКТУР 107
Методика построения адресных сетей соединений матричных структур 107
Прямой способ построения адресных сетей соединений . матричных структур 112
Расчет и построение адресных сетей соединений матрич-
ных структур заданных размеров.... 115
4.4. Выводы 122
5. ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ.. 123
5.1. Программа расчета на ЭВМ сетей ортогональных адресных
шин NK-MC 124
Назначение программы 124
Макроблок-схема 130
Тестовая задача 131
Результаты экспериментального исследования макета многокоординатного многомерного запоминающего устройства 131
Внешнее многомерное запоминающее устройство 137
Постоянное запоминающее устройство с электрической перезаписью 139
Устройство коммутации массовых информационных потоков 141
5.6. Выводы 144
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 146
ЛИТЕРАТУРА 150
АКТЫ О ВНЕДРЕНИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ 161
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 166
ПРИЛОЖЕНИЕ П
Введение к работе
Актуальность темы. Современная наука, техника и производство тесно связаны с автоматическим и автоматизированным управлением, широко использующим сложные информационные системы. Директивами ХХУТ съезда КПСС по пятилетнему плану развития народного хозяйства СССР на I98I-I985 г.г. в числе важнейших названа проблема совершенствования средств и систем обработки информации. Рядом существенных требований, предъявляемых к устройствам обработки информации, является высокая надежность работы, экономичность, большая емкость. Результаты исследований и эксплуатации показывают, что перспективными в плане удовлетворения этих требований следует считать устройства обработки информации матричной структуры. Реализация процессов селекции внутри матричных информационных устройств дает возможность уменьшить количество логического оборудования, мощность селектирующих сигналов, требования к идентичности характеристик рабочих элементов и т.д. Выигрыш становится особенно заметен при значительных емкостях матричных устройств и при их микроминиатюризации.
Широко известно использование матричных структур в различных средствах обработки информации, к которым относятся:
матричные оперативные запоминающие устройства электронных вычислительных и управляющих машин;
матричные устройства коммутации массовых информационных потоков в системах автоматизации сложных объектов;
матричные вычислительные системы;
матричные электронные дисплеи для воспроизведения буквенно-цифровой, графической и смешанной информации и т.д.
Создание матричных структур, способных эффективно дополнить, а в ряде случаев и заменить уже существующие, стимулирует поиск
и разработку методов их конструирования.
Одним из путей дальнейшего качественного совершенствования устройств обработки информации матричного типа являются исследование и разработка новых матричных структур многокоординатных . многомерных матричных структур, поскольку в рамках применявшихся ранее моделей достигнут практический предел их развития. Проблемой синтеза таких структур является расчет адресных сетей или сетей адресных шин, обеспечивающих однозначный выбор элементов и достаточно высокий коэффициент селекции. Решение одной из задач технической кибернетики, состоящей в создании теоретических основ построения адресных сетей многокоординатных многомерных матричных структур, позволяет автоматизировать их расчет при системном проектировании устройств обработки информации, использующих многоко- \ ординатные многомерные матричные структуры, создавать экономичные > варианты матричных устройств большой емкости и повышенной надеж- \ ности.
В современных системах обработки информации существует класс задач, решение которых может быть обеспечено с помощью многокоординатных многомерных матричных структур. Это прежде всего задачи, связанные с функционированием таких систем в достаточно сложных условиях, требующих от них повышенной' надежности, и задачи, связанные с разработкой специализированных цифровых управляющих машин. Использование в них многокоординатных многомерных матричных структур может привести к значительному техническому эффекту. Поэтому решение вопросов исследования и расчета адресных сетей многокоординатных многомерных матричных структур является актуальным.
Основные задачи диссертационной работы состоят
- в выборе эффективных математических моделей для исследования
адресных сетей многокоординатных многомерных матричных структур;
- в разработке правил расчета адресных сетей для достижения
максимального значения коэффициента селекции в матричных структурах любой размерности;
- в создании практически реализуемой конструктивной методики по
строения адресных сетей в соединениях матричных структур.
Общая методика выполнения исследований опирается на методы моделирования информационных систем с использованием методов дискретной математики в части множеств ортогональных латинских прямоугольников и блок-схем. Основными методами исследования являются метод Боуза-Шрикханде для построения блок-схем, методы Макнейша и Боуза-Шрикханде-Паркера для построения множеств ортогональных латинских квадратов и вновь разработанные способы построения сетей адресных шин: способ "ортогональных латинских прямоугольников',' способ "кручения", способ "округления".
Научная новизна. В диссертационной работе впервые подробно рассмотрены адресные сети многокоординатных многомерных мат-, ричных структур произвольных размеров, обеспечивающие однозначную дешифрацию элементов и достаточно высокий коэффициент селекции.
Основная научная новизна заключается в следующем:
предложены эффективные математические модели в виде блок-схем и латинских гиперпрямоугольников для изучения адресных сетей матричных структур;
проведено исследование сетей адресных шин по таким практически важным параметрам как полнота, максимальность, объем адресной шины, число адресных шин в группе, ортогональность с последующей разработкой правил их построения;
доказаны новые достаточные условия существования разрешимых неполных уравновешенных или частично-уравновешенных блок-
схем с переменным объемом блока и множеств ортогональных латинских гиперпрямоугольников.
Практическая ценность работы состоит в том, что
найдены эффективные правила расчета адресных сетей многокоординатных многомерных матричных структур произвольных размеров;
разработана нашедшая практическое применение методика расчета сетей 2 - ортогональных адресных шин в соединениях матричных структур;
основные конструктивные решения проверены при разработке опытных образцов многокоординатных многомерных запоминающих и коммутирующих устройству правильность их подтверждена результатами испытаний.
Реализация результатов работы, диссертационная работа является частью комплексных исследований по разработке матричных информационных устройств, проводимых в Горьковском исследовательском физико-техническом институте при ГГУ им. Н.И. Лобачевского: дополнительное задание Госкомитета СССР по науке и технике от 20 июля 1967 г.; "Теоретическая разработка многомерных запоминающих устройств и вычислительных систем на их основе", координационный план АН СССР на I97I-I975 годы по проблеме "Кибернетика", шифр I.2I.4 TK-I46; "Математическое моделирование и оптимизация параметров систем новой техники с автоматизацией расчетов на ЭВМ", J ГР 77021568.
Все основные результаты диссертационной работы использованы при создании многомерных запоминающих устройств специализированной управляющей машины СШГ-4М и многомерных коммутирующих устройств, входящих в состав действующих комплексно-автоматизированных систем контроля и испытаний объектов КАСКАД-ТМ и КАСКАД-І, а также монографии: Дмитриев СВ. Матричные структуры ЭВМ и управляющих систем. - М.: Наука, 1977. - 120 с.
Практическое использование результатов работы подтверждается соответствующими документами.
Автор защищает следующие основные положения:
математические модели адресных сетей многокоординатных многомерных матричных структур: теоретико-множественную,комбинаторные в виде разрешимых неполных уравновешенных или частично уравновешенных блок-схем с переменным объемом блока, а также множеств ортогональных латинских гиперпрямоугольников;
правила построения полных и неполных сетей ортогональных адресных шин (ПСОАШ и НСОАШ) многокоординатных многомерных матричных структур;
конструктивную методику расчета адресных сетей в соединениях матричных структур, реализуемую на практике в последовательно-параллельных соединениях запоминающих матриц;
достаточные условия существования для комбинаторных моделей исследуемых адресных сетей.
Содержание диссертационной работы, диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка используемой литературы, сведений о внедрении результатов работы и двух приложений.
Во введении содержится общая характеристика диссертации: обосновывается актуальность и ставится цель исследования; определяется научная новизна, практическая ценность; формулируются подлежащие защите положения; приводятся сведения о внедрении, апробации и
публикациях результатов диссертационной работы.
В первой главе кратко описывается состояние работ по исследованию адресных сетей матричных структур. Вводится теоретико-множественное описание адресных сетей многокоордияатных многомерных матричных структур и их комбинаторные модели [53, 61, 81, 98].
Определяются цель и задачи работы.
Во второй главе проведены исследования и расчет полных сетей
ортогональных адресных шин многокоординатных многомерных матрич-
ных структур. Для этого разработаны три правила, с помощью которых можно строить полные сети ортогональных адресных шин с постоянным или переменным объемом адресной шины и выделять среди них максимальные для достижения оптимального коэффициента селекции. Рассмотрены вопросы использования полных сетей ортогональных адресных шин для получения новых достаточных условий существования разрешимых неполных уравновешенных блок-схем с переменным объемом блока и разработки единого подхода при получении оценки нижней границы максимального числа ортогональных латинских квадратов. Основное содержание главы опубликовано в работах [61,62,64, 81]
В третьей главе рассмотрены неполные сети ортогональных адресных шин многокоординатных многомерных матричных структур любой размерности, обеспечивающие достижение оптимального соотношения полезного сигнала к помехе в случае несуществования полных адресных сетей. Разработаны правила построения, на основе которых выведены достаточные условия существования комбинаторных эквивалентов этих сетей - разрешимых неполных частично-уравновешенных блок-схем с переменным объемом блока. Дана геометрическая интерпретация неполных сетей ортогональных адресных шин в виде множеств ортогональных латинских гиперпрямоугольников, для которых также получены достаточные условия существования. Основное содержание главы опубликовано в работах [63,83,84].
В четвертой главе правила, разработанные во второй и третьей главах, использованы для решения вопросов расчета адресных сетей, реализуемых на практике. Разработана конструктивная методика построения адресных сетей соединений матричных структур. Произведен расчет и построение адресных сетей для матричных структур заданных размеров. Основное содержание главы опубликовано в работах [53,98].
Пятая глава посвящена примерам использования результатов диссертационной работы. Описана программа расчета на ЭЕМ сетей ортогональных адресных шин многокоординатных многомерных матричных структур, приведены примеры реальных образцов аппаратуры,при конструировании которых использованы результаты теоретических исследований адресных сетей многокоординатных многомерных матричных структур, разработанные в главах П, Ш, U: многомерных внешнего и постоянного запоминающих устройств специализированной управляющей машины СПУ-4М^оммутиругащих устройств на магнитоуправ-' ляемых герметичных контактах УК-І, входящих в состав систем автоматизации авиационных двигателей КАСКАД-І и КАСКАД-ТМ. Основное содержание главы опубликовано в работах [52, 57, 103,104, 5] .
В заключении содержится краткое обсуждение результатов работы, некоторые рекомендации по их развитию и основные выводы.
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в II печатных трудах.
В приложение I вынесены рисунки к примерам, содержащимся в основном тексте диссертации.
В приложении П приведены: текст программы расчета на ЭВМ сетей ортогональных адресных шин многокоординатных многомерных матричных структур, стандартный бланк с входной информацией и образец выдачи, полученный в результате решения тестовой задачи по программе расчета сетей ортогональных адресных шин многокоординатных многомерных матричных структур.
Апробация работы. Изложенный в диссертации материал докладывался и обсуждался
на I Всесоюзном симпозиуме по оперативным и постоянным запоминающим устройствам, 1963 г. (г. Ленинград);
на Всесоюзном межвузовском симпозиуме по прикладной математике и кибернетике, 1967 г. (г. Горький);
- II -
на Ш Всесоюзном совещании по запоминающим устройствам электронных вычислительных машин, 1968 г. (г. Ленинград);
на Всесоюзной научно-технической конференции "Дальнейшее развитие техники запоминающих устройств", 1976 г. (г. Тбилиси);
на Всесоюзных семинарах по теории графов и дискретной математике, 1971 г., 1973 г., 1975 г. (г. Одесса);
на научных конференциях профессорско-преподавательского состава ГГУ им. Н.И. Лобачевского, 1972-1977 г.г. (г. Горький);
на Всесоюзном семинаре "Дальнейшее развитие техники запоминающих устройств", 1978 г. (г. Баку);
на Всесоюзной школе-семинаре по запоминающим устройствам, 1982 г. (г. Нальчик);
на Всесоюной научно-технической конференции "Развитие теории и техники хранения информации", 1983 г. (г. Пенза);
на Всесоюзной научно-технической конференции "Специальные коммутационные элементы", 1984 г. (г. Рязань).
Публикации. По теме диссертации опубликовано II научных работ.
Автор выражает искреннюю благодарность руководителям А.С. Алексееву, В.В. Кондратьеву, а также д.т.н.,проф. Крылову В.В, за ценные советы и критические замечания.
