Главная Обратная связь

Дисциплины:






Виды современных компьютерных систем как способов обработки информации



По функциональным возможностям и способам обработки информации различают четыре вида компьютерных систем: суперЭВМ, большие, малые и микроЭВМ.

СуперЭВМ являются мощными многопроцессорными компьютерами с огромным быстродействием. Многопроцессорность позволяет распараллеливать решение задач и увеличивает объемы памяти, что значительно убыстряет процесс решения. Они часто используются для решения экспериментальных задач, например, для проведения шахматных турниров с человеком.

Большие ЭВМ (их называют мэйнфреймами от англ. mainframe) характеризуются многопользовательским режимом (до 1000 пользователей одновременно могут решать свои задачи). Основное направление – решение научно-технических задач, работа с большими объемами данных, управление компьютерными сетями и их ресурсами.

Малые ЭВМ используются как управляющие компьютеры для контроля над технологическими процессами. Применяются также для вычислений в многопользовательских системах, в системах автоматизации проектирования, в системах моделирования несложных объектов, в системах искусственного интеллекта.

По назначению микроЭВМ могут быть универсальными и специализированными. По числу пользователей, одновременно работающих за компьютером – много- и однопользовательские. Специализированные многопользовательские микроЭВМ (серверы - от англ. server) являются мощными компьютерами, используемыми в компьютерных сетях для обработки запросов всех компьютеров сети. Специализированные однопользовательские (рабочие станции – workstation, англ.) эксплуатируются в компьютерных сетях для выполнения прикладных задач. Универсальные многопользовательские микроЭВМ являются мощными компьютерами, оборудованными несколькими терминалами. Универсальные однопользовательские микроЭВМ общедоступны. К их числу относятся персональные компьютеры – ПК. Наиболее популярным представителем ПК в нашей стране является компьютер класса IBM PC (International Business Machines – Personal Computer).

Рівні опису СКС як технічного об’єкта при проектуванні.

 

Различают два способа проектирования (два типа маршрутов):

- восходящее проектирование,

- нисходящее проектирование.

Восходящее проектирование (снизу-вверх) имеет место, если проектируются типовые объекты, предназначенные для использования в качестве элементов во многих объектах на более высоких уровнях иерархии (например, серийные микросхемы, стандартные ячейки матричных больших интегральных схем).

Нисходящее проектирование охватывает те уровни, на которых проектируются объекты, ориентированные на использование в качестве элементов в одной конкретной системе.

Проектированию свойственен итерационный характер. При этом приближение к окончательному варианту осуществляется путем многократного выполнения одной и той же последовательности процедур с корректировкой исходных данных. Итерации могут охватывать различные части проектирования, включающие как несколько операций, так и несколько этапов.



 

Процесс проектирования характеризуется высокой размерностью решаемых задач, наличием большого числа возможных вариантов, необходимостью учета разнообразных факторов.

В основе проектирования сложных систем блочно-иерархический подход. Сущность блочно-иерархического состоит в уменьшении сложности решаемой проектной задачи. Это осуществляется за счет:

- выделения ряда уровней абстрагирования (иерархических различаются степенью детализации представлений об объекте.

Этапы нисходящего проектирования:

Компоненты объекта, рассматриваемые как элементы на некотором уровне с номером k, описываются как подсистемы на соседнем уровне с номером k+1.

Относительно аспектов описания объекта.

Аспекты могут быть:

- функциональные,

- конструкторские,

- технологические.

а) Функциональные аспекты можно разделить на:

- системный,

- функционально- логический,

- схемотехнический,

- компонентный.

На системном уровне в качестве систем выделяют комплексы. Примерами комплексов могут быть ЭВМ, радиолокационная станция. В качестве элементов выделяют блоки (устройства) аппаратуры процессор, модем, передатчик.

На функционально-логическом уровне эти блоки рассматривают как системы, состоящие из элементов. Элементами являются функциональные узлы - счетчики, дешифраторы, отдельные триггеры, вентили, усилители, модуляторы и др.

На схемотехническом уровне функциональные узлы описываются как системы, состоящие из элементов радиоэлектронных схем - транзисторов, конденсаторов, резисторов и др.

На компонентном уровне рассматриваются процессы, которые имеют место в схемных компонентах.

б) Конструкторскому аспекту присуща своя иерархия компонент. Она включает различные уровни описания рам, стоек, панелей, типовых элементов замены, дискретных компонент и микросхем, топологических фрагментов функциональных ячеек и отдельных компонент в кристаллах интегральных микросхем.

 

Схема кросінговеру та мутації в генетичних алгоритмах

2.3 Операторы рекомбинации (кроссинговера)

Различают операторы двоичной и вещественной рекомбинации(кроссинговера).

Двоичный кроссинговер.

При одноточечном кроссинговере случайно выбирается точка скрещивания с вероятностью и производится обмен фрагментами хромосом после точки скрещивания, как показано в примере на рис.3.

 

A:
B:
 
A’:
B’:

Рис.3 Одноточечный двоичный кроссинговер

 

A:
B:
                   
A’:
B’:

Рис.4 Многоточечный двоичный кроссинговер

В случае многоточечного кроссинговера выбираются m позиций и их номера сортируется по порядку. Затем родители обмениваются фрагментами, заключенными между соседними выбранными позициями и производят, таким образом, двух потомков. Таким образом в этом случае обмен здесь идет секциями. При этом секции между первой позицией и первой точкой скрещивания не обмениваются, а далее обмен идет через одну секцию, как это показано на рис.4.

 

Маска ОК
1-й родитель
                   
Потомок
                     
2-й родитель

Рис.5 Однородный двоичный кроссинговер

Однородный кроссинговер радикально отличается от предыдущих видов. Здесь каждый ген потомка создается путем копирования соответствующего гена из первого или второго родителя. Для этого случайным образом генерируется двоичная маска кроссинговера той же длины (с тем числом бит), что у хромосом родителей. Четность бита маски показывает родителя, из которого копируется ген потомка (например, 1 соответствует первому родителю, а 0 – второму). На рис..5 показана схема выполнения этого типа кроссинговера на примере.

При ограниченном кроссинговере точки скрещивания могут выбираться только там, где значения генов у родителей различны.

Кроссинговер действительных значений.

Данная группа операторов разработана для хромосом, представленных действительными числами [].

Дискретный кроссинговер определен над векторами, компонентами которых являются вещественные числа, и выполняется аналогично однородному кроссинговеру, определенному над двоичными векторами (Рис.6).

 

1-й родитель
2-й родитель -5
1-й образец (маска)
2-й образец (маска)
1-й потомок
2-й потомок -5

Рис.6 Дискретный кроссинговер вещественных векторов

 

 

1-й родитель
2-й родитель -5
Случайно выбраны следующие значения коэффициента a
1-й образец 0,5 1,1 0,1 0,7 0,4
2-й образец 0,1 0,8 0,5 1,1 0,3
1-й потомок 67,5 1,9 2,1 1,6 27,8
2-й потомок 23,1 8,2 19,5 -7,2 30,6

Рис.7 Промежуточный кроссинговер

 

Промежуточный кроссинговер применим для особей, представленных только вещественными значениями. Здесь значения потомков строятся в окрестности или между значениями родителей. Потомок формируется следующим образом:

,

где A, B – вещественные значения – родители; – вещественное значение – потомок; – случайный масштабирующий множитель. В случае обычного промежуточного кроссинговера и . Для обобщенного промежуточного кроссинговера . Значение каждого потомка формируется по приведенному выражению, но со своим коэффициентом a. В случае особи - вектора случайным образом формируется вектор масштабирующих множителей и потомок-вектор определяется покомпонентно (Рис.7). Фактически, этот оператор заимствован из другого направления эволюционных вычислений – «эволюционные стратегии».

Линейный кроссинговераналогичен предыдущему, за исключением того, что значение масштабирующего множителя a одинаково для всех компонент векторов.

2.4 Мутация

После выполнения операторов кроссинговера полученные потомки с вероятностью подвергаются мутации, которая может быть выполнена различными способами [].

Двоичная мутация.

В классической мутации для каждой особи случайно выбирается позиция и с малой вероятностью от 0,001 до 0,01 выполняется инвертирование значения в выбранной позиции.

 

               

Рис.8 Мутация-инверсия

 

Иногда используется оператор инверсии, фактически являющийся разновидностью классической мутации. При этом случайным образом выбираются 2 позиции в особи и далее производится обмен значениями генов между ними. Пример выполнения этого оператора представлен на рис.8.

Мутация над вещественными числами

Мутация над вещественными потомками выполняется путем сложения особи с небольшим случайным значением, которое называется шагом мутации. Выбор размера шага мутации зависит от рассматриваемой проблемы, и шаг в общем случае может изменяться в процессе решения задачи. Маленький шаг дает большую точность, но ведет к большим временным затратам. Мутация с постоянным шагом и постоянной вероятностью называется однороднойи выполняется следующим образом

,

где A, – значения вещественной особи до и после мутации.

Часто для повышения эффективности поиска вероятность мутации и шаг изменяются в процессе решения задачи. Мутация с постоянной вероятностью может привести как к увеличению, так и к уменьшению значения целевой функции. На этапе сходимости ГА к оптимуму целесообразно уменьшать вероятность случайной мутации. Обычно на начальном этапе . А на конечном этапе вероятность мутации уменьшают. Для реализации этой процедуры иногда используют метод моделирования отжига (simulationannealing), который определяет следующий закон изменения вероятности мутации: , где t – номер поколения. Аналогично может изменяться и шаг мутации.

Ієрархична структура СКС як складного технічного об’єкту.

Техническое обеспечение современных САПР имеет иерархическую структуру. Принято выделять следующие уровни:

- центральный вычислительный комплекс (ЦВК ),

- автоматизированные рабочие места ( АРМ ),

- комплекс периферийного программно-управляющего оборудования.

 

Центральный вычислительный комплекс предназначен для решения сложных задач проектирования. Представляет собой ЭВМ средней или высокой производительности с типовым набором периферийных устройств. Возможно расширение этого набора некоторыми средствами обработки графической информации. Для повышения производительности в ЦВК могут использоваться многопроцессорные или многомашинные комплексы.

АРМы предназначены для решения сравнительно несложных задач и организации эффективного общения пользователя САПР с комплексом технических средств. Включает в свой состав мини-ЭВМ и (или) микро-ЭВМ , графические и символьные дисплеи, координатосъемщики, устройства символьного и графического документирования и другие с соответствующим базовым и прикладным программным обеспечением. Для некоторых АРМ характерен интерактивный режим работы с обработкой графической информации.

Комплекс периферийного программно-управляющего оборудования предназначен для получения конструкторско-технологической документации и управляющих программ на машинных носителях для исполнительных технологических автоматов. В его составе исполнительное программно-управляющее оборудование , средства диалогового взаимодействия. В составе ЭВМ с большим объемом внешней памяти. Подобные комплексы обычно называют технологическими. На данном оборудовании решаются задачи редактирования, тиражирования, архивного сопровождения документации и др.

Наличие указанных уровней приводит к соответствующей структуре программного и информационного обеспечения САПР. В результате уровни ЦВК, АРМ и ТК , первоначально выделяемые как уровни технического обеспечения, становятся уровнями САПР.

 





sdamzavas.net - 2020 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...