20

Размещено на http://www.allbest.ru/

Черкаський державний технологічний університет

УДК 004.31:004.422.1:004.91(043)

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Апаратно-програмне забезпечення попередньої обробки технічної інформації в комп'ютерних системах з обмеженими ресурсами

Спеціальність 05.13.05 - комп'ютерні системи та компоненти

Чорномаз Іван Костянтинович

Черкаси - 2011

Дисертацією є рукопис комп'ютерний інформація файл

Робота виконана в Черкаському державному технологічному університеті Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України

Науковий керівник:

доктор технічних наук, професор Мусієнко Максим Павлович, Чорноморський державний університет ім. Петра Могили, професор кафедри інформаційних технологій та програмних систем.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Рудницький Володимир Миколайович, Черкаський державний технологічний університет, завідувач кафедри системного програмування;

доктор технічних наук, доцент Шостак Ігор Володимирович, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського “ХАІ”, професор кафедри інженерії програмного забезпечення.

Захист відбудеться 16 червня 2011 р. о 1400 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 73.052.01 в Черкаському державному технологічному університеті за адресою: 18006, м. Черкаси, бул. Шевченка, 460.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Черкаського державного технологічного університету за адресою: 18006, м. Черкаси, бул. Шевченка, 460.

Автореферат розісланий 16 травня 2011 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради В. В. Палагін

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Сучасні масиви технічної інформації характеризуються наявністю різноманітних компонент: текстових, графічних, аудіо, відео тощо. І якщо текстові компоненти мають невеликі розміри пам'яті (як правило десятки - сотні кілобайт), то розміри звукових, а особливо відеофайлів можуть займати великі розміри (гіга- та терабайти), що призводить до збільшення всього об'єму документу технічної інформації. Обробка такої інформації в комп'ютерних системах (КС) з великими обчислювальними потужностями не є проблемою, проте великий клас техніки має обмежені ресурси щодо пам'яті та трафіку передачі інформації (різні гаджети, системи з передачею інформації сервісами GSM зв'язку тощо) і обробка та передача інформації великого об'єму може спричиняти великі складнощі та займати тривалий час.

Теоретичними основами обробки технічної інформації в комп'ютерних системах займалися Башмаков А. І. та Башмаков І. А., Таланчук П. М., Гриншкун В. В., Бобир Е. І., Пиаже Ж, Матрос Д. Ш., Гаврилова Т. А., Шевченко В. Л., Співаковский О. В. та багато інших.

Однією із задач, яка часто виникає на практиці, є представлення початкового великого об'єму інформації у значно меншому розмірі. Для вирішення цієї задачі часто використовують різні фільтри, які обрізають інформацію певного формату, що призводить до значної втрати інформативності документу. Іншим шляхом є конвертація файлів у формати меншого розміру. Така обробка мультимедійних документів з великою кількістю файлів займає великий час, при чому також може втрачатися інформативність документу.

Таким чином, розробка нових методів та засобів обробки інформації в комп'ютерних системах з обмеженими ресурсами, які дозволять скоротити час на обробку та зберегти інформативність документів з технічною інформацією при зменшенні початкового об'єму інформації є вельми актуальною і важливою.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота проводилася відповідно до завдань таких програм з дисертантом в ролі виконавця: науково-дослідних робіт по розробці двох електронних підручників: “Створення електронного навчального посібника за спеціальністю “Медичні прилади та системи” (держреєстр. № 0107U007941 за договором з МОНУ №ІТ/497-2007 від 22.08.2007) у рамках Державної програми “Інформаційно-комунікаційні технології в освіті і науці” на 2006-2010 роки, а також “Створення інтерактивного електронного підручника української мови, а також системи його функціонування в інформаційному просторі нового покоління” у рамках Державної програми розвитку і функціонування української мови на 2004-2010 роки” (держреєстр. 0107U006699 договору з МОНУ № УМ/464-2007 від 04.08.2007 р.).

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційного дослідження є підвищення ефективності роботи комп'ютерних систем з обмеженими ресурсами шляхом розробки апаратно-програмних засобів попередньої обробки технічної інформації, представленої формалізованими знаннями.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання:

- провести аналіз сучасного стану в області розробки комп'ютерних систем, а також методів попередньої обробки в них технічної інформації, представленої формалізованими знаннями для визначення шляхів підвищення ефективності їх роботи;

- розробити методи попередньої обробки технічної інформації в комп'ютерних системах та їх апаратно-програмне забезпечення: при обробці всього об'єму інформації, її структурної частини, інформації стосовно окремого заздалегідь визначеного та невизначеного ключового слова;

- розробити модель і апаратно-програмне забезпечення обробки технічної інформації в комп'ютерних системах з передачею інформації сервісами GSM мереж;

- провести експериментальні дослідження з КС попередньої обробки інформації на прикладі обробки документів з технічною інформацією у вигляді електронних підручників.

Об'єкт дослідження - процес обробки інформації в комп'ютерних системах.

Предмет дослідження - методи та моделі попередньої обробки технічної інформації в комп'ютерних системах з обмеженими ресурсами.

Методи дослідження. Для отримання моделі структури документу технічної інформації використана теорія побудови моделей на основі використання семантичних мереж. Для розробки методів перетворення розмірів документів технічної інформації використаний метод релевантного індексованого пошуку і метод гіпертекстового згортання інформації. Для розробки програмного забезпечення був використаний метод моделювання з використанням середовища графічного програмування та об'єктно-орієнтованих мов програмування. Для аналізу апаратного забезпечення були проведені фізичні експерименти на макетах і дослідних зразках, для аналізу отриманих даних застосовані методи теорії ймовірності і математичної статистики. Достовірність отриманих наукових результатів і висновків перевірена порівнянням теоретичних положень з результатами експериментальних досліджень.

Наукова новизна отриманих результатів:

- вперше розроблено чотири методи попередньої обробки технічної інформації в комп'ютерних системах та їх апаратно-програмне забезпечення: при обробці всього об'єму інформації, її структурної частини, інформації стосовно окремого заздалегідь визначеного та невизначеного ключового слова, які полягають в обробці не початкових файлів, а значень об'ємів та індексів пріоритетів, що дозволяє скоротити час обробки інформації та представити її в заданому об'ємі зі збереженням найбільш значущої інформативної частини;

- отримали подальший розвиток методи попередньої обробки технічної інформації в комп'ютерних системах з передачею інформації сервісами GSM мереж за рахунок розробки нової моделі комп'ютерної системи та апаратно-програмних засобів обробки інформації;

- отримала подальший розвиток теорія опису предметної області технічної інформації на основі семантичних мереж, яка полягає у видозміні моделі структури матеріалу, що дозволяє перетворювати інформацію, яка представлена формалізованими знаннями, зі збереженням найбільшої інформативності;

- отримала подальший розвиток теорія визначення пріоритетності і взаємозв'язків структурних елементів технічної інформації за рахунок змін матриць відношень черговості та логічних зв'язків, а також розробки матриць зв'язків гіперпосиланнями, властивостей кадрів, базових ключових слів та масивів розмірів компонент, що дозволяє перетворювати розміри документів технічної інформації зі збереженням або додатковим наповненням інформативності.

Практичне значення отриманих результатів.

1. Розроблені методи попередньої обробки технічної інформації в комп'ютерних системах та їх апаратно-програмне забезпечення дозволяють скоротити час обробки інформації та представити її в заданому зменшеному об'ємі зі збереженням найбільшої інформативності.

2. Розроблена модель структури документу технічної інформації на основі семантичних мереж дозволяє ефективно обробляти інформацію в комп'ютерних системах для зберігання та представлення інформації великих розмірів в системах з обмеженими об'ємом пам'яті або поширення її каналами з обмеженим трафіком.

3. Розроблені масиви розмірів і матриці взаємозв'язків і відношень кадрів і компонент дозволяє визначати пріоритетність перетворення (видалення, конвертації або наповнення) документів під заданий розмір, що дозволяє отримувати документи з найбільшою інформативністю.

4. Результати дисертаційного дослідження впроваджені в навчальному процесі в Черкаському державному технологічному університеті на кафедрах української мови і загального мовознавства (підручник української мови) і комп'ютеризованих і інформаційних технологій у приладобудуванні (підручник “Медичні прилади і системи”), в Черкаському національному університеті імені Богдана Хмельницького на кафедрі методики навчання, стилістики і культури української мови, в Чорноморському державному університеті імені Петра Могили (м. Миколаїв) на кафедрі інформаційних технологій та програмних систем. Матеріали підручника використовуються при проведеннях тренінгів і семінарів у рамках роботи конференції “Мовне обличчя міста”, яке проводить Черкаський національний університет імені Богдана Хмельницького спільно з міськвиконкомом м. Черкаси. Крім того, результати досліджень застосовуються в роботі SMS-сервісу “4840”.

Особистий вклад претендента. Основні положення і результати дисертаційного дослідження отримані автором самостійно. За результатами наукових досліджень опубліковано 3 особисті праці [11 - 13]. У роботах, опублікованих у співавторстві, дисертанту належить: пропозиція та дослідження можливості передачі технічної інформації у вигляді учбової інформації сервісами GSM мереж [1, 3, 9, 14, 15, 17, 18, 20, 21]; дослідження застосування сервісів GSM мереж для збільшення способів передачі інформації [8]; розробка нової моделі комп'ютерної системи з передачею інформації сервісами GSM мереж [2]; розробка семантичної моделі структури документів з технічною інформацією [4, 10, 22]; розробка методів формування документів з технічною інформацією за ключовими словами із заданим граничним розміром [5]; розробка методів попередньої обробки документів з технічною інформацією із заданим граничним розміром [6, 7, 24]; проведення дослідження способів обміну технічної інформації між суб'єктами системи для збільшення кількості способів взаємодій між ними з метою отримання інформації і її оплати [16]; дослідження особливостей застосування способу пошуку даних в інформаційно-пошукових системах для обробки запитів SMS/MMS-повідомлень [19]; розробка моделі складу документу з технічною інформацією [23].

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційного дослідження докладалися і обговорювалися на міжнародних науково-технічних і науково-практичних конференціях: ІІ всеукраїнській НПК “Проблеми і перспективи працевлаштування випускників Вищих учбових закладів” (Донецьк, 2007); XIII міжнародній НПК “Інформаційні технології в економіці, менеджменті і бізнесі. Проблеми науки, практики і освіти” (Київ, 2007); ІІІ міжнародній НПК “Наука і освіта без границь - 2007” (Софія, Болгарія, 2007), II Miedzynarodowej naukovo-praktycznej konferencji “Perspektywiczne opracowania nauki I techniki - 2007” (Przemysl, Polska, 2007); міжнародній НПК “Пожежна безпека - 2007” (Черкаси, 2007); ІІІ міжнародній НТК “Інформатика та комп' ютерні технології” (Донецьк, 2007); НПК “Актуальні проблеми технічних, природничих та соціально-гуманітарних наук в забезпеченні цивільного захисту” (Черкаси, 2008); IХ міжнародній НПК “Сучасні інформаційні і електронні технології - 2008” (Одеса, 2008); V міжнародній НПК “Інформатизація освіти України. ІКТ у вищих навчальних закладах” (Херсон, 2008); 13-му міжнародному молодіжному форуму “Радіоелектроніка і молодь в ХХІ столітті” (Харків, 2009); всеукраїнській конференції “Могилянські читання” (Миколаїв, 2009, 2010), Х міжнародній НПК “Сучасні інформаційні і електронні технології - 2009” (Одеса, 2009); The Third International Conference “Computer science & engineering - 2009” (Львів, 2009); міжнародній НТК “Інтегровані комп'ютерні технології в машинобудуванні” (Харків, 2009); ІV міжнародній НПК “Матеріали електронної техніки і сучасні інформаційні технології” (Кременчук, 2010); VІ міжнародній НПК “Новини наукового прогресу” (Софія, Болгарія, 2010); НТК “Інформаційні технології в металургії та машинобудуванні” (Дніпропетровськ, 2011).

Публікації. За результатами дисертаційної роботи опубліковано 24 наукових праці, у тому числі 7 статей у виданнях, які входять до переліку ВАК України, 15 матеріалів міжнародних конференцій та 2 патенти України.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, доповнень і списку використаних джерел. Загальний обсяг дисертації - 182 сторінки, основний обсяг - 152 стор. Дисертація містить 76 рисунків, 7 таблиць і посилання на 150 джерел.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність напряму досліджень, наведено зв'язок роботи з науковими програмами, сформульовано мету і завдання дослідження, відображено наукову новизну, практичну цінність роботи і особистий вклад здобувача, надано відомості про апробацію, публікації і використання результатів дослідження.

У першому розділі наведено аналіз існуючих комп'ютерних систем роботи з технічною інформацією, а також існуючих моделей, методів і засобів попередньої обробки технічної інформації.

Для вирішення завдання обробки інформації для її зменшення під заданий граничний розмір використовують різні програмні та апаратні засоби, які побудовані за принципом видалення інформації певного формату, що призводить до значної втрати інформативності документів з технічною інформацією (ДТІ). Іншим шляхом є конвертація файлів у формати меншого розміру. Така обробка мультимедійних документів з великою кількістю файлів займає тривалий час, при чому також може втрачатися інформативність документу.

Другим важливим питанням є передача інформації каналами з обмеженим трафіком, прикладом якого є GSM мережа. Ефективна передача інформації із застосуванням сервісів GSM мережі у даний час була неможлива через наявність кількох апаратних та програмних обмежень.

В результаті проведених аналізів розроблено структурно-логічну схему дисертаційного дослідження, визначено завдання роботи, етапи і послідовність їх рішення.

Таким чином, проведений в першому розділі аналіз дозволив визначити ряд завдань, вирішенню яких присвячений матеріал наступних трьох розділів, а саме, розробці апаратно-програмного забезпечення попередньої обробки технічної інформації в комп'ютерних системах з обмеженими ресурсами.

У другому розділі наведено результати розробки методів попередньої обробки технічної інформації та комп'ютерних системах, в яких вони реалізуються.

Використовуючи семантичні мережі для формалізації предметної області розроблено модель представлення матеріалу документів технічної інформації (рис. 1). Визначено три типи відношень між вершинами, що утворюють мережеву структуру: ієрархічні, лінійні та дискретно-лінійні і семантичні (ассоциативні).

Визначено чотири відмінності між традиційною та запропонованою структурою документу технічної інформації.

Рис. 1. Семантична модель структури документу технічної інформації

Структура документу технічної інформації складається з множини текстових, графічних, звукових і відеофайлів, які мають наступний опис:

,

де IND - множина усіх індексів; n<ind>, m<ind> - розміри діапазонів індексів масиву t1 і t2 відповідно для кадру з індексом <ind>; t1, t2 - індекси масивів з розмірами текстових компонент;

,

де n<ind>, m<ind>, c<ind>, d<ind> - розміри діапазонів індексів g1, g2, g3, і g4 відповідно для кадру з індексом <ind>; z<ind> - кількість графічних компонент в кадрі з індексом <ind>; g1, g2, g3, і g4 - індекси масивів з розмірами графічних компонент;

,

де n<ind>, m<ind>, c<ind>, d<ind>, е<ind> - розміри діапазонів індексів масиву а1, а2, а3, а4 і а5 відповідно для кадру з індексом <ind>; z<ind> - кількість аудіокомпонент в кадрі з індексом <ind>; а1, а2, а3, а4 і а5 - індекси масивів з розмірами аудіокомпонент;

,

де n<ind>,… - розміри діапазонів індексів масиву v1,…, v9 відповідно для кадру з індексом <ind>; z<ind> - кількість відеокомпонент в кадрі з індексом <ind>; v1,…, v9 - індекси масивів з розмірами відеокомпонент.

Згідно з рис. 1 документ дозволяє виділити наступні основні рівні (шари) представлення матеріалу ДТІ :

,

де VU - матеріал документу в цілому (1-й шар мережі); VR - множина розділів, тобто частина семантичної мережі, що відповідає 2-у шару; VРR - множина підрозділів, тобто частина семантичної мережі, що відповідає 3-у шару; VР - множина пунктів, тобто частина семантичної мережі, що відповідає 4-у шару; VРР - множина підпунктів, тобто частина семантичної мережі, що відповідає 5-у шару; Int - множина взаємозв'язків між кадрами.

Відношення слідування розділів і підрозділів, пунктів і підпунктів, узагальнених характеристик моделей по рівнях представлено у вигляді:

,

де SVR - шар ієрархії семантичної мережі, що відображає представлення матеріалу на рівні розділів; CVR - відношення дотримання розділів на множині {VR}. H(SVR) - множина узагальнених характеристик моделі матеріалу рівня розділів.

Аналогічно розкривається третій, четвертий та п'ятий шари ієрархії мережі.

Відношення слідування між кадрами (CVR, CVРR, CVР і CVРР) визначаються матрицею відношень черговостей і матрицею базових ключових слів. Множина узагальнених характеристик моделей матеріалів на рівнях (H(SVR), H(SVРR), H(SVР) і H(SVРР) визначаються матрицею логічних зв'язків, зв'язків гіперпосиланнями, пріоритетів, масивами розмірів компонент і матрицею властивостей кадрів.

Для опису відношення слідування вершин семантичної мережі, а також множини узагальнених характеристик моделей елементів мережі розроблено шість типів матриць взаємозв'язків і відношень та набір багатовимірних масивів: матриці відношень черговостей, матриці логічних зв'язків, матриці зв'язків гіперпосиланнями, матриці базових ключових слів, матриці властивостей кадрів, матриці пріоритетів, масиви розмірів компонент.

Отримана нова модель складу документів технічної інформації для обробки в КС (рис. 2), яку, окрім вихідних складових документу, складають видозмінені матриці логічних зв'язків та відношень черговостей, а також вперше розроблені матриці зв'язків гіперпосиланнями, базових ключових слів, властивостей кадрів, пріоритетів та масиви розмірів компонент.

Розроблено чотири методи обробки початкових документів з технічною інформацією до заданого розміру:

- при обробці всього ДТІ;

- при обробці окремих структурних елементів ДТІ (розділів, підрозділів тощо);

- при обробці частини ДТІ, яка містить інформацію за якимось стандартним (із заздалегідь запропонованого списку) поняттям (терміном), тобто при запиті за базовим ключовим словом;

- при обробці частини ДТІ, яка містить інформацію за якимось випадковим поняттям (терміном), тобто при запиті за випадковим ключовим словом.

Для здійснення вибору, які з елементів структури документу необхідно видаляти або конвертувати в той, або інший момент обробки, використовуються розроблені матриці і масиви, в яких описані пріоритети і важливості усіх структурних елементів документу.

Для усіх методів отримано схеми, визначено пріоритети обробки складових ДТІ, описано алгоритми роботи пристроїв. Загальна схема перетворення ДТІ при обробці усього документу показана на рис. 3.

20

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2. Модель складу документу технічної інформації

Згідно зі схемою рис. 3 в пристрої обробці індексів (ПОІ) по певному алгоритму, використовуючи масиви розмірів компонент (МРКом), матрицю пріоритетів (МП) і значення коефіцієнтів інваріантності і пріоритетів з матриці властивостей кадрів (МВК), визначаються індекси з МРКом, а також ті кадри (через індекси кадрів), які повинні залишитися.

20

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3. Модель КС при перетворенні усього документу

Увесь процес перетворення ділиться на дві стадії:

- стадія конвертації, в якій відбувається зменшення якості компонент (файлів) до мінімально можливих, які задані в масивах МРКом, згідно з пріоритетами з матриць МП і МВК;

- стадія видалення компонент і кадрів згідно з пріоритетами з матриць МП та МВК.

Процес перетворення відбувається до тих пір, доки розмір перетвореного ДТІ (всі розміри компонент представлені у байтах) не стане менше заданого значення VЗ, тобто доки не почне виконуватися умова:

,

де IND - множина усіх індексів; PT, PG, PA, і PV - розміри текстових, графічних, аудіо- і відеофайлів відповідно (у байтах); N<ind>, M<ind>, L<ind> - кількість графічних, аудіо- і відеокомпонент відповідно в кадрі з індексом <ind>; t1, t2 - індекси масивів з розмірами текстових компонент; g1, g2, g3, и g4 - індекси масивів з розмірами графічних компонент; а1, а2, а3, а4 и а5 - індекси масивів з розмірами аудіокомпонент; v1,…, v9 - індекси масивів з розмірами відеокомпонент.

У третьому розділі розглянуто питання, пов'язані з розробкою комп'ютерної системи з передачею інформації сервісами GSM мережі для передачі ДТІ. В роботі розроблено модель структури комп'ютерної GSM мережі, яка дозволяє описати взаємодії користувача, оператора GSM зв'язку та центру обробки інформації (рис. 4). Для обробки та здійснення передачі ДТІ сервісами GSM мережі в роботі розроблено та застосовано кілька засобів обробки SMS/MMS-повідомлень, що дозволяє обробляти запити, які написані на різних алфавітах (російськомовній та україномовній кирилиці або латиниця) тощо.



20

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4. Модель структури комп'ютерної системи
з передачею ДТІ сервісами GSM мережі

Розроблено програмні засоби роботи з контентом, який передається сервісами GSM мережі (з використанням мови графічного програмування LabView та мови С++). Основу їх складає попередня обробка SMS/MMS-повідомлення та застосування інформаційно-пошукової системи обробки SMS/MMS-запиту.

Для спрощення визначення форми запиту запропоновано використовувати програму-сендер, яка встановлюється на мобільному телефоні і має вигляд меню-навігатора, за допомогою якого можна переглядати зміст документу і робити SMS-запит на фрагменти документу без звернень до кодувань. Структура сендера має ієрархічну модель даних.

Розглянуто системи взаємодії користувача, центру обробки інформації, оператора зв'язку та банку, що дозволяє збільшити кількість способів взаємодій між користувачем і центром обробки інформації для отримання інформації і її оплати, що значно спрощує і автоматизує взаєморозрахунки при передачі комерційної ДТІ.

Працездатність роботи комп'ютерної системи з передачею інформації сервісами GSM мереж при застосуванні апаратно-програмних засобів обробки інформації була перевірена при роботі з електронним підручником (як прикладом ДТІ), при виконанні держбюджетної науково-дослідної теми “Створення інтерактивного електронного підручника української мови, а також системи його функціонування в інформаційному просторі нового покоління” у рамках виконання Державної програми розвитку і функціонування української мови на 2004-2010 роки. В якості апаратного модуля попередньої обробки інформації були використанні апаратно-програмні засоби SMS-сервісу “4840”. В якості приймально-передавального GSM-модуля використаний модуль SIM300C.

20

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 5. Зразки вікон виведення результатів роботи ПОІ на прикладі обробки 13 розділу електронного підручника зі спеціальності
“Медичні прилади та системи”

У четвертому розділі наведено результати розробки апаратного і програмного забезпечення, в яких використано отримані в роботі результати теоретичних досліджень на прикладі обробки мультимедійного електронного підручника - типового зразка документу з технічною інформацію з компонентами різних форматів.

З використанням мови програмування С++ розроблено програмне забезпечення роботи ПОІ у комп'ютерній системі, що реалізовує отримані в другій главі теоретичні положення роботи ПОІ для обробки ДТІ. Деякі з вікон представлення результатів роботи програми при різних заданих граничних розмірах ДТІ наведено на рис. 5.

З використанням пакету схемотехнічного моделювання Proteus проведено схемотехнічне моделювання пристрою обробки індексів на основі мікроконтролера PIC18F452 (рис. 6). Розглянута апаратна реалізація КС з використанням демоплати PICDEM 2 Plus (рис. 7).

20

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 6. Схемотехнічна модель пристрою обробки індексів на основі PIC18F452 (виконана в програмі Proteus)

20

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 7. Приклад реалізації пристрою обробки індексів на основі використання мікроконтролера PIC18F452

Застосування отриманих методів обробки інформації на прикладі роботи з електронним підручником “Медичні прилади та системи”, який був розроблений на кафедрі комп'ютеризованих та інформаційних технологій у приладобудуванні в Черкаському державному технологічному університеті, дозволило визначити, що при роботі з різними частинами підручника зменшення часу на обробку, у порівнянні із звичайними методами, склало від 2 до 63 %.

При роботі з розробленим електронним підручником з української мови зменшення часу на обробку склало до 74 %. При чому встановлено, що перевага у зменшенні часу збільшується при збільшенні складності ДТІ, наявності аудіо- та відео файлів великих розмірів тощо.

Висновки

У дисертації на основі виконаних автором досліджень вирішено важливу науково-технічну задачу, яка сприяє підвищенню ефективності роботи комп'ютерних систем з обмеженими ресурсами за рахунок застосування створених в роботі апаратно-програмних засобів попередньої обробки інформації, представленої формалізованими знаннями.

У результаті виконаних автором досліджень було виявлено ряд закономірностей, аналіз яких дозволяє стверджувати, що сформульовані в роботі завдання можуть вважатися виконаними. При виконанні роботи використовувалися коректні і достовірні методи досліджень.

При цьому, експериментальні дослідження підтвердили коректність постановки завдань і методів, використаних при доведенні основних наукових положень.

У роботі отримані наступні основні наукові і практичні результати.

1. На основі використання семантичної мережі для формалізації предметної області розроблено модель представлення матеріалу документів з технічною інформацією. Визначено три типи відношень між вершинами, що утворюють мережеву структуру: ієрархічні, лінійні та дискретно-лінійні і семантичні (асоціативні). Визначено чотири відмінності між структурою традиційного та запропонованого документу з технічною інформацією. Використання розробленої структури при підготовці документів з технічною інформацією дозволяє ефективно переробляти документи для зменшення об'єму зі збереженням найбільшої інформативності.

2. Розроблено шість типів матриць взаємозв'язків і відношень та набір багатовимірних масивів: матриці відношень черговостей, матриці логічних зв'язків, матриці зв'язків гіперпосиланнями, матриці базових ключових слів, матриці властивостей кадрів, матриці пріоритетів та масиви розмірів компонент. Застосування розроблених матриць та масивів при розробці ДТІ дозволяє визначати пріоритетність при подальшій обробці цих документів у КС з обмеженими ресурсами.

Застосування отриманих матриць та масивів дозволило запропонувати нову модель складу документів з технічною інформацією, які можуть бути ефективно оброблені у КС з обмеженими ресурсами.

3. Розроблено чотири методи попередньої обробки технічної інформації в комп'ютерних системах та їх апаратно-програмне забезпечення:

- при обробці всього ДТІ;

- при обробці окремих структурних елементів ДТІ (розділів, підрозділів тощо);

- при обробці частини ДТІ, яка містить інформацію за якимось стандартним (із заздалегідь запропонованого списку) поняттям (терміном), тобто при запиті за базовим ключовим словом;

- при обробці частини ДТІ, яка містить інформацію за якимось випадковим поняттям (терміном), тобто при запиті за випадковим ключовим словом.

Застосування цих методів дозволяє скоротити час обробки інформації та представити її в заданому об'ємі зі збереженням найбільш значущої інформативної частини.

4. Для реалізації розроблених методів запропоновано застосування в КС пристрою обробки індексів, в якому відбувається попереднє обчислення значень об'ємів компонент ДТІ з використанням значень їх розмірів з масивів компонент із урахуванням послідовності обробки за значеннями коєфіцієнтів з матриць пріоритетів. Розроблені алгоритми роботи пристроїв обробки індексів для кожного з чотирьох методів попередньої обробки інформації. Застосування пристрою обробки індексів в КС дозволяє скоротити час на обробку інформації.

5. Розроблена модель комп'ютерної системи з передачею інформації сервісами GSM мереж та апаратно-програмних засоби обробки інформації, що дозволяє здійснити ввесь комплекс передачі ДТІ за допомогою сервісів GSM мереж, збільшити кількість способів взаємодій між користувачем і центром обробки інформації, спростити і автоматизувати взаєморозрахунки при передачі комерційної ДТІ. Працездатність роботи системи була перевірена при роботі з електронним підручником, як прикладом ДТІ, при виконанні держбюджетної науково-дослідної теми “Створення інтерактивного електронного підручника української мови, а також системи його функціонування в інформаційному просторі нового покоління” при використанні можливостей SMS-сервісу “4840”.

6. Застосування отриманих методів обробки інформації на прикладі роботи з електронним підручником “Медичні прилади та системи” дало змогу визначити, що при роботі з різними частинами підручника зменшення часу на обробку, у порівнянні із звичайними методами, склало від 2 до 63 %. При обробці розробленого електронного підручника з української мови зменшення часу склало до 74 %. При чому встановлено, що перевага у зменшенні часу на обробку збільшується при збільшенні складності ДТІ, наявності аудіо- та відео файлів великих розмірів тощо.

Встановлено, що застосування розроблених методів збільшує інформативність опрацьованого ДТІ за рахунок збереження, насамперед, графічних та інших мультимедійних компонент документу (які зберігаються у меншій якості), на відміну від традиційних методів зменшення ДТІ, які побудовані на видаленні мультимедійних компонент документу.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Шарапов В. М. Основные проблемы разработки и распространения электронных учебников в высшей школе / В. М. Шарапов, М. П. Мусиенко, И. К. Чорномаз // Вісник Черкаського державного технологічного університету. - Черкаси, №1. - 2007. - С. 166-168.

2. Мусиенко М. П. Организация передачи информации в системе образования на основе использования каналов мобильной связи / М. П. Мусиенко, И. К. Чорномаз // Вісник Київського національного університету технологій та дизайну. - Київ, №2 (40). - 2008. - С. 105-108.

3. Musienko M. P. The Transmission of Content of the System of Education by the Mobile Communication Channels [Текст] / M. P. Musienko, I. K. Chornomaz, O. L. Savchuk // Вісник Черкаського державного технологічного університету: Спецвипуск. - Черкаси, 2009. - С. 144-146.

4. Мусиенко М. П. Семантическая модель представления материала электронного учебника, распространяемого сервисами GSM сети / М. П. Мусиенко, И. К. Чорномаз // Збірник наукових праць Харківського університету Повітряних сил. - Харків, Вип. 3 (25). - 2010. - С. 146-149.

5. Мусиенко М. П. Методи формування електронних підручників за ключовими словами із заданим граничним розміром / М. П. Мусиенко, И. К. Чорномаз // Наукові праці ЧДУ ім. Петра Могили - Серія: “Комп'ютерні технології” - Вип. 143. - Т. 130. - Миколаїв, 2010. - С. 131-135.

6. Мусиенко М. П. Разработка метода преобразования электронных учебников к заданным размерам для передачи сервисами GSM сети / М. П. Мусиенко, И. К. Чорномаз // Вісник Черкаського державного технологічного університету. - Черкаси, № 3. - 2010. - С. 72-75.

7. Мусиенко М. П. Методы обработки электронных учебников в компьютерных системах дистанционного обучения с ограниченными ресурсами / М. П. Мусиенко, И. К. Чорномаз // Системні технології. Регіональний міжвузівський збірник наукових праць. - Дніпропетровськ: НметАУ, - № 4 (75). - 2011. - С. 98-105.

8. Мусиенко М. П. Создание виртуальных интерактивных бирж труда с использование каналов GSM связи мобильных операторов / М. П. Мусиенко, И. К. Чорномаз, О. Л. Савчук // ІІ Всеукраинская НПК “Проблемы и перспективы трудоустройства выпускников Высших учебных заведений”. - Донецк: ДонНУЕТ, 2007. - С. 91-93.

9. Мусиенко М. П. Использование каналов мобильной святи для передачи информации в системе дистанционного обучения / М. П. Мусиенко, И. К. Чорномаз, О. Л. Савчук, А. М. Коваленко // XIII міжнародна НПК “Інформаційні технології в економіці, менеджменті і бізнесі. Проблеми науки, практики і освіти”. - Київ, 2007. - С. 197-199.

10. Шарапов В. М. Разработка электронного учебника по специальности “Медицинские приборы и системы” / В. М. Шарапов, М. П. Мусиенко, И. К. Чорномаз, А. М. Коваленко // III международная НПК “Наука и образование без граница”. Т. 14. - София, Болгария, 2007. - С. 49-50.

11. Чорномаз И. К. Построение информационной системы дистанционного образования на базе мобильных технологий / И. К. Чорномаз // II Miedzynarodowej naukovo-praktycznej konferencji “Perspektywiczne opracowania nauki I techniki-2007”. Techniczne nauki. - T. 10. - Przemysl, Polska, 2007. - P. 87-89.

12. Чорномаз И. К. Застосування каналів мобільного зв'язку для інформаційного забезпечення у сфері цивільного захисту / И. К. Чорномаз // Міжнародна науково-практична конференція “Пожежна безпека - 2007”. - Черкаси: АПБ ім. Героїв Чорнобиля, 2007. - С. 192-193.

13. Чорномаз И. К. Использование технологий мобильной связи в системе образования / И. К. Чорномаз // ІІІ міжнародна НТК “Інформатика та комп'ютерні технології”. - Донецьк: ДонНТУ, 2007. - С. 63-65.

14. Мусиенко М. П. Разработка и использование электронных учебников при преподавании в высших учебных заведениях / М. П. Мусиенко, И. К. Чорномаз, А. М. Коваленко // Міжвузівська науково-практична конференція “Актуальні проблеми технічних, природничих та соціально-гуманітарних наук в забезпеченні цивільного захисту”. - Черкаси: АПБ ім. Героїв Чорнобиля, 2008. - С. 49.

15. Шарапов В. М. Разработка и распространение электронных учебников в высшей школе / В. М. Шарапов, М. П. Мусиенко, И. К. Чорномаз, А. М. Коваленко // ІХ международная научно-практическая конференция “Современные информационные и электронные технологи - 2008”. - T. ІI. - Одесса: ОНПУ, 2008. - С. 252.

16. Чорномаз И. К. Спосіб отримання інформації та її безготівкової оплати через комунікаційні мережі / И. К. Чорномаз, О. Л. Савчук // 13-й Международный молодежный форум “Радиоэлектроника и молодежь в ХХІ веке”. - Харьков, 2008. - С. 423.

17. Мусиенко М. П. Примеры использования мобильной связи для передачи электронного контента в учебном процессе / М. П. Мусиенко, И. К. Чорномаз, О. Л. Савчук // V міжнародна НПК “Інформатизація освіти України. ІКТ у вищих навчальних закладах”. - Херсон: ХДУ, 2008. - С. -62.

18. Мусиенко М. П. Использования SMS и MMS сервисов GSM-сетей в системе дистанционного образования в высшей школе / М. П. Мусиенко, И. К. Чорномаз, О. Л. Савчук // Х международная научно-практическая конференция “Современные информационные и электронные технологи - 2009”. - T. IІ. - Одесса: ОНПУ, 2009. - С. 210.

19. Савчук О. Л. Спосіб пошуку даних в інформаційно-пошукових системах контенту мобільного зв'язку / О. Л. Савчук, И. К. Чорномаз, М. П. Мусиенко // The Third International Conference “Computer science & engineering - 2009”. - Львів: НУ “Львівська політехніка”, 2009. - C. 109-110.

20. Мусиенко М. П. Применение технологий GSM стандарта в приборо- и машиностроении / М. П. Мусиенко, И. К Чорномаз // МНТК “Інтегровані комп'ютерні технології в машинобудуванні”. - Том. 3. - Харків: НАУ “ХАІ”, 2009. - С. 133.

21. Мусиенко М. П. Выбор сервиса GSM технологии в автоматизированных системах беспроводной передачи данных / М. П. Мусиенко, И. К Чорномаз // ІV міжнародна науково-практична конференція “Матеріали електронної техніки та сучасні інформаційні технології” - Кременчук: КУЕІТУ, 2010. - С. 196-197.

22. Чорномаз И. К. Разработка структуры учебного материала электронных учебников / И. К Чорномаз, М. П. Мусиенко // VІ міжнародна науково-практична конференція “Новини наукового прогресу” - Т. 6. - Софія, Болгарія, 2010. - С. 66-68.

23. Пат. 55570 Україна, МПК G 09 В 7/00. Спосіб підготування електронного посібника для дистанційного навчання / Мусієнко М. П., Чорномаз І.К. - № u201012775; заявл. 28.10.10; опубл. 10.12.10, Бюл. № 23.

24. Пат. 55571 Україна, МПК G 09 В 7/00. Пристрій підготування електронного підручника із заданим граничним розміром підручника / Мусієнко М. П., Чорномаз І.К. - № u201012776; заявл. 28.10.10; опубл. 10.12.10, Бюл. № 23.

Анотація

Чорномаз І.К. Апаратно-програмне забезпечення попередньої обробки технічної інформації в комп'ютерних системах з обмеженими ресурсами. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.05 - Комп'ютерні системи та компоненти. - Черкаський державний технологічний університет, Черкаси, 2011.

Дисертаційне дослідження присвячене актуальним питанням розробки теоретичних засад, методологічних, алгоритмічних та програмно-апаратних засобів опрацювання інформації, представленої формалізованими знаннями, зокрема, підвищенню ефективності попередньої обробки інформації в комп'ютерних систем з обмеженими ресурсами.

У дисертаційній роботі розроблено семантичну модель представлення структури документу з технічною інформацією (ДТІ) для його ефективної обробки до заданого зменшеного розміру Розроблено шість типів матриць взаємозв'язків та відношень і набір багатовимірних масивів, які задають пріоритетність при обробці документів. Розроблено чотири методи перетворення ДТІ під заданий граничний розмір: при перетворенні усього документу, певного розділу, формування документу по якомусь заздалегідь відомому та заздалегідь невідомому термінам, які дозволяють зменшити час на обробку ДТІ із збереженням максимальної інформативності. Розроблено модель та апаратно-програмні засоби обробки інформації в комп'ютерних системах з передачею інформації сервісами GSM мереж.

Ключові слова: комп'ютерна система, технічна інформація, GSM мережа, методи обробки, граничний розмір документу.

Summary

Chornomaz I.K. The hardware-software provision of previous treatment of technical information is in the computer systems with the limited resources. - Manuscript.

Dissertation on the obtaining the scientific degree of candidate of technical sciences in speciality 05.13.05 - computer systems and components. Cherkasy State Technological University, Сherkasy, 2011.

The thesis is devoted to the current questions of development of the theoretical principles, methodological, algorithmic and hardware-software means of http://www.multitran.ru/c/m.exe?a=110&t=3439978_2_1&sc=585processing of information, presented by the formalized knowledge, in particular, to the increase of efficiency of previous treatment of information at the computer systems with the limited resources.

The semantic model of presentation of structure of the document with technical information (DТІ) for its effective processing to the set diminished size is worked out in the thesis. Six types of matrices of intercommunications and relations as well as the set of multidimensional arrays, which set priority at processing of the documents, are developed in the dissertation. Four methods of transformation of DТІ under the set http://www.multitran.ru/c/m.exe?a=110&t=1003000_2_1&sc=291critical size have been worked out. They are: transformation of all documents; certain chapter; formation of the document at some known or in unknown terms, which allow decreasing time on processing of DТІ with maintenance of the maximal informing. A model and hardware-software facilities of treatment of information in the computer systems with an information transfer by services of GSM networks were worked out.

Key words: computer system, technical information, GSM network, methods of processing, critical limit of document.

Аннотация

Чорномаз И.К. Аппаратно-программное обеспечение предварительной обработки технической информации в компьютерных системах с ограниченными ресурсами. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.13.05 - Компьютерные системы и компоненты. - Черкасский государственный технологический университет, Черкассы, 2011.

Диссертационное исследование посвящено актуальным вопросам разработки теоретических основ, методологических, алгоритмических и программно-аппаратных средств обработки информации, представленной формализованными знаниями, в частности, повышению эффективности предварительной обработки технической информации в компьютерных системах с ограниченными ресурсами.

В первом разделе приведен анализ существующих компьютерных систем работы с технической информацией, а также существующих моделей, методов и средств предварительной ее обработки. Выявлены недостатки таких систем и методов: большое время обработки информации, представленной в виде большего количества мультимедийных приложений, а также большая потеря информационности документов при уменьшении их размеров. В результате анализа получена структурно-логическая схема диссертационного исследования.

На основе использования семантических сетей предложено описание материала документа технической информации (ДТИ), которое заключается в видоизменении модели структуры ДТИ. Определены три типа отношений между вершинами в моделе, которые образуют сетевую структуру: иерархические, линейные и дискретно-линейные, семантические (ассоциативные). Определены четыре отличия между структурой традиционного и предложенного документов. Использование разработанной структуры при подготовке ДТИ позволяет эффективно обрабатывать документы при уменьшении их объема с сохранением наибольшей информативности.

Разработаны матрицы и массивы определения приоритетности и взаимосвязей структурных элементов ДТИ за счет изменений матриц отношений очередности и логических связей, а также разработки матриц связей гиперссылками, свойств кадров, базовых ключевых слов, приоритетов компонент и массивов размеров компонент, что позволяет преобразовывать размеры документов с сохранением или дополнительным наполнением наибольшей информативности. Применение разработанных матриц и массивов при разработке ДТИ позволяет определять приоритетность при обработке и удалении компонент документа при уменьшении объема ДТИ.

Разработано четыре метода предварительной обработки информации в компьютерных системах путем удаления и/или конвертации компонент с учетом их приоритетности на основе использования набора матриц приоритетов и массивов размеров, что позволяет получать ДТИ заданных размеров с сохранением наибольшей информативности: при обработке всего ДТИ, при обработке отдельных структурных элементов ДТИ (глав, разделов, подразделов и т. д.), при обработке части ДТИ, который содержит информацию по какому-то стандартному (из заранее предусмотренного списка) понятию (термину), т. е. при запросе по базовому ключевому слову, при обработке части ДТИ, который содержит информацию по какому-то случайному понятию (термину), т. е. при запросе по случайному ключевому слову.

Для реализации разработанных методов в компьютерных системах в работе впервые предложено использование устройства обработки индексов, а также разработано его аппаратно-программное обеспечение, что позволяет сократить время обработки информации, представленной формализованными знаниями.

Разработана модель компьютерной системы с передачей информации сервисами GSM сетей, а также аппаратно-программные средства обработки информации. Работоспособность системы была проверена при работе с электронным учеником (как примером ДТИ) при выполнении госбюджетной научно-исследовательской работы “Создания интерактивного электронного учебника украинского языка, а также системы его функционирования в информационном пространстве нового поколения” при использовании возможностей SMS-сервиса “4840”.

Применение разработанных методов обработки информации на примере работы с электронным учебником “Медицинские приборы и системы” позволило определить, что обработка разных частей учебника уменьшает временя обработки, по сравнению с обычными методами, на 2…63 %. При обработке разработанного электронного учебника украинского языка уменьшение времени составило до 74 %. Причем установлено, что выигрыш в уменьшении времени на обработку увеличивается при увеличении сложности ДТИ: наличия аудио- и видео файлов больших размеров и тому подобное.

Установлено, что применение разработанных методов увеличивает информативность полученных документов, которое связано, в первую очередь, с сохранением графических и других мультимедийных компонент документа, которые представляются в меньшем качестве, что отличается от традиционных методов уменьшения ДТИ, в которых обработка осуществлена на основе удаления мультимедийных компонент документа.

Результаты диссертационного исследования внедрены в учебном процессе в трех учебных заведениях г. Черкасс и Николаева. Кроме того, результаты исследований применяются в работе SMS-сервиса “4840”.

Ключевые слова: компьютерная система, техническая информация, GSM сеть, методы обработки, граничный размер документа.

Размещено на Allbest.ru

...