Метод підвищення швидкодії арифметичних пристроїв на основі структурно-блочних кодів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Черкаський державний технологічний університет

УДК 681.3.14/21:519.713

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Метод підвищення швидкодії арифметичних пристроїв на основі структурно-блочних кодів

Спеціальність 05.13.05 - комп'ютерні системи та компоненти

Бєсєдіна Світлана Валеріївна

Черкаси - 2009

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Черкаському державному технологічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Рудницький Володимир Миколайович, Черкаський державний технологічний університет, завідувач кафедри системного програмування.

Офіційні опоненти:

- доктор технічних наук, професор Кочкарьов Юрій Олександрович, Черкаський державний технологічний університет, професор кафедри інформатики та інформаційної безпеки;

- доктор технічних наук, професор Туркін Ігор Борисович, Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського “ХАІ”, завідувач кафедри програмної інженерії.

Захист відбудеться “9” квітня 2009 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 73.052.01 при Черкаському державному технологічному університеті за адресою: 18006, м. Черкаси, бул. Шевченка, 460.

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

Автореферат розіслано 06.03. 2009 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради В.В. Палагін.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Постійне розширення галузей застосування засобів цифрової обчислювальної техніки веде до необхідності рішення все більш складних задач. Це, в свою чергу, визначає постійне зростання вимог до продуктивності обчислювальних систем та підвищення їх швидкодії. Створення міжнародних та загальнодержавних корпорацій приводить до значного збільшення потоків даних, які необхідно збирати, зберігати, обробляти та використовувати для ефективного управління, а втрата часу на прийняття рішень або виникнення помилок, особливо у фінансовій сфері, пов'язані зі значними збитками. Тому засоби обчислювальної техніки інформаційно-аналітичних та інформаційно-управляючих систем потребують постійного збільшення швидкості обробки інформації та забезпечення надійності й достовірності функціонування. Створення швидкодіючих відмовостійких систем особливо потрібне тоді, коли необхідно максимально забезпечити якість управління об'єктами при мінімально можливому часі прийняття рішень.

Питанням побудови відмовостійких швидкодіючих інформаційних систем приділялася увага такими вченими, як Дж. фон Нейман, К. Е. Шеннон, О. Д. Закревський, М. А. Гаврілов, О. П. Стахов, Є. І. Брюховіч, Ю. Г. Дадаєв, О. М. Романкевич, В. П. Тарасенко, О. В. Ткаченко, В. І. Ключко та інші. У працях цих авторів обговорюються питання структурної та інформаційної надлишковості, досліджуються структурно-блочні коди (СБК), проводиться синтез СБК різних форм з метою підвищення надійності функціонування різних систем.

Однак, питанням комплексного підвищення швидкодії засобів обчислювальної техніки приділялась недостатня увага. Запропоновані методи та їх схемна реалізація пристроїв прискореного додавання, множення, перетворення і контролю кодів не дають можливість побудувати універсальний арифметичний пристрій, який забезпечить необхідний рівень швидкодії за рахунок використання лише однієї системи числення.

Таким чином, можна зробити висновок, що наукова задача, яка полягає у розробці методу підвищення швидкодії арифметичних пристроїв на основі введення інформаційної та апаратної надлишковості, яка базується на використанні структурно-блочних кодів, є актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконувалася відповідно до плану наукових досліджень Черкаського державного технологічного університету у рамках НДР «Метод синтезу швидкодіючих систем захисту інформації на основі спеціалізованих логічних функцій» (ДР № 0108U000506) та «Метод синтезу механізмів захисту інформації в спеціалізованих автоматизованих системах» (ДР № 0108U000508), в яких автор брав участь як виконавець.

Мета i задачі досліджень. Метою дисертаційної роботи є розробка нового методу додавання на основі взаємокомпенсації переносів, який дозволить забезпечити високу швидкодію і надійність засобів цифрової обчислювальної техніки за рахунок введення інформаційної та апаратної надлишковості. Поставлене наукове завдання вирішується за допомогою вибору природної надлишкової системи числення, яка найповніше відповідає поставленій задачі. Для досягнення даної мети необхідно вирішити такі задачі дослідження:

1. На основі аналізу структурно-блочних кодів вибрати коди, що дозволяють розпаралелювати операцію додавання для підвищення швидкодії арифметичних пристроїв.

2. Розробити метод додавання на основі взаємокомпенсації переносів й алгоритм виконання даної арифметичної операції, який дозволить досягти збільшення швидкодії обробки інформації.

3. Розробити на основі перекодованих структурно-блочних кодів алгоритми функціонування та математичні моделі суматорів, які на основі мікроконвеєрного виконання операцій дозволять досягти збільшення швидкодії та забезпечать можливість поопераційного контролю.

4. На основі аналізу складності математичних моделей суматорів та їх функціональних схем вибрати систему числення, яка при введенні найменшої апаратної надлишковості забезпечить реалізацію методу додавання на основі взаємокомпенсації переносів.

Об'єкт дослідження - процеси обробки і контролю інформації в спеціалізованих засобах обчислювальної техніки.

Предмет дослідження - методи підвищення швидкодії арифметичних пристроїв на основі застосування структурно-блочних кодів.

Областю застосування предмета дослідження є елементи і пристрої високопродуктивних спеціалізованих засобів обчислювальної техніки, які забезпечать достовірне вирішення задач управління в реальному часі.

Методи дослідження. При вирішенні задач дослідження використовувалися методи і математичний апарат теорії інформації, теорії надійності, методів дискретної математики, теорії відмовостійкого кодування, теорії цифрових автоматів, теорії алгоритмів, а також методів комп'ютерного моделювання.

Наукова новизна отриманих результатів. У процесі вирішення поставлених задач автором отримано такі результати:

1. Вперше одержано метод додавання, що ґрунтується на інформаційній надлишковості трійкових структурно-блочних кодів, в якому, на відміну від існуючих методів, для виконання операції використовується взаємокомпенсація переносів з парних та непарних розрядів, що дає можливість зменшити час отримання результату.

2. Удосконалено мікроконвеєрні методи виконання операції додавання на основі використання перекодованого структурно-блочного коду мінімальної інформаційної надлишковості за рахунок взаємокомпенсації переносів при додаванні і нормалізації, що дозволило підвищити швидкодію суматорів.

3. Отримали подальший розвиток:

· методи аналізу і синтезу арифметичних структурно-блочних кодів за рахунок визначення залежностей для розрахунку основних характеристик структурно-блочних кодів мінімальної форми, що дозволило збільшити кількість проаналізованих структурно-блочних кодів та зменшити час на їх аналіз;

· структури швидкодіючих пристроїв додавання та контролю інформації за рахунок найбільш повного використання інформаційної надлишковості й особливостей отриманих кодів, що дозволило розширити контролюючі можливості та підвищити швидкодію спеціалізованих суматорів при мінімально можливій функціональній складності.

Практичне значення отриманих результатів. Практична цінність роботи полягає в доведенні здобувачем отриманих наукових результатів до конкретних інженерних методик, алгоритмів, моделей та варіантів функціональних схем.

На підставі проведених досліджень одержано такі практичні результати: побудовано алгоритми функціонування та математичні моделі пристроїв додавання та нормалізації із взаємокомпенсацією та без взаємокомпенсації переносів, що дозволяє значно підвищувати швидкодію; отримано математичні моделі та функціональні схеми пристроїв контролю, які розширяють контролюючі можливості пристроїв за рахунок найбільш повного використання інформаційної надлишковості й особливостей отриманих кодів.

Одержані в дисертаційній роботі теоретичні й практичні результати використані й впроваджені:

· на ДП «Автоскладальний завод №2» ВАТ «ЛуАЗ» (м. Черкаси), де розроблені математичні моделі пристроїв обробки інформації та контролю були використанні для підвищення надійності тракту передачі інформації в роботі «конструктор - технолог - виконавчий робот»;

· в Європейському університеті (Уманська філія) на кафедрі інформаційних технологій та математичних дисциплін у матеріалах лекційних курсів «Забезпечення надійності функціонування комп'ютерних систем», «Захист інформаційного та програмного продукту» та при вдосконаленні локальної мережі університету;

· в Черкаському державному технологічному університеті на кафедрі системного програмування у матеріалах лекційних курсів «Теорія інформації та кодування», «Прикладна теорія цифрових автоматів», при проектуванні курсових, випускних та дипломних робіт.

Особистий внесок здобувача. Нові результати дисертаційної роботи отримано автором самостійно. В наукових працях, опублікованих в співавторстві, з питань, що стосуються даного дослідження, автору належать: розробка математичних моделей суматорів та пристроїв контролю [1]; розробка математичних моделей функціонування та доведення коректності застосування методу додавання на основі взаємокомпенсації переносів для швидкодіючих суматорів [2]; доведення коректності виконання арифметичних операцій [3]; доведення рекурентних послідовностей для розрахунку потужності коду та вагових коефіцієнтів [4]; обґрунтування і вибір форми представлення інформації [5]; розробка математичних моделей пристроїв [6]; розробка аналітичного алгоритму виконання операції множення [7]; розробка математичної моделі реалізації методу додавання на основі додавання одиниць [8]; розробка аналітичних розрахунків параметрів коду [9]; метод додавання на основі взаємокомпенсації переносів [10]; розробка суматора, що реалізує метод додавання на основі взаємокомпенсації переносів [11].

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідалися й обговорювалися на: науково-практичній конференції молодих учених та аспірантів “Інтегровані інформаційні технології та системи” (Київ, 2005), постійно діючому науково-технічному семінарі “Проблеми інформатизації” (Черкаси, 2008), міжнародній науково-технічній конференції “Інтегровані комп'ютерні технології в машинобудуванні”, ІКТМ (Харків, 2008), восьмій міжнародній науково-технічній конференції «Проблеми інформатики та моделювання» (Харків, 2008).

Публікації. Основні результати дисертаційної роботи викладено в 11 друкованих працях, у тому числі шість статей відповідно до списку ВАК України, один патент на корисну модель, а також чотири тези доповідей у збірниках праць наукових конференцій.

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота має у своєму складі вступ, чотири розділи, висновки, список літератури, додатки. Основний матеріал викладений на 145 сторінках, у тому числі: 10 рисунків, 20 таблиць, список літературних джерел із 123 найменувань на 13 сторінках, додаток на 3 сторінках.

Основний зміст роботи

У вступі відзначено актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано основну мету і задачі дослідження, викладено наукову новизну та практичне значення отриманих результатів роботи, зв'язок її з планами науково-дослідної роботи. Дано стислу анотацію отриманих у дисертації рішень, відзначено їх практичну цінність, обґрунтованість і достовірність. Наведено дані про реалізацію, апробацію, публікації результатів дослідження. математичний суматор перекодований

У першому розділі проведено огляд сучасного стану та тенденції розвитку швидкодії засобів обчислювальної техніки. Проаналізовано і виділено основні методи та засоби забезпечення швидкодії та надійності роботи арифметичних пристроїв. Проаналізовано існуючі підходи до рішення задачі синтезу швидкодіючих надійних цифрових пристроїв на основі введення інформаційної та апаратної надлишковості.

Визначено основні характеристики суматора, такі як: швидкодія, надлишковість, можливість контролю роботи.

Коефіцієнт швидкодії при використанні суматорів із паралельним переносом буде визначатися:

(1)

де - час виконання операції додавання безнадлишковим суматором із паралельним переносом; - швидкодія суматорів із паралельним переносом, що контролюють помилки під час роботи; - час додавання без урахування переносів в безнадлишковій системі числення; - час розповсюдження переносу в одному розряді в безнадлишковій системі числення; - затримка в схемі формування сигналу переносів в старший розряд переносів в безнадлишковій системі числення; - час додавання без урахування переносу; - час розповсюдження переносу в одному розряді; - затримка в схемі формування сигналу переносу в старший розряд; - час контролю.

Коефіцієнт швидкодії при використанні суматорів із груповим переносом буде визначатися:

(2)

де - час виконання операції додавання безнадлишковим суматором із груповим переносом; - швидкодія суматорів із груповим переносом, що контролюють помилки під час роботи; - затримка в схемі формування сигналу переносу в старший розряд групи в безнадлишковій системі числення; і - кількість груп розрядів суматора в надлишковій і безнадлишковій системах числення відповідно; - максимальний час роботи надлишкового суматора.

Інформаційна надлишковість визначається на основі коефіцієнта інформаційної надлишковості:

(3)

де , - кількість розрядів для представлення максимального числа в надлишковій та безнадлишковій системах числення відповідно.

Апаратна надлишковість суматора із паралельним переносом визначається коефіцієнтом апаратної надлишковості:

(4)

де - складність однорозрядного пристрою попереднього додавання; - кількість розрядів надлишкового коду (); - складність однорозрядного пристрою нормалізації; - складність пристрою контролю надлишкового суматора; - складність однорозрядного пристрою додавання; - складність схеми паралельного переносу.

Апаратна надлишковість суматора із груповим переносом визначається:

(5)

де - складність схеми групового переносу; - складність схеми міжгрупового переносу.

Сукупність виразів (1) - (5) можна трактувати як формальну постановку задачі дослідження. Сутність даної наукової задачі полягає у виборі таких систем числення та методів обробки інформації й контролю, які забезпечать баланс між швидкодією, надлишковістю, складністю та достовірністю функціонування.

У другому розділі розглядається введена інформаційна надлишковість на основі застосування структурно-блочних кодів та надлишкових систем числення. Надлишковість, що вводиться, повинна бути досить великою для забезпечення процесів виявлення й корекції помилок і погодженою з реальною моделлю помилок.

Одним із способів введення інформаційної надлишковості є введення структурної надлишковості на рівні кодів подання інформації, який полягає в обмеженні довжини серій однойменних символів.

Визначення 1. Структурно-блочним кодом називається код, для всіх комбінацій якого існує правило чергування блоків символів.

Визначення 2. Базовою групою (БГ) СБК називається мінімальний набір комбінацій символів, що допускаються у коді.

Визначення 3. Структурно-блочним кодом мінімальної форми (МФ) називається код рівномірної структури із необмеженими серіями нулів, де слово БГ складається із блока нульових символів, а деякі з них повинні мати не більше одного ненульового символу.

Для розширення бази досліджуваних СБК було удосконалено матрично-аналітичний метод синтезу СБК за рахунок визначення залежностей для розрахунку основних характеристик СБК мінімальної форми, що дозволило збільшити кількість проаналізованих СБК та зменшити час на їх аналіз.

Реалізація даного алгоритму пов'язана з розрахунком параметрів кодів на основі таких рекурентних виразів:

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

де - інформативність коду; - основа системи числення; - кількість цифр в коді довжиною ; - ваговий коефіцієнт цифри ; - постійна складова вагового коефіцієнта; - змінна складова вагового коефіцієнта.

У третьому розділі на основі аналізу методів виконання операції додавання був обраний мікроконвеєрний метод, який забезпечує підвищення швидкодії виконання операції за рахунок відсутності сигналів переносу на першому етапі.

Серед усієї сукупності структурно-блочних кодів було вибрано трійковий СБК з мінімальною інформаційною надлишковістю, початкові значення кодів цифр якого подані в табл. 1.

Таблиця 1 Коди цифр вибраного СБК з обмеженням

Число	Код числа	Число	Код числа	Число	Код числа	Число	Код числа
0	0	9	201	18	2001	27	10100
1	1	10	202	19	2002	28	10101
2	2	11	1000	20	2010	29	10102
3	10	12	1001	21	2020	30	10200
4	20	13	1002	22	10000	31	10201
5	100	14	1010	23	10001	32	10202
6	101	15	1020	24	10002	33	20000
7	102	16	1000	25	10010	34	20001
8	200	17	2000	26	10020	...	...

Основною перевагою представленого коду є те, що він забезпечує реалізацію розробленого методу додавання на основі взаємокомпенсації переносів.

На основі правил операцій додавання та нормалізації, операція додавання буде реалізовуватися на основі чотирьох етапів: виконання додавання з отриманням результату в забороненій формі; часткова нормалізація результату додавання на основі віднімання та додавання одиниць; корекція результату додавання по різниці виділених одиниць; нормалізація кінцевого результату додавання.

Четвертий розділ присвячено побудові функціональних пристроїв на основі отриманих математичних моделей та функцій контролю.

Оскільки в попередніх розділах розглядалась система числення з основою три базису , то для зменшення інформаційної надлишковості було зроблено перехід до двійкового базису за допомогою перекодування. Розглянуті варіанти перекодування системи числення з основою три базису за допомогою двох розрядів , які наведені в табл. 2, та трьох розрядів серед яких для подальших досліджень було обрано СБК МФ із варіантом перекодування .

Таблиця 2 Перекодування системи числення з основою три базису {0, 1, 2} двома цифрами

№ цифри	Варіант кодування
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24
0	00	00	00	00	00	00	01	01	01	01	01	01	10	10	10	10	10	10	11	11	11	11	11	11
1	01	01	10	10	11	11	00	00	10	10	11	11	00	00	01	01	11	11	00	00	01	01	10	10
2	10	11	01	11	01	10	10	11	00	11	00	10	01	11	00	11	00	01	01	10	00	10	00	01

В результаті аналізу табл. 2 було вибрано такі три різні способи перекодування: перший, другий і шостий варіанти. Ці варіанти перекодування мають вагові коефіцієнти розрядів відповідно до таблиці перекодування. У першому варіанті вагові коефіцієнти 1 і 2 першого та другого розряду, в другому варіанті 1 і 1, в шостому варіанті (-1) і 2.

У методиці оцінки можливостей використання коду проводяться: оцінка загальної вірогідності корекції помилок; визначення коригувальної здатності коду щодо відношення до кратних помилок; оцінка закону розподілу помилок щодо закону їх появи; оцінка вірогідності корекції реальної моделі помилок.

Виходячи з цього, більш якісний результат оцінки складності практичної реалізації запропонованих методів і моделей додавання можна провести лише з урахуванням контролюючих можливостей систем числення і складності реалізації пристроїв виявлення помилок.

Контроль інформації в СБК може бути реалізований на основі двох підходів:

1) контроль правильності результату операції над групою розрядів, при якому тоді загальний результат контролю буде представлений у вигляді логічної суми інверсних результатів контролю (контроль правильності результату):

,(11)

де - сигнал, що знаходить помилки в (h-m) розряді пакетних кодів.

2) контроль помилки виконання операції над групою розрядів буде представлений у вигляді логічної суми результатів контролю кожного розряду (контроль наявності помилки в результаті):

. (12)

Згідно з (11) та (12) були побудовані математичні моделі пристроїв контролю помилок, які представленні в табл. 3.

Таблиця 3 Математичні моделі пристроїв контролю помилок

Вид перекодування	Перший підхід	Другий підхід
{00, 01, 10}
{00, 01, 11}
{00, 11, 10}
{001,010,100}

Для побудованих на основі перекодування систем числення не можуть бути використані математичні моделі загального вигляду (11) і (12) без уточнення, тому що вони враховують лише структуру коду і не враховують варіанти перекодування. Дане зауваження було враховане при синтезі математичних моделей суматорів.

Проаналізувавши різні варіанти перекодування системи числення з основою три базису щодо складності синтезу суматорів, пристроїв нормалізації та функції контролю, можливо визначити варіант перекодування, який забезпечить максимальну можливу достовірність обробки інформації, а також дозволить підвищити швидкодію арифметичних пристроїв обчислювальної техніки.

Провівши аналіз методів реалізації пристроїв контролю різних варіантів перекодування, було встановлено, що:

§ при організації контролю щодо правильності результату (11) були отримані математичні моделі з найбільшою кількістю логічних операцій кон'юнкції та диз'юнкції;

§ при організації контролю наявності помилок у результаті (12) були отримані математичні моделі з найменшою кількістю логічних операцій;

§ для всіх варіантів перекодування найбільш ефективний спосіб контролю, який забезпечує виявлення максимальної кількості помилок за рахунок використання структури системи числення і варіанту перекодування, реалізується за допомогою пристроїв, які мають 148, 162 та 72 входів всіх логічних елементів відповідно;

§ максимальну кількість помилок при гарантованому виявленні помилок непарної кратності забезпечує перекодований СБК МФ на основі варіанту перекодування {001, 010, 100}, так, для 12-розрядного коду забезпечується найменша складність пристрою контролю - 52 входи всіх логічних елементів.

Однак, збільшивши складність повних суматорів, які самі себе контролюють, лише на 18 % за рахунок варіанту перекодування {001, 010, 100} буде збільшена кількість виявлених помилок і забезпечене гарантоване виявлення помилок непарної кратності.

У додатках наведені акти про впровадження результатів дисертаційного дослідження.

Висновки

В дисертаційній роботі вирішена важлива науково-технічна задача підвищення швидкодії арифметичних пристроїв шляхом розробки нового методу додавання на основі взаємокомпенсації переносів. Даний метод дозволив забезпечити високу швидкодію і надійність функціонування цифрових пристроїв за рахунок введення інформаційної та апаратної надлишковості.

1. Проведений аналіз сучасного стану та тенденцій розвитку елементної бази, методів та засобів забезпечення швидкодії та відмовостійкості цифрових пристроїв й елементів показав, що одним з найбільш перспективних шляхів вирішення поставленої задачі є введення інформаційної надлишковості на основі природно-надійних структурно-блочних кодів, які дозволяють розробляти принципово нові методи і алгоритми виконання арифметичних операцій.

2. Для вирішення протиріч між надлишковістю, складністю й надійністю, швидкодією й контролем інформації доведено аналітичні залежності для оцінки характеристик структурно-блочних кодів та пристроїв на їх основі, які забезпечили можливість вдосконалити матрично-аналітичний метод синтезу кодів за рахунок розширення можливості синтезу та аналізу кодів із основою більше двох.

3. На основі результатів використання запропонованих методів синтезу правил додавання та їх реалізації було вибрано трійковий структурно-блочний код мінімальної інформаційної надлишковості, тому що лише він дозволив розробити метод додавання на основі взаємокомпенсації переносів. Суть запропонованого методу полягає в тому, що переноси з парних і непарних розрядів, які взаємокомпенсуються, в сукупності з мікроконвеєрним виконанням операції значно підвищують швидкодію арифметичних пристроїв.

4. Аналіз побудованих математичних моделей пристроїв додавання та нормалізації із взаємокомпенсацією переносів для різних варіантів перекодування дозволив вибрати системи числення найбільш придатні для практичної реалізації. За результатами оцінки складності математичних моделей встановлено, що варіант перекодування по критерію «швидкодія-складність» та варіант перекодування {001, 010, 100} по критерію «швидкодія-складність-достовірність» можна вважати найбільш ефективними.

5. Для комплексного використання інформаційної надлишковості перекодованих систем числення побудовано математичні моделі пристроїв контролю, які розширяють контролюючі можливості пристроїв за рахунок найбільш повного використання інформаційної надлишковості й особливостей отриманих кодів.

6. Впровадження результатів дисертаційної роботи на підприємствах машинобудівної галузі підтвердило достовірність отриманих методів та методик.

Список опублікованих праць за темою дисертації

Пантєлєєва Н. М. Порівняльний аналіз складності реалізації методу додавання на основі взаємної компенсації переносів / Н. М. Пантєлєєва, В. М. Рудницький , С. В. Бєсєдіна // Системи обробки інформації : збірник наукових праць Харківського університету Повітряних Сил імені Івана Кожедуба. - Х.: Харківський університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба, 2009. - №1 (75). - С. 93-98.

Рудницкий В. Н. Метод повышения быстродействия арифметических устройств / В. Н. Рудницкий, С. В. Беседина // Збірник наукових праць Харківського університет Повітряних Сил. - Х.: Харківський університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба, 2008. - Вип. 3 (18). - С. 128-131.

Коломієць Л. В. Моделювання алгоритмів конвеєрного виконання операції додавання / Л. В. Коломієць, В. М. Рудницький, C. В. Бєсєдіна // Вісник Інженерної академії України. - Київ, 2008. - Вип. 3-4. - С. 138-141.

Рудницкий В. Н. Моделирование параметров структурно-блочных кодов и систем счисления минимальной формы по условию минимальной информационной избыточности / В. Н. Рудницкий, Ю. Ф. Ерофеев, С. В. Беседина // Вісник Черкаського державного технологічного університету. - 2006. - №3. - С. 28-31.

Рудницький В. М. Проблема забезпечення підтримки якісного функціонування урядової аналітично-інформаційної системи з питань надзвичайних ситуацій / В. М. Рудницький, С. В. Бєсєдіна, В. М. Рудницький // Збірник наукових праць ЦНДІ ЗС України. - Київ, 2005. - № 4 (34). - С. 154-159.

Рудницький В. М. Оптимізація елементів логічного пристрою для високонадійних систем захисту інформації / В. М. Рудницький, С. В. Бєсєдіна, В. М. Рудницький // Збірник наукових праць ЦНДІ ЗС України. - Київ, 2005. - № 2 (32). - С. 117-124.

Пат. 13533, Україна, МПК (2006) Н03М 13/00. Пристрій для множення коду числа на чотири в двійково-вісімковій системі числення / В. М. Рудницький, С. В. Бєсєдіна, В. В. Веретельник; заявник Черкаський державний технологічний університет. - № u200506945; заявл. 14.07.05; опубл. 17.04.06. - Бюл. № 4.

Рудницкий В. Н. Метод сложения на основе вычитания и прибавления единиц / В. Н. Рудницкий, С. В. Беседина // Інтегровані інформаційні технології та системи: науково-практична конференція молодих учених та аспірантів. - К.: Національний авіаційний університет, 2005. - С. 130-131.

Рудницький В. М. Матрично-аналітичний метод синтезу СБК / В. М. Рудницький, С. В. Бєсєдіна // Проблеми інформатизації: науково-технічний семінар / Збірник тез доповідей. - Черкаси: ЧДТУ, 2008. - №1 (1). - С. 12.

Бєсєдіна С. В. Реалізація методу додавання на основі взаємокомпенсації переносів / С. В. Бєсєдіна // Проблеми інформатизації: науково-технічний семінар / Збірник тез доповідей. - Черкаси: ЧДТУ, 2008. - №1 (1). - С. 25.

Рудницький В. М. Моделювання суматорів з взаємокомпенсацією переносів / В. М. Рудницький, С. В. Бєсєдіна // Проблеми інформатики та моделювання: восьма міжнародна науково-технічна конференція / Збірник наукових праць Харківського університет Повітряних Сил. - Х.: Харківський університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба, 2008. - Вип. № 3 (18) - С. 187.

Анотація

Бєсєдіна С.В. Метод підвищення швидкодії роботи арифметичних пристроїв на основі структурно-блочних кодів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.05 - комп'ютерні системи та компоненти. - Черкаси: Черкаський державний технологічний університет, 2009.

В роботі проведено огляд сучасного стану проблеми забезпечення швидкодії та надійності засобів обчислювальної техніки, а також розглянуті шляхи їх підвищення.

Обґрунтовано використання введення інформаційної надлишковості на основі систем числення. Проаналізовані існуючі методи синтезу структурно-блочних кодів мінімальної форми на основі базових груп і на основі їх аналізу виділені коди, які дозволяють розпаралелювати операцію додавання для підвищення швидкодії арифметичних пристроїв.

Отримані аналітичні залежності для розрахунку параметрів структурно-блочних кодів мінімальної форми і на їх основі удосконалено алгоритм матрично-аналітичного методу синтезу за рахунок розширення можливості синтезу та аналізу кодів з основою більше двох. Розроблені методи синтезу правил виконання операції додавання та нормалізації.

На основі аналізу складності математичних моделей дискретних пристроїв та їх функціональних схем була обрана система числення, яка забезпечує найкраще співвідношення «швидкодія - апаратна складність» або гарантоване знаходження однократних помилок при тій же швидкодії.

Основним науковим результатом є розробка методу підвищення швидкодії засобів обчислювальної техніки на основі взаємокомпенсації переносів за рахунок введення інформаційної та апаратної надлишковості.

Результати роботи знайшли застосування в дослідному виробництві машинобудівної галузі та в навчальному процесі ряду вищих навчальних закладів України.

Ключові слова: інформаційна надлишковість, нормалізація, математичні моделі, швидкодія, надійність, контроль.

Аннотация

Беседина С.В. Метод повышения быстродействия работы арифметических устройств на основе структурно-блочных кодов. - Рукопись.

Диссертация на получение ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.05 - компьютерные системы и компоненты. - Черкассы: Черкасский госсударственный технологический университет, 2009.

Диссертация посвящена разработке метода повышения быстродействия средств вычислительной техники, а именно методу повышения быстродействия арифметических устройств на основе структурно-блочных кодов с взаимокомпенсацией переносов.

В работе проведен обзор современного состояния проблемы обеспечения быстродействия и надежности средств вычислительной техники, а также рассмотрены пути их повышения.

Обосновано использование введения информационной избыточности на основе систем счисления. Проанализированы существующие методы синтеза структурно-блочных кодов минимальной формы на основе базовых групп и на основе их анализа выделены коды, которые позволяют распараллелить операцию сложения для повышения быстродействия арифметических устройств.

Получены аналитические зависимости для расчета параметров структурно-блочных кодов минимальной формы и на их основе усовершенствован алгоритм матрично-аналитического метода синтеза за счет расширения возможности синтеза и анализа кодов с основой больше двух. Разработаны методы синтеза правил выполнения операции сложения и нормализации. Практическое использование данных методов позволило выделить систему счисления, которая обеспечивает разработку метода сложения на основе взаимокомпенсации переносов. Данная система счисления при минимальной структурной избыточности обеспечивает повышение быстродействия за счет микроконвеерного выполнения сложения, взаимокомпенсации переносов при сложении и нормализации, а также определения времени завершения операции по правильному результату. Основное повышение быстродействия достигается за счет исключения распространения сигналов переноса за пределы групп разрядов. Предложены математические модели дискретных устройств и функциональные схемы сумматоров, реализующие данные методы.

Для практической реализиции разработанного метода сложения на основе перекодированных структурно-блочных кодов были разработаны алгоритмы функционирования и математические модели устройств, которые на основе микроконвеерного выполнения операций позволяют достичь увеличения быстродействия и совместить процессы функционирования и контроля.

Получены математические модели устройств сложения с взаимокомпенсацией и без взаимокомпенсации переносов для разных способов перекодирования информации. Для повышения достоверности обработки информации были получены математические модели устройств контроля, которые учитывают избыточность системы счисления и особенности перекодирования информации.

На основе анализа сложности математических моделей дискретных устройств и их функциональных схем была выбрана система счисления, которая обеспечивает наилучшее соотношение «быстродействие - аппаратная сложность» или гарантированное обнаружение однократных ошибок при том же быстродействии.

Основным научным результатом является разработка метода повышения быстродействия средств вычислительной техники на основе взаимокомпенсации переносов за счет введения инофрмационой и аппаратной избыточности.

Результаты работы нашли применение в опытном производстве машиностроительной отрасли и в учебном процессе ряда высших учебных заведений Украины.

Ключевые слова: информационная избыточность, нормализация, математические модели, быстродействие, надежность, контроль.

Abstract

Besedina S.V. The method of increase of speed of arithmetic units work on the basis of structurally block codes. - Manuscript.

Dissertation on candidate of engineerings sciences examination on the speciality 05.13.05 - computer systems and components. - Cherkasy state technological university, 2009.

Dissertation is devoted to the development of the method of increase of computer aids speed, namely to the method of increase of arithmetic units speed on the basis of structurally block codes with transfer intercompensation.

The review of modern state of the problem of providing of computer aids speed and reliability is conducted and also ways of their increase are considered in the work.

The use of introduction of information redundancy is substantiated on the basis of number systems. The existent methods of synthesis of structurally block codes of minimum form are analyzed on the basis of base groups and on the basis of their analysis codes which allow to parallelize the operation of addition for the increase of arithmetic units speed are selected.

Operation algorithms and mathematical models of devices which on the basis of micropipeline performing of operations allow to attain speed increase and combine the processes of functioning and control are developed on the basis of recoded structurally block codes,

The methods of information control are developed for binary structurally block codes.

Key words: information redundancy, normalization, mathematic models, speed, reliability, control.

Размещено на Allbest.ru

...