Исследования мозга человека показало некоторые из важных его особенностей:
- структурно он состоит их одинаковых элементов - нейронов;
- нейроны образуют сети, способные обрабатывать информацию различного назначения;
- отдельные нейроны могут участвовать при решении различных задач, в составе формируемых для этих целей в мозге виртуальных структур;
- наличие в структуре мозга участков, специализирующихся на обработке информации определенного назначения и свойства. Эти особенности предопределили одно из направлений исследований в области создания искусственного интеллекта;
- разработку искусственных нейронных сетей, начиная с разработки технических аналогов биологических нейронов. [1]
Информационные процессы в мозге настолько сложны и многообразны, что ученные до сих пор не могут воспроизвести их технически. Но исследования продолжаются, и в настоящее время наблюдается тенденция создания однородных сред, специализированных под выполнение задач по преобразованию информации, связанной с решением задач определенного класса, из различных предметных областей. Это связанно с тем, что и в мозге человека имеются участки, специализированные на обработке отдельных видов информации, определенного класса задач.
Однородная среда – среда, состоящая из одинаковых или близких по структуре функциональных элементов – ячеек. Ячейки связанны между собой и имеют входы и выходы. Простейшим примером такой среды является однородная вычислителная среда представленная на рисунке 1.
Рис. 1 Однородная вычислительная среда.
Где, ВЯ – это вычислительная ячейка.
Однородные регистровые среды с программируемой структурой.
Однородная регистровая среда с программируемой структурой, это та же самая однородная вычислительная среда, но в ней нет жесткой привязки к выполнению каких либо операций. В данной среде с помощью настройки регистров, которая выполняется соответствующими программами, можно строить виртуальные структуры и решать различные задачи, что и является одним из главных достоинств таких сред. В данной среде в качестве математического аппарата используется теория расширенных двоичных полей Галуа GF (2m). Выбор в качестве математического базиса теории расширенных двоичных полей Галуа GF(2m) был предопределен достаточно широким кругом задач из различных направлений исследований, использующим указанный математический аппарат. В частности это цифровая фильтрация сигналов, генерация случайных последовательностей, помехоустойчивое кодирования, сигнатурный анализ, Фурье-подобные преобразования над полем и т.д.
Уровень технических разработок в этом направлении представляли регистровые структуры. Основным недостатком этих структур являлась жесткость структур преобразователей, их ориентированность на выполнение только определенного типа операций, заданных над полем. В них операции выполнялись с постоянным участием этого элемента: умножение любого элемента поля на элемент, определяющий структуру преобразователя, деление на один и тот же делитель, определяющий структуру преобразователя. Основными функциональными элементами регистровых структур являются сумматоры по модулю два и регистры. Существует два класса регистровых структур. В одном из классов, условно - класс А, сумматоры располагаются между ячейкам регистра на позициях, определяемых одним из сомножителей или делителем. В классе структур - условно класс В, сумматоры располагаются вне регистра. В обоих классах имеются подклассы, в одном из них информация передается с входа на выход, эти подклассы является базовым при выполнении в структурах операций умножения, например в устройствах помехоустойчивого кодирования. Во вторых подклассах информация передается с выхода на вход, используются подклассы для реализации преобразователей с базовой операцией - деления над полем, пример использования - декодирование с обнаружением ошибок.
Имеющиеся теоретические разработки в области создания однородных регистровых сред с программируемой структурой, для практического их внедрения требуют предварительного систематизации, математического описания и моделирования. Первым этапом при этом является разработки и исследования на уровне различных моделей функциональных элементов-ячеек, образующих эти среды. В качестве примера можно привести следующую модель функциональной ячейки.
Рис.2 Модель функциональной ячейки
На рис.2. приведен общий вид модели функциональной ячейки однородной регистровой среды (ФЯОРС), которая имеет:
- входы, связывающие его с общим входом среды - Х2 (условие реализации в среде операции умножения элементов поля), из цепи обратной связи (условие выполнимости операции деления элементов поля) - Х1, входы тактирования записи - Х т в память и установки элемента в начальное состояние - Х уст; - входы настройки структуры элемента H=(h1,h2,…, h n); - выход(ы) в цепь обратной связи - Y1(Y1*) , выход из среды -Y3 и выход(ы) связи с последующими элементами -Y2(Y2*).
Один из вариантов декомпозиции модели ячейки приведенной на рис.2, пказана на рис.3.
Рис.3 Функциональная модель ячеек однородной регистровой среды
Функции элементов модели, приведенных на рис3:
smi- логические сумматоры;
M - элемент памяти -ячейка регистра;
Рг - регистр хранения кода настройки структуры элемента среды;
XOR - сумматор по модулю поля GF(2).
hi - умножители в поле GF(2 m ) на скаляр - элемент поля GF(2),(hi принимает значения 0 или1, активизируя или блокируя тот или иной вход или выход ячейки);
h*- элементы ячеек, для организации связей по информационным входам и выходами с ячейками, предшествующими и стоящими в среде после данной ячейки. При создании сред без дополнительных связей, расширяющих функциональные возможности сред, эти элементы в ее структуре отсутствуют.
H = ( h1,h2,…,hn) - двоичный вектор настройки ячейки, формируется и вводится в процессе формирования в среде структуры виртуальных преобразователей информации.
На рис.4 приведена схема соединения функциональных ячеек, модель которых приведена на рис.2, в однородную регистровую среду.
Рис.4 Структура однородной регистровой среды на функциональных ячейках
В данной работе были рассмотрены только честь возможных структур моделей. По данным структурам можно построить формализованные логико-математические модели, которые могут быть использованы для их машинного моделирования.
Выводы
В заключении следует отметить, что в настоящее время уделяется большое внимание данному направлению, исследования мозга продолжаются и если такого рода среды помогут воссоздать хоть, что либо похожее на процессы происходящие в мозгу человека, это даст большой скачек науке в целом.
Библиографическая ссылка
Ибрагимов С.А. МОДЕЛИРОВАНИЕ ОДНОРОДНЫХ РЕГИСТРОВЫХ СРЕД С ПРОГРАММИРУЕМОЙ СТРУКТУРОЙ // Международный студенческий научный вестник. – 2015. – № 6. ;URL: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=13554 (дата обращения: 19.04.2024).