CC BY
18
ФОРМАЛИЗАЦИЯ ЗАДАЧИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМЫ Даниел Мондай Афодигбокву, Мое Мин Вин,Тейн Тун Ньюнт
Научный руководитель: Зотов Игорь Валерьевич, д.т.н., профессор, кафедра информационных систем и технологий, Юго-Западный государственный университете, Россия
Формализация задачи проектирования микропроцессорной системы включает определение входов и выходов аппаратных и программных блоков, конкретных процессов обработки, формулирование и учет системных ограничений (эксплуатационных, временных, объемных, точностных и др.) на основе функций, которые будет выполнять разрабатываемая система. Первый шаг цикла проектирования микропроцессорной системы включает в себя определение набора требований пользователя и создания вытекающей из них функциональной спецификации, а также формулирование системных требований к микропроцессорной системе. Требования пользователя определяют то, что он хочет получить от системы, и что она должна делать. Функциональная спецификация микропроцессорной системы определяет, какие функции должны выполняться для удовлетворения требований пользователя и обеспечения интерфейса (связи) между системой и ее внешним окружением (обслуживающим персоналом, исполнительными устройствами, датчиками и т.д.). Последнее определяет наличие и количество индикационных элементов, клавиатуры, входов и выходов микропроцессорной системы. На этапе формулирования системных требований детализируется функциональная спецификация с точки зрения выполнения системных функций (системная функция ввода-вывода дискретной информации, системная функция ввода-вывода аналоговой информации, обслуживание клавиатуры и индикации и др.).
Таким образом, на всех этих этапах определения спецификаций и разработки функционально-системных требований к микропроцессорной системе из общей проблемы, часто поставленной абстрактно и независимо от техники ее реализации, формулируются конкретные, четкие требования и выделяются выполняемые функции на основе принятых для технического описания микропроцессорной системы терминов и определений параметров, характеристик, режимов работы.
Для микропроцессорной системы требуется проектирование, как аппаратных, так и программных средств. Необходимо, во-первых, определить аппа- ратную и программную конфигурации; во-вторых - какие функции спецификации будут выполняться аппаратной частью, а какие - программной. При этом необходимо тщательно учитывать особенности, достоинства и недостатка реализации функций каждой частью микропроцессорной системы. Так, к преимуществам программной реализации можно отнести: широкие —интеллектуальные функциональные возможности; осуществи-
мость перенастройки микропроцессорной системы на новые условия, задачи, объекты и т.д. путем изменения только программного обеспечения.
Наряду с положительными качествами программная реализация функций МПС обладает по сравнению с аппаратной некоторыми ограничительными особенностями, которые могут влиять на компромиссный выбор того или иного метода реализации функций микропроцессорной системы:
- большим временем выполнения функций (или меньшим быстродействием), обусловленным последовательным методом выполнения программы.
- сложностью программной реализации функций непосредственного сопряжения с реальными объектами;
- ограниченным объемом памяти программ и данных
Многопроцессорные системы (мпс)
Параллельные и распределенные вычисления являются эффективным средством повышения производительности вычислительных и управляющих многопроцессорных систем (МПС). Разрабатываемые модели и алгоритмы параллельных и распределенных вычислений, реализуемых в сетевых структурах с большим числом процессорных элементов (ПЭ), позволяют исследовать множество природных и социальных явлений, управлять множеством объектов, обрабатывая огромные потоки информации. Учитывая важность и сложность решаемых задач, оперативность их решения, отказы отдельных элементов не должны влиять на коллективные вычисления и приводить к срыву моделирования или управления.
Для обеспечения нечувствительности вычислений к отказам элементов и связей необходима разработка моделей, алгоритмов автоматической адаптации структуры и межпроцессорных взаимодействий к возникающим от-казовым ситуациям. При этом они должны отвечать требованиям масштабируемости и оперативности, позволяющим сохранять реконфигурацион-ные свойства системы при изменении размеров системы, комбинаций отказов и обеспечивать автоматическое восстановление без прерывания процесса вычислений.
Широко используемой моделью структуры МПС является решетка с замкнутыми границами, эффективно вкладываемая в матричные структуры на СБИС. Одним из путей обеспечения масштабируемости адаптивных отказоустойчивых МПС с решетчатой структурой является создание в них статических сетей, использующих неизменяемые при реконфигурации непосредственные связи между ПЭ . Наращивание многопроцессорных систем с непосредственными связями выполняется подключением новых элементов прямыми связями в соответствии с реализуемой топологией. Автоматическая реконфигурация в отказоустойчивых масштабируемых системах достигается за счет взаимного резервирования программных модулей смежных процессорных элементов и клеточного решения задачи перенастройки работоспособных элементов системы (включая резервные) на новые функции. Подобная клеточная реконфигурация не требует предвари-
тельного сбора глобальных данных о состоянии элементов системы, формирования и хранения таблиц соответствия логических и физических адресов ПЭ, а также перезагрузки программ по новым местам размещения. Однако при этом возникают задачи разработки моделей и алгоритмов оптимальной передачи сообщений между ПЭ в реконфигурированной системе с произвольными отказами компонент при отсутствии данных о новом расположении программных модулей.
Известные клеточные модели маршрутизации в реконфигурируемых системах без прерывания обеспечивают поиск перемещаемого при реконфигурации приемника, но либо допускают отклонения от минимальных маршрутов при кольцевых обходах областей отказов, либо требуют существенных временных затрат на формирование вспомогательных данных о последствиях реконфигурации .
Исследуемые в данной работе модели и алгоритмы маршрутизации применимы к реконфигурируемым многопроцессорным системам с архитектурой МКМД (многопроцессорные системы с множественным потоком команд и множественным потоком данных), которые представляются в виде ортогональных матриц (решеток) с замкнутыми по вертикали и горизонтали границами. Методы реконфигурации и маршрутизации подобных систем ориентированы на создание масштабируемых отказоустойчивых систем с непрерывным функционированием (без прерывания на восстановление) и сохранением исходной топологии системы при появлении отказов.
Анализ алгоритмов реконфигурации отказоустойчивых МПС показал, что требованиям масштабируемости и оперативности в наибольшей степени удовлетворяют клеточные модели реконфигурации МПС, основанные на распределенном поиске отображения логических адресов решаемой задачи на множество работоспособных узлов МПС, включая резервные. Новое отображение логических адресов реализуется настройкой каждого из элементов подмножества работоспособных процессоров на функцию одного из смежных узлов, что заменяет перезагрузку системы автоматической перенастройкой подмножества ПЭ на исполняемые резервные копии программных модулей. Клеточные алгоритмы реконфигурации, выполняющие перечисленные функции, воплощаются в сетевую вычислительную среду с топологией, повторяющей топологию многопроцессорной системы.
Для поддержки масштабируемости отказоустойчивых МПС с оперативной клеточной реконфигурацией необходима разработка распределенных алгоритмов маршрутизации, обеспечивающих не только поиск минимальных маршрутов передачи сообщений в условиях произвольных отказов, но и локализацию получателей сообщений, которые могли изменить физическое расположение в процессе автономной реконфигурации.
Разработка клеточного метода
Предлагаемый подход к клеточному поиску минимальных маршрутов в дискретном пространстве с отказами элементов и связей основан на опре-
делении характеристик доступности приемника для всех узлов пространства. Под доступностью приемника из элемента (¿,/) понимается значение
щих минимальным расстояниям в шагах решетки от данного элемента до приемника, при движении через работоспособные каналы связи в направ-лениях^ 6 {1,2,3,4} .
Введенная характеристика для любого узла клеточного пространства описывает все потенциальные маршруты к приемнику сообщения и является основой для распределенного решения задачи определения минимального маршрута от источника к приемнику в условиях произвольных отказов. Для описания маршрута передачи сообщения введены клеточные
маршрутные переменныем^ = (^^ш^^^з^^) , где (1^ 6 (0,1) ) соответствует отсутствию или наличию маршрута от узла (¿,/) к смежному соседу в направлении^ .
На основе анализа специфики решаемой задачи был определен состав переменных клеткиС^у распределенной вычислительной среды маршрутизации (рис. 1), описывающих состояние процессорного элемента
(х10] 6 {1,0} —отказ/работоспособность (¿,у )-ого ПЭ, - состояния работоспособности линков узла ( ¿,/) в смежных направлениях к), параметры команды источника сообщения (хЦ 6 {1,0} — принадлежность узла ( ¿,/) к
источнику сообщения, ДхЦ 6 {0,1,2,..., п},ДуЦ 6 {0,1,2,..., т}- значения отклонений по осям Х,Уотузла (¿,/ ) до приемника); текущее состояние (м/^м/^Дх^Ду^) и результат работы (К^ , У^ 6 {1,0}- выбор входного
и выходного каналов мяртттрутизяторя) клетки СБ ■ ■
векторам/^ = (м/-^ м/^м/^ м/-^) дискретных величин (м/-^) , соответствую-
1,7—1 I]
№и ' 4-Клетка
маршрутизатора
Дх^"1, Ду^'"1_^
Ах^ А у1?
Список литературы
1. Бродин В.Б. Системы на микроконтроллерах и БИС программируемой логики / В.Б. Бродин, А.В. Калинин- М.: ЭКОМ, 2002. - 431 с.
2. Бурькова Е.В. Освоение микропроцессорной техники в формировании информационной компетентности студентов университета: Учебное по- собие / Е.В. Бурькова -Челябинск: Изд-во Южно-Уральского отделения РАО, 2005. - 209 с.
3. Римский Д. С, Павлюченко Д.В., Колосков В. А. Построение среды самовосстановления автономной системы // Труды X Международная научно-методическая конференция «Информатика: проблемы, методология, технологии». Воронеж, 2010.
4. Колосков В. А. Технология параллельных вычислений в распределенных средах: Клеточные алгоритмы самоорганизации отказоустойчивых мультикомпьютеров [Текст] / В.А. Колосков, М.В. Медведева, Ф.А. Старков. - Курск. гуман.-техн. ин-т. Курск. 2002.
5. Рутковская Д. Нейронные сети, генетические алгоритмы и нечеткие системы [Текст] / Д. Рутковская, М. Пилиньский, Л. Рутковский. - М.: Горячая линия - Телеком, 2007. 452 с.
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ОГНЕТУШАЩЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФТОРИРОВАННЫХ И УГЛЕВОДОРОДНЫХ
ПЕНООБРАЗОВАТЕЛЕЙ
Дегаев Евгений Николаевич, аспирант (e-mail: degaev@inbox.ru) Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет, г.Москва, Россия
В данной статье проведен анализ огнетушащей эффективности углеводородных и фторированных пленкообразующих пенообразователь. Выявлено, что фторированные пенообразователи обладают рядом существенных преимуществ по отношению к углеводородным. Главные из которых: обеспечение инертности при подаче с пены различной высотой и дальностью, длительное предотвращение повторного загорания потушенного нефтепродукта, возможность тушения пламени углеводородов подачей пены в основание резервуара, непосредственно в слой горючего.
Ключевые слова: огнетушащая эффективность, фторированный пленкообразующий пенообразователь, коэффициент растекания, оптимальная интенсивность, минимальный удельный расход.
В связи с проблемой загрязнения окружающей среды, в последнее десятилетие стали появляться призывы заменить применение фторсодержащих пенообразователей углеводородными, которые хорошо разлагаются после их применения.
Появление фторированных или пленкообразующих пенообразователей вызвано рядом требований, которым пена, полученная из углеводородных пенообразователей, не может соответствовать.
В первую очередь, это связано с резким снижением огнетушащей эффективности при подачи пены на горящую поверхность нефтепродукта с
