Skaitmeninio modeliavimo pagrindai. Įvadas

mėginių ėmimo sistemos

ir pranešimų kvantavimas

Omskas 2010 m

Federalinė švietimo agentūra

Valstybinė švietimo įstaiga

aukštasis profesinis išsilavinimas

"Omsko valstybinis technikos universitetas"

Skaitmeninis atrankos sistemų modeliavimas

ir pranešimų kvantavimas

Laboratorinių tyrimų gairės

dirba nuotoliniam mokymuisi

Mokomasis ir laboratorinis kompleksas, skirtas skaitmeniniam nuolatinių pranešimų kvantavimo pagal lygius sistemos modeliavimui ……………………

Bendrosios nuostatos……………………………………………………………..

Pakuotės aprašymas………………………………………………………………………………….

Bendra informacija…………………………………………………………….

Funkcinė komplekso paskirtis…………………………………….

Diegimo procedūra NetBeans kūrimo aplinkoje………………………….

Klasės bibliotekos aprašymas…………………………………………………

1. Sąsajų aprašymas……………………………………………………

   Klasių aprašymas………………………………………………………….

   Sujungimo blokinė schema……………………………………………………

Laboratorinio darbo tikslas………………………………………………………………

Tyrimo tikslas…………………………………………………………….

Darbo tvarka…………………………………………………

Skaitmeninio modelio konstravimas…………………………………………………………….

Testo klausimai laboratoriniams darbams…………………

Mokomasis ir laboratorinis kompleksas nuolatinių pranešimų kvantavimo pagal lygius sistemos skaitmeniniam modeliavimui

1. Bendrosios nuostatos

Modeliavimas– vienas iš labiausiai paplitusių studijų būdų įvairūs procesai ir reiškinius. Yra fizinis ir matematinis modeliavimas. Fiziniame modeliavime modelis atkuria tiriamą procesą, išsaugant jo fizinę prigimtį. Fizinio modeliavimo pranašumas prieš natūralų eksperimentą yra tas, kad modelio proceso įgyvendinimo sąlygos gali labai skirtis nuo sąlygų, būdingų pradiniam procesui, ir parenkamos atsižvelgiant į tyrimo patogumą ir paprastumą. Tačiau fizinis modeliavimas turi ribota apimtis programos. Matematinis modeliavimas turi akivaizdžiai platesnes galimybes.

Modeliavimas yra procesas, susidedantis iš dviejų, paprastai kartojamų, etapų:

modelio, panašaus į originalų objektą, sukūrimas, sunkiai prieinamas tiesioginiam tyrimui;

originalaus objekto tyrimas (projektavimas) naudojant sukonstruotą modelį.

Tiriant bet kurį procesą matematinio modeliavimo metodu, visų pirma būtina sukurti jo matematinį modelį. Matematinis modelis būtinas modeliavimo algoritmui sudaryti. Yra keli pagrindiniai matematinio modelio algoritmo naudojimo būdai:

analitinis procesų tyrimas;

procesų tyrimas naudojant skaitmeninius metodus;

aparatinės įrangos modeliavimas (analoginiuose kompiuteriuose ir specialiose modeliavimo instaliacijose);

procesų modeliavimas skaitmeniniame kompiuteryje.

Šiuo metu plačiai paplito skaitmeniniame kompiuteryje įdiegtas statistinio modeliavimo metodas. Šis tipas yra neatsiejama matematinio modeliavimo dalis.

Skaitmeninis modeliavimas turi nemažai pranašumų prieš kitus tyrimo metodus (universalumas, lankstumas, ekonomiškumas) ir leidžia išspręsti vieną iš pagrindinių problemų. šiuolaikinis mokslas- sudėtingumo problema.

Mokomieji ir laboratoriniai kompleksai skirti tirti ir tirti tokias informacines sistemas, kurios atlieka pranešimų formavimą, atranką (kvantizavimą), kodavimą, perdavimą, saugojimą, dekodavimą ir atkūrimą. Šios sistemos susideda iš realių blokų, kurie atlieka išvardytas transformacijas. Jie apima:

pranešimo šaltinis (generatorius, formuotojas);

mėginių ėmiklis (kvantizeris, kvantavimo vienetas);

kodavimo įrenginys (kodavimo įrenginys, kodavimo blokas);

nuoroda;

atminties blokas (delsimo linija);

dekoderis (dekoderis);

žinutės gavėjas.

Skaitmeniniai modeliai, imituojantys šių blokų veikimą, pateikiami edukaciniuose ir laboratoriniuose kompleksuose atskirų objektų klasių pavidalu arba gali būti formuojami iš jų. Šie objektų klasių kompleksai skirti šiems tikslams:

imituoti eksperimentą, siekiant gauti duomenų šių sistemų projektavimui;

automatizuoti parametrų skaičiavimą, atskirų blokų ir visos sistemos funkcijų sintezę;

darbui modeliuoti, imituoti ir rodyti:

sistemos, skirtos nuolatinių pranešimų atrankai laikui bėgant;

pranešimų kvantavimo sistemos pagal lygį;

efektyvios kodavimo sistemos;

Triukšmui atsparios kodavimo sistemos;

šių sistemų deriniai.

grafikams braižyti.

Panagrinėkime kai kurias sistemų veikimo tyrimo naudojant skaitmeninį modeliavimą ypatybes. Paprastai jis skirtas sistemų efektyvumui tirti. Šiuo atveju modeliuojama šios sistemos sąveika su kita sistema, vadinama išorine aplinka. Bet kurios sistemos efektyvumą lemia dvi veiksnių grupės: išorinės aplinkos savybės ir charakteristikos; modeliuojamos sistemos funkcijos ir parametrai. Efektyviausias sistemos veikimas (elgesys) yra situacijoje, kai išorinės aplinkos savybės ir charakteristikos „suderinamos“ su sistemos funkcijomis ir parametrais. Sistemos efektyvumo rodiklius ir kriterijus nustato (apibrėžia) jos kūrėjai, nes formaliais metodais jų nustatyti neįmanoma.

Darbo efektyvumo tyrimas „normaliomis sąlygomis“ atliekamas organizuojant labiausiai tikėtinas išorinės aplinkos nulemtas normalias (standartines) situacijas, kurios, tikėtina, yra žinomos kūrėjui ar tyrėjui. Kuriame konkrečios situacijos nurodomos būdingiausios išorinės aplinkos savybės ir charakteristikos.

Be to, tiriama sistemos elgsena ekstremaliomis sąlygomis ir mažai tikėtinose situacijose, kurias lemia tyrėjui prastai nuspėjamos išorinės aplinkos savybių ir charakteristikų rinkiniai (maksimalios jos charakteristikų vertės, pvz. kaip, pavyzdžiui, draudžiamoji srovės vertė elektros grandinėje, perkrovos, didelės amplitudės trukdžiai ir dažniai, fizinis sistemos ar jos komponentų sunaikinimas dėl medžiagų defektų ir pan.).

Išorinės aplinkos nustatyta situacija (standartinė ar nenormali) modeliuojama fiksuojant kai kurias jos savybes ir charakteristikas. Tuo pačiu metu sistemų efektyvumas tiriamas keičiant jų funkcijas ir parametrus. Taip pat galima tirti sistemą ir kitokia tvarka, kuria fiksuojamos sistemos funkcijos ir parametrai bei varijuojamos išorinės aplinkos savybės ir parametrai. Darant prielaidą, kad išorinės aplinkos savybės ir tiriamos sistemos funkcijos, be kita ko, yra pavaizduotos išmatuotų ir valdomų (kintamų) skaitinių charakteristikų ir parametrų rinkiniais.

Kitoje sistemos elgsenos tyrimo iteracijoje paprastai fiksuojamas visas aplinkos charakteristikų ir sistemos parametrų rinkinys. Šiuo atveju vienas iš išvardytų komponentų keičiamas „tikėtino“ priimtino diapazono ribose. Sistemos veikimo rodikliai nustatomi daugeliui kintamojo parametro verčių ir įrašomi į tyrimo protokolą, paprastai sudaromą lentelės pavidalu. Kitoje tyrimo iteracijoje keičiamas kitas parametras, o kiti yra fiksuojami.

Paprastai pilna parametrų ir jų verčių paieška (net tada, kai kompiuterinis modeliavimas) negali būti įgyvendintas dėl laiko apribojimų. Todėl kūrėjas ar tyrėjas dažnai turi atlikti tam tikrą tvarkingą ir kryptingą parametrų ir charakteristikų pasirinkimą. Kartu su kompiuterinio automatinio parametrų pasirinkimo galimybe tai leidžia sutrumpinti sistemos tyrimo laiką. Be to, turėtų būti naudojami sukurti eksperimentų planavimo metodai.

Skaitmeniniu būdu modeliuojant ištisinių pranešimų kvantavimo pagal lygius sistemą laboratorinėse klasėse, išorinės aplinkos savybes vaizduoja tam tikra perduodamo signalo forma, kuri tyrimo proceso metu nekinta, taip pat normaliai paskirstyta (Gauso ) ryšio kanale veikiantis atsitiktinis triukšmas. Skaitmeninės charakteristikos trukdžius vaizduoja matematinis lūkestis ir jo amplitudės standartinis nuokrypis.

Šios laboratorijos sistemos funkcija yra kvantuoti nuolatinius pranešimus pagal lygį (parametrų amplitudę). Kvantizerio parametrai pateikiami reikšmių diapazonu nuolatinis pranešimas ir kvantavimo lygių (arba kvantavimo žingsnio) skaičius.

Radijo signalų, radijo trukdžių ir atsitiktinių procesų skaitmeninio modeliavimo problema suformuluota kaip algoritmų (kuo paprastesnių), leidžiančių gauti diskrečius modeliuojamų procesų įgyvendinimus (pasirinktas funkcijas) skaitmeniniame kompiuteryje, suradimo problema. Tai nepriklausoma ir gana sudėtinga diskrečių atsitiktinių procesų, kurie imituoja nuolatinius procesus su nurodytomis statistinėmis charakteristikomis, sintezės problema. Jis sprendžiamas ieškant patogių skaitmeniniame kompiuteryje realizuoti tiesines ir netiesines transformacijas, kurių pagalba galima atsitiktinių skaičių jutiklio generuojamus nepriklausomus tolygiai arba normaliai paskirstytus atsitiktinius skaičius transformuoti į atsitiktines sekas, turinčias reikiamas statistines savybes. .

Radijo sistemų skaitmeninio modeliavimo problema suformuluota kaip algoritmų kūrimo problema, kuri, remiantis pateiktomis sistemų charakteristikomis, pavyzdžiui, perdavimo funkcijomis ir atskirų nuorodų netiesiškumo charakteristikomis, leidžia skaitmeniniame kompiuteryje konvertuoti diskrečius įvesties efektus. tiksliai arba su priimtina paklaida į atskirus atitinkamų modeliuojamų sistemų išvesties efektų įgyvendinimus. Šie algoritmai vadinami skaitmeninių sistemų modeliais.

Reikėtų paaiškinti kai kurias radijo sistemų skaitmeninio modeliavimo ypatybes ir čia pasirinktą modeliavimo metodą.

Modeliavimo teorijos apskritai, o ypač skaitmeninio modeliavimo, raidą lemia reiškinių ir procesų, vykstančių pasaulyje, matematinio aprašymo laipsnis. įvairios pramonės šakos Mokslas ir technologijos. Skirtingai nuo kai kurių kitų skaitmeninio modeliavimo programų, tokių kaip gamybos procesų ar procesų modeliavimas biologines sistemas, kur matematinis reiškinių aprašymas dažnai yra labai sudėtingas uždavinys, matematinis radijo sistemų veikimo procesų aprašymas yra gana gerai išvystytas.

Iš tiesų, pagrindinis radijo sistemų tikslas yra signaluose esančios informacijos perdavimas, priėmimas ir apdorojimas. Informaciniu požiūriu radijo sistemas galima laikyti specializuotais kompiuteriais (dažniausiai analoginiais labai dideliu greičiu), kurie tiksliai arba apytiksliai įgyvendina iš anksto nustatytus veikimo algoritmus (žr. šiuo klausimu). Į šiuos algoritmus įtrauktos operacijos, tokios kaip moduliavimas, filtravimas, stiprinimas, dažnio keitimas, aptikimas, ribojimas, kaupimas, sekimas ir kt., kaip taisyklė, leidžia atlikti gana paprastą matematinę formuluotę.

Matematinis aprašymas susiaurinamas iki žinomos radijo sistemos veikimo programos, suformuluotos įprasta radijo inžinerijos kalba, vertimo į matematikos kalbą, kurioje, pavyzdžiui, filtravimas yra slankioji integracija, kaupimas - sumavimas, amplitudės aptikimas - voko ištraukimas ir tt Dėl to matematinis radijo sistemos modelis. Skaitmeninis sistemos modelis gaunamas antrajame etape, kai remiantis matematiniu modeliu jis sukuriamas diskretiškas algoritmas modeliavimo objekto, skirto įgyvendinti skaitmeniniame kompiuteryje, funkcionavimo procesas.

Radijo sistemos skaitmeninio modelio įgyvendinimas skaitmeniniame kompiuteryje iš esmės reiškia specializuoto kompiuterio, kuris yra ši radijo sistema, pakeitimą universaliu skaitmeniniu kompiuteriu.

Radijo sistemų modeliavimo, kaip vieno kompiuterio pakeitimo kitu, požiūris yra vadinamasis funkcinis principas modeliavimas, pagal kurį modelis laikomas lygiaverčiu originalui, jeigu pakankamai tiksliai atkuria tik originalo funkciją, pavyzdžiui, įvesties signalų konvertavimo į radijo imtuvo išvesties signalus algoritmas. Kartu modelis ir originalas apskritai nėra panašūs, nes modeliuojant praleidžiamos informaciniu požiūriu nereikšmingos detalės, susijusios, pavyzdžiui, su konkrečiu modeliuojamos sistemos materialiniu įkūnijimu. Toks modeliavimo metodas tinka daugeliui problemų, pavyzdžiui, renkantis radijo sistemų konstravimo principus projektavimo etape, vertinant signalų apdorojimo grandinių (algoritmų) atsparumą triukšmui, vertinant trukdžių efektyvumą ir kt. studijos.

Žinoma, yra problemų, kurias funkcinis principas nėra praktiškas sprendžiant modeliavimo metodu, pavyzdžiui, tiriant realių elementų (elektrovakuuminių ir puslaidininkinių įtaisų, induktyvumo, talpos, varžų ir kt.) parametrų įtaką. sudaryti tam tikrą radijo įrenginį (įrenginį), pagal jo charakteristikas: perdavimo funkcijas, stabilumą, tiesiškumą, dinaminį diapazoną ir kt. Tokiais atvejais reikia pereiti prie išsamesnio modeliavimo lygio. Toks modeliavimo metodas užsienio literatūroje vadinamas skaitmeninių kompiuterių panaudojimu grandinių analizei ir sintezei. Šie skaitmeninio modeliavimo metodai šioje monografijoje neaptariami.

Jame pateikiami skaitmeninio modeliavimo metodai, pagrįsti žiniomis apie labiau apibendrintas sistemų charakteristikas nei jų paprasčiausių elementų charakteristikos. Kaip tokios apibendrintos charakteristikos, naudojami sistemų veikimo algoritmai, atsižvelgiant į jų funkcinę paskirtį, tiesinių dinaminių grandžių perdavimo funkcijomis arba impulsų pereinamojo laikotarpio charakteristikomis, sistemą formuojančių netiesinių blokų netiesiškumo charakteristikomis, t.y. modeliavimas atliekamas funkcinio lygmens. , ir ne grandinių schemos sistemos

Paprastai imituojamos radijo sistemos gali būti pavaizduotos kaip tik dviejų pagrindinių jungčių tipų derinys – tiesinės inercinės jungtys (stiprintuvai, filtrai, sekimo sistemos ir kt.) ir netiesinės inercijos neturinčios jungtys (ribotuvai, detektoriai, loginiai blokai ir kt.) . Iš šių dviejų tipų funkcinių mazgų, didinant blokinę schemą ir keičiant jungčių charakteristikas, sukuriamos bet kokio sudėtingumo radijo sistemos. Tokių funkcinių sistemų modeliavimo algoritmus nesunku rasti, jei žinai atskirų sistemų dalių modeliavimo algoritmus.

Radijo sistemos jungčių veikimo matematinio aprašymo problema neturi unikalaus sprendimo. Pavyzdžiui, linijinis filtravimas galima apibūdinti kaip įvesties efekto harmonikų amplitudių ir fazių keitimo procesą (Ferier metodas) ir kaip įvesties proceso slenkančią integraciją su tam tikru svoriu (Duhamelio integralo metodas. Savo ruožtu tas pats matematinis modelis gali atitikti įvairūs skaitmeniniai modeliai, pavyzdžiui, nuolatinio filtravimo procesas, pateiktas Duhamelio integralo pavidalu, gali būti pavaizduotas kaip slankioji suma ir kaip skaičiavimo procesas pagal pasikartojančią skirtumo lygtį. Pagrindinė radijo sistemų skaitmeninio modeliavimo metodų kūrimo kryptis yra ne tiek matematinis jų skaitmeninių modelių aprašymas ir kūrimas, kiek yra lygiaverčių skaitmeninių modelių paieška ir iš jų pasirinkimas patogiausiu diegti skaitmeniniu būdu kompiuteris, t.y., efektyviausias pasirinkto efektyvumo kriterijaus požiūriu.

Kaip toks kriterijus, toliau naudojamas minimalių skaičiavimo kaštų (minimalios apimties ir skaičiavimo laiko) kriterijus esant tam tikram modeliavimo tikslumui.

Knygoje pateikiami įvairūs skaičiavimo kaštų mažinimo būdai. Pagrindiniai yra šie.

1. Ekonomiškų pasikartojančių (Markov) algoritmų panaudojimas modeliuojant signalus, triukšmą ir sistemos veikimo procesus, pagal kuriuos nesunkiai galima rasti kitą modeliuojamo objekto būseną žinant vieną ar kelias ankstesnes jo būsenas. (Šis metodas turi gana platų pritaikymo spektrą, nes daugelis radijo sistemų procesų yra griežtai arba apytiksliai Markovo.)

2. Apgaubiojo metodo taikymas, siekiant neįtraukti aukšto dažnio nešlio dažnio komponentų.

3. Sistemų funkcinių diagramų ekvivalentinės transformacijos, siekiant gauti funkciškai panašias, lengviau modeliuojamas sistemas.

4. Daugialypis modeliavimas (naudojant mažą atrankos žingsnį greitai besikeičiantiems procesams ir didelį atrankos žingsnį lėtai besikeičiantiems procesams, kai modeliuojamos sistemos, kuriose procesai vienu metu vyksta skirtingose ​​dažnių diapazono dalyse) ir kintamo masto modeliavimas (naudojant kintamąjį mėginių ėmimo žingsnis).

Naudojant šiuos metodus skaitmeninis ir analoginis modeliavimas suartėja. Kitais aspektais skaitmeninių ir analoginių radijo sistemų modeliavimas gali turėti skirtingą efektyvumą, nulemtą skaitmeninio ir analoginio ryšio privalumų ir trūkumų. kompiuteriai.

Tačiau ten, kur reikia turėti universalų aparatą įvairioms sistemoms modeliuoti: diskrečiųjų automatų, nuolatinių ir diskrečiųjų dinaminių sistemų (tiesinių ir netiesinių su pastoviais, kintamaisiais, vienkartiniais ir paskirstytais parametrais), sistemų. eilėse ir tt, kur reikalingas didelis tikslumas, pažangi logika, efektyvios atminties sistemos buvimas, didelis dinaminis verčių diapazonas, skaitmeninis modeliavimas turi didelių pranašumų prieš analoginį.

Šiuo metu skaitmeninio modeliavimo trūkumai yra šie: santykinai mažas greitis, netobula žmogaus ir mašinos ryšio sistema (nepakankamas vizualinis rezultatų fiksavimas, sunkumai keičiant modeliuojamos sistemos parametrus ir struktūrą sprendžiant problemą), didelė kaina. valandos darbo kompiuteriu. Tačiau yra pagrindo manyti, kad ateityje, tobulėjant elektroninei skaitmeninei kompiuterinei technologijai ir jos matematinio palaikymo metodams, šie trūkumai bus pašalinti. Pristatant medžiagą pažymimi kai kurie papildomi skaitmeninio modeliavimo privalumai ir trūkumai.

Analoginis modeliavimas atliekamas paprasčiau, kai kuriais atvejais greitesnis nei skaitmeninis modeliavimas, vizualesnis, ekonomiškesnis, tačiau mažas tikslumas, palyginti mažas dinaminis diapazonas ir nėra toks universalus. Šis modeliavimo būdas efektyviausiai naudojamas, kaip žinoma, tiriant nuolatines dinamines sistemas, aprašomas įprastomis diferencialinėmis lygtimis.

Analoginio modeliavimo trūkumus galima kompensuoti kombinuotuose analoginiuose-skaitmeniniuose modeliuose.

Šioje knygoje pagrindinis dėmesys bus skiriamas tik skaitmeniniam modeliavimui, tačiau kai kurie joje aptarti metodai gali būti naudojami tiek analoginiame, tiek analoginiame-skaitmeniniame modeliavime, pavyzdžiui, formuojant filtrą modeliuojant atsitiktinius signalus.

Ateityje vietoj termino „skaitmeninis modeliavimas“ paprastai bus vartojamas terminas „modeliavimas“.

Kadangi knygoje aptariami metodai matematinis modeliavimas, tada jame yra „daug matematikos“. Tačiau norint suprasti medžiagą, skaitytojui reikia ne tiek daug matematikos žinių griežčiausia forma. klasikine prasme, kiek žinių „radijo matematikos“, S. M. Rytovo terminologija, ir „schemų matematikos“, tada. Woodward terminologija, taip pat taikomosios atsitiktinių procesų teorijos ir statistinės radijo inžinerijos klausimai atitinkamų knygos skyrių tomuose. Be to, skaitytojas turi žinoti kai kuriuos pagrindinius matematinius teorijos aparatus diskrečiųjų sistemų, ypač pagrindines transformacijų savybes, skaitmeninio kompiuterio galimybes ir programavimo principus.

Knygoje nepateikiamos galimų programų, skirtų modeliavimo algoritmams įgyvendinti skaitmeniniame kompiuteryje, schemos. Algoritmai pateikiami formulės pavidalu. Formuliniams algoritmams paaiškinti pateikiamos diskrečiųjų filtrų, atliekančių operacijas su įvesties skaitinėmis sekomis griežtai pagal siūlomus algoritmus, perdavimo funkcijos ir blokinės diagramos.

2.2. Nealgoritminiai metodai

skaitmeninis modeliavimas.

Daugelio sudėtingų problemų sprendimo greitis naudojant programinį-algoritminį metodą bendrosios paskirties skaitmeniniame kompiuteryje yra nepakankamas ir nepatenkina kompiuterinio projektavimo (CAD) inžinerinių sistemų poreikių. Viena iš šių problemų klasių, plačiai naudojama inžinerinė praktika tiriant dinamiką (praeinančius procesus) sudėtingos sistemos automatizavimas yra aukšto laipsnio netiesinių diferencialinių lygčių sistemos paprastose išvestinėse. Siekiant paspartinti šių problemų sprendimą, CAD programinės ir techninės įrangos sistemose, be pagrindinio (pirmaujančio) bendrosios paskirties skaitmeninio kompiuterio, gali būti GVM, kurie yra orientuoti į problemą, sprendžiant netiesines diferencialines lygtis. Jie organizuojami skaitmeninio matematinio modeliavimo pagrindu nealgoritminis metodas. Pastarasis leidžia padidinti CAD našumą dėl įgimto skaičiavimo proceso lygiagretumo, o diskretiškas (skaitmeninis) matematinių dydžių vaizdavimo metodas leidžia pasiekti apdorojimo tikslumą ne blogiau nei skaitmeniniame kompiuteryje. Šie GVM naudoja du skaitmeninio modeliavimo metodus:

1. Baigtinių skirtumų modeliavimas;

2. Iškrovos modeliavimas.

Pirmasis metodas, naudojamas GVM, tokiuose kaip skaitmeniniai diferencialiniai analizatoriai (DDA) ir skaitmeninės integravimo mašinos (DIM), yra gerai žinomas apytikslių (žingsnis po žingsnio) baigtinių skirtumų skaičiavimo metodas. Skaitmeniniai GVM valdymo blokai, sukurti ant skaitmeninės grandinės, apdoroja gana nedidelius atskirus matematinių dydžių žingsnius, perduodamus ryšio linijomis tarp veikiančių blokų. Įvestis ir išvestis matematiniai dydžiai atvaizduojami, saugomi ir kaupiami iš prieaugių skaitmeniniais n bitų kodais atvirkštiniuose skaitikliuose arba kaupiamuosiuose sumatorių registruose.

Visų kiekių prieaugiai dažniausiai koduojami viename mažos eilės vienete: D:=1ml. R. Tai atitinka visų apdorotų kiekių kvantavimą pastoviu tempu kvantavimas D=1. Todėl visų mašinų kiekių didėjimo greitis yra ribotas: |dS/dx|£1.

Vieno bito prieaugio ženklai koduojami naudojant ženklų kodavimo metodą dviejų laidų ryšio linijose tarp veikiančių blokų:

https://pandia.ru/text/78/244/images/image002_51.gif" width="476" height="64 src=">,

kur DSi=yiDx – integralo inkrementas i-tas žingsnis integracija, o integrando funkcijos y(x) – yi i-oji ordinatė apskaičiuojama kaupiant jos prieaugius:

https://pandia.ru/text/78/244/images/image004_39.gif" width="208" height="56 src=">

įvedus pastovų normalizavimo koeficientą kn = 2-n, prieaugiai prie integratorių išėjimų formuojami nuosekliai ir apdorojami sekančiuose integratoriuose taip pat nuosekliai. Išimtis yra kelių integrandų funkcijų sumos integravimas

https://pandia.ru/text/78/244/images/image006_34.gif" width="239" height="56 src=">

Tada išilgai kelių m įvesties linijų l-ojo žingsnio gali veikti sinchroniškai kokiame nors j-ajame žingsnyje. Nuosekliam sudėjimui jie yra išdėstyti per žingsnį, naudojant delsos linijas, padidinant įvesties kaupiklio laikrodžio dažnį m kartų. Todėl sumuojamų integrandų funkcijų skaičius paprastai ribojamas iki dviejų: m=2.

Skaitmeninio integratoriaus-sudėtuvo struktūrinė organizacija yra labai paprasta. Jis sukonstruotas nuosekliai jungiant šiuos funkcinius mazgus:

· 2OR grandinė su vėlinimo linija tз=0,5t viename iš įėjimų

· įvesties akumuliacinis integrandinių funkcijų prieaugių sumatorius, kuris kaupia jų n bitų ordinates pagal įvesties žingsnius:

https://pandia.ru/text/78/244/images/image008_28.gif" width="411" height="194 src=">

Kai Dх:=(10) kodas yk perduodamas be pakeitimų, o kai Dх:=(01), išvestis sudaro atvirkštinį kodą įvesties kodui yk.

· integralinio išėjimo prieaugio generatorius: DSi:= perpildymo vienetas Si, perpildymo ženklą paverčiantis dvipoliu prieaugio kodu (paprasčiausiai įgyvendinama, jei neigiami sukaupti skaičiai Si pateikiami modifikuotame kode: tiesioginiame, atvirkštiniame arba komplementariame). Atitinkama skaitmeninio integratoriaus blokinė schema parodyta fig. 9.14 (p.260) vadovėlio. Skaitmeninio modelio grandinėse naudojamas šis skaitmeninio sumatoriaus-integratoriaus simbolis:

"Zn." nurodo inversijos vėliavėlę (-), jei to reikia. Svarbus privalumas šis metodas Baigtinių skirtumų skaitmeninis modeliavimas yra tai, kad tas pats skaitmeninis integratorius, nekeičiant jo grandinių, naudojamas atlikti tiesinėms ir netiesinėms operacijoms, būtinoms įprastoms diferencialinėms lygtims išspręsti. Tai paaiškinama tuo, kad programuojant CDA ir CIM pradines lygtis išvestinėse paverčiamos lygtimis diferencialuose. Pažvelkime į paprasčiausias skaitmeninių modelių programas:

1. kintamąjį x padauginus iš konstantos k:

Pereinant prie diferencialų dS=кdx, įsitikinsime, kad šią operaciją atlieka vienas integratorius su atitinkamu pradiniu nustatymu:

3. Daugyba S=xy, arba diferencialuose dS=xdy+ydx.

4.2. trigonometrinės funkcijos, pavyzdžiui, y=sinx, kuris yra antros eilės diferencialinės lygties sprendimas (nuo) arba diferencialuose

Atsižvelgiant į tai, kad šių į problemas orientuotų kompiuterių sukūrimas reikalauja didelių papildomų sąnaudų statant techninėmis priemonėmis CAD dažnai naudoja paprastesnį jų organizavimo būdą, sujungiant masinės gamybos bendrosios paskirties skaitmeninius kompiuterius ir elektroninius analoginius kompiuterius (AVM), pastatytus ant operacinių stiprintuvų, į skaičiavimo kompleksą. Skaitmeninis kompiuteris ir skaitmeninis kompiuteris sujungiami naudojant standartinį konvertavimo ir sąsajos įrenginį (CTD), kurį daugiausia sudaro ADC ir DAC. Kompleksinė problema, kurią reikia išspręsti, programuojant kompleksą racionaliai padalinama į 2 dalis tarp analoginių ir skaitmeninių procesorių. Be to, analoginė dalis dažniausiai yra orientuota į problemą sprendžiant diferencialines lygtis ir naudojama bendrame skaičiavimo procese kaip greita paprogramė.

2.3 Hibridinių skaičiavimo sistemų (HCC) architektūra.

2.3.1. analoginio-skaitmeninio skaičiavimo komplekso (ADCC) struktūra

GVK arba ATsVK yra skaičiavimo kompleksas, kurį sudaro skaitmeninis kompiuteris ir bendrosios paskirties automatinis kompiuteris, sujungtas naudojant UPS, o skaitmeninėje dalyje yra papildoma programinė įranga, skirta automatizuoti analoginės dalies programavimą, valdyti informacijos mainus tarp analoginio ir skaitmeninės dalys, analoginės dalies stebėjimas ir testavimas, įvesties-išvesties procedūrų automatizavimas.

Panagrinėkime ADCC blokinę schemą su paprasčiausiu UPS, sukurtu ant vieno kanalo perjungiamų ADC ir DAC. Norint sukurti prielaidas automatizuoti AVM programavimą, valdant skaitmeninį kompiuterį, kaip AVM aparatinės įrangos dalis įvedami šie papildomi blokai:

1. Rankiniu būdu reguliuojamos kintamos varžos (potenciometrai) prie operacinių stiprintuvų įėjimų valdymo blokų rinkinyje (NOB), jums žinomi iš laboratoriniai darbai pagal TAU, jie pakeičiami skaitmeniniu būdu valdomomis varžomis (DCR), kuriose naudojami DAC integriniai grandynai;

3. Automatinis valdymo blokų prijungimas pagal analoginio modelio grandinę, sudarytą skaitmeniniame kompiuteryje (2.1 punktas), atliekamas automatinio perjungimo grandine (ASC), naudojant skaitmeniniame kompiuteryje suformuotą dvejetainį SAC raktų perjungimo vektorių ir išsaugomas problemos sprendimo metu UPS konfigūracijos informacijos registre (RN).

AVM darbo režimai: paruošimas, paleidimas, sustabdymas, grįžimas į pradinę būseną, rezultatų išvedimas į analoginius periferinius įrenginius (diagramų įrašymo įrenginius, dviejų koordinačių planšetinius įrašymo įrenginius - DRP) nustatomi iš kompiuterio pusės per UPS valdymo bloką ( UPS BU).

UPS valdymo blokas taip pat atlieka abipusį skaitmeninio kompiuterio ir automatinio kompiuterio veikimo sinchronizavimą: perduoda išorinius pertraukimo signalus iš analoginio modelio į skaitmeninio kompiuterio skaitmenines programas, valdydamas skaitmeninių dalių programas, sinchronizuoja užklausą taškai analoginiame modelyje, šiuose taškuose esančių įtampų konvertavimas į skaitmeninius kodus ir pastarųjų perdavimas per BSK ir kanalo įvestis-išvestis į skaitmeninio kompiuterio RAM; arba panašiai – atvirkštinis skaitmeninių kodų konvertavimas į elektros įtampas ir pastarųjų tiekimas į reikiamus taškus analoginio modelio veikimo blokų įvaduose. Šis principas funkcinė organizacija Skaitmeninių ir analoginių dalių sąveiką aparatinėje įrangoje palaiko UPS blokai: ADC ir DAC, AM ir ADM - analoginis multiplekseris ir demultiplekseris, ML - įvesties ir išvesties analoginės atminties blokai, sukurti ant įvairių panašių saugojimo atrankos grandinių (SSC). . Įėjimo SVX įėjimai (kairėje) yra prijungti prie reikiamų analoginio modelio grandinės taškų (atitinkamų veikimo blokų išėjimai). Reikiamais diskretiniais laiko momentais, valdant skaitmeniniam kompiuteriui, iš analoginio modelio paimamos atskiros ordinatės. analoginiai signalai(elektros įtampos) ir yra saugomi laikinojo saugojimo sandėlyje. Tada SVR išėjimai yra apklausiami AM multiplekserio ir jų išėjimo įtampa ADC konvertuojama į skaitmeninius kodus, kurie tiesioginės prieigos režimu kaip skaičių blokas (tiesinis masyvas) įrašomi į skaitmeninio kompiuterio OP.

At atvirkštinė transformacija ML išvesties analoginės atminties antrosios grupės SVH išėjimai (dešinėje) yra prijungti valdant skaitmeniniam kompiuteriui prie reikiamų analoginio modelio operacinių blokų įėjimų, o SVH įėjimai prijungti prie analoginio modelio išėjimų. analoginis demultiplekseris, kurio įėjimas tiekiamas DAC išėjimo įtampa. Tiesioginės prieigos režimu skaičių blokas nuskaitomas iš skaitmeninio kompiuterio OP. Kiekvienas skaičius DAC konvertuojamas į elektros įtampą, kuri, valdant skaitmeniniam kompiuteriui veikiančio ADM pagalba, įrašoma saugojimui viename iš laikinojo saugojimo sandėlių. Gautas kelių įtampų rinkinys saugomas keliose laikinosiose saugojimo sistemose skaitmeninės kompiuterinės programos nurodytam laiko intervalui (pavyzdžiui, sprendžiant problemą analoginėje dalyje) ir apdorojamas analoginiais operaciniais blokais.

2.3.2. Analogo organizavimo metodai -

skaitmeninis kompiuteris.

Skaitmeninių kompiuterių ir automatizuotų kompiuterių darbo režimų kaitaliojimo principas, sumažinantis valdymo sistemos sudėtingumą.

ATsVK naudojami analoginiam-skaitmeniniam sudėtingų automatikos sistemų, turinčių valdymo skaitmeninius kompiuterius, modeliavimui, taip pat kompleksinių sprendimų paspartinimui. matematines problemas, reikalaujantis pernelyg daug atminties išteklių ir kompiuterio darbo laiko. Pirmuoju atveju valdymo algoritmai programiškai imituojami skaitmeniniame kompiuteryje, o automatiniame kompiuteryje užprogramuojamas analoginis valdymo objekto matematinis modelis, o ACVK naudojamas kaip kompleksas valdymo algoritmų derinimui ir tikrinimui, atsižvelgiant į valdymo objekto netiesiškumas ir dinamika, į kuriuos labai sunku atsižvelgti kuriant algoritmus, jei nuolat neišsprendžiamos objekto diferencialinės lygtys, siekiant nustatyti jo reakciją į kiekvieną naują valdymo veiksmą.

Antruoju atveju, pavyzdžiui, sprendžiant diferencialines lygtis, bendroji gremėzdiška apytikslių skaičiavimų problema dalijama į dvi dalis, dažniausiai į analoginę dalį dedant intensyvius skaičiavimus, kurioms leistina 0,1...1% paklaida.

Pagal minėtą užduoties padalijimo į dvi dalis principą bei AVM ir skaitmeninio kompiuterio sąveikos organizavimo metodą, šiuolaikiniai skaitmeniniai kompiuteriai skirstomi į 4 analoginio-skaitmeninio skaičiavimo klases.

1, 2, 3 klasės gali būti įgyvendintos remiantis apgalvota ADVC struktūrine organizacija su supaprastintu UPS, pastatytu ant vieno kanalo ADC ir DAC.

1 klasė yra pati paprasčiausia AVM ir skaitmeninio kompiuterio sąveikos organizavimo prasme. Veikia skaitmeninės ir analoginės dalys skirtingas laikas, todėl nėra didelių reikalavimų AVM ir skaitmeninio kompiuterio veikimo sinchronizavimui bei skaitmeninio kompiuterio ir UPS greičiui.

2 klasei reikalingas specialus kintamų AVM, DVM ir UPS veikimo režimų organizavimas kiekviename skaičiavimų ir sąveikos cikle.

Kadangi AC ir CC neveikia vienu metu, nekyla problemų dėl jų sinchronizavimo ir nėra didelių reikalavimų UPS bei skaitmeninio kompiuterio greičiui. Spręstinų uždavinių klasės: analoginio modelio parametrų optimizavimas, parametrinis identifikavimas, atsitiktinių procesų modeliavimas Monte Karlo metodu, analoginis-skaitmeninis automatinio valdymo sistemų modeliavimas ne realiu laiku, integralinės lygtys.

3 klasė reikalauja kitokio kintamų AVM, TsVM ir UPS veikimo režimų organizavimo.

A fazėje AC ir CC vienu metu atliekamos 2 dalinės vienos sudėtingos užduoties užduotys, suderinamos laike. CC B fazėje dažniausiai iš kintamosios srovės gaunamos ir išsaugomos diskrečios funkcijų argumentų reikšmės, tada A fazėje iš jų apskaičiuojamos kompleksinių funkcijų ordinatės ir paruošiamos AC, kurios kitoje B fazėje. perkeliami į kintamąją srovę, kur saugomi analoginėse atmintinėse (SVKH), o vėliau naudojami kitoje fazėje A atliekant analoginius skaičiavimus ir pan. Sprendžinų uždavinių klasės: iteraciniai skaičiavimai, įprastų difurų sprendimas su duotais ribines sąlygas, dinaminės problemos su grynu argumentų uždelsimu, integralinės lygtys, dalinės diferencialinės lygtys. 3 klasėje skaitmeninio kompiuterio ir skaitmeninio kompiuterio spartai nekeliami dideli reikalavimai, tačiau reikalingas tikslus skaitmeninio kompiuterio ir kompiuterio veikimo sinchronizavimas B fazėje, nes dėl skaitmeninio procesoriaus sustabdymo, asinchroninis kompiuterio valdymas. duomenų perdavimas neįmanomas, o sinchroninis duomenų blokų perdavimas vykdomas kontroliuojant tiesioginės prieigos valdikliui į atmintį (KPDP) skaitmeniniu kompiuterio įvesties/išvesties kanalu.

4 klasė dažniausiai yra analoginis-skaitmeninis skaitmeninių automatinio valdymo sistemų modeliavimas realiu laiku, skirtas tikrinti ir derinti valdymo skaitmenines kompiuterines programas dinamikoje. Tai yra sudėtingiausia automatizuoto kompiuterio ir skaitmeninio kompiuterio sąveikos ir veikimo sinchronizavimo organizavimo požiūriu, nes čia A ir B fazės yra sujungtos, pastovios abipusiai mainai duomenys yra apskaičiuojami, todėl reikia naudoti skaitmeninį kompiuterį ir didžiausio greičio UPS.

Aukščiau pateikta UPS struktūrinė struktūra, tinkanti 1,2,3 klasėms, netaikoma 4 klasei. Pastarajai klasei reikalingas kelių kanalų ADC ir DAC organizavimas be multipleksavimo, papildomai įtraukiant lygiagrečius buferio registrus į BSC failo įvestį ir išvestį, keičiantis su skaitmeninio kompiuterio OP tiesioginės prieigos režimu. Kiekvieno registro turinys yra arba konvertuojamas atskirais lygiagrečiai sujungtais DAC, kai perduodami duomenys į AVM, arba generuojami atskirais lygiagrečiai sujungtais ADC, kai duomenys perduodami iš AVM į skaitmeninį kompiuterį.

2.3.3 Savybės programinė įranga ACVC.

Norint automatizuoti AVM programavimą naudojant skaitmeninį kompiuterį ir visiškai automatizuoti analoginio-skaitmeninio skaičiavimo procesą, tradicinė bendrosios paskirties skaitmeninio kompiuterio programinė įranga (žr. vadovėlyje 13.2 pav. 398 psl.) yra papildyta šiais programiniais moduliais:

1. Apdorojimo programose yra papildomų vertėjų iš specialių analoginio-skaitmeninio modeliavimo kalbų, pavyzdžiui, Fortran-IV, papildytos paprogramėmis išplėstine surinkimo kalba, turinčiomis specialias analogines-skaitmenines komandas, pavyzdžiui, analoginei daliai valdyti naudojant skaitmeninį kompiuterių programa, organizuojanti duomenų perdavimą tarp skaitmeninių dažnių ir kintamosios srovės, apdoroti centrinio dažnio programų, inicijuotų analogine dalimi, pertraukimus; sukuriama analoginio-skaitmeninio kompiliavimo sistema;

2. Darbo, derinimo ir priežiūros programos apima tarpmašininę keitimo tvarkyklę, skirtą valdyti analoginę dalį kaip periferinį procesorių, grafines rodymo programas, fiksuoti ir analizuoti rezultatus;

3. Įtraukta į biblioteką taikomosios programos pristatyti funkcijų skaičiavimo programas ir standartines matematines analogines-skaitmenines programas;

4. Įtraukti į diagnostikos programas Priežiūra supažindinti su UPS testais, AVM operacinių blokų testais;

5. Į OS valdymo programas įtraukta daugybė papildomų valdymo modulių:

Analoginio programavimo automatizavimo sistema (SAAP), susidedanti iš leksinis analizatorius; analizatorius(tikrinama, ar algoritmine kalba įvesta analoginė programa atitinka įrašymo sintaksės taisykles); generatoriai blokinės schemos (analoginių modelių schemų braižymas ir kodavimas naudojant užsakymų mažinimo metodą ir numanomos funkcijos toks pat kaip ir 2.1 punkte); skaičiavimo programų blokas(analoginio modelio mastelio keitimas kaip nurodyta 2.1 punkte, analoginės dalies skaitmeninis programinis modeliavimas skaitmeniniame kompiuteryje su vienu skaičiavimu, siekiant apskaičiuoti numatomas didžiausias kintamųjų vertes ir patikslinti analoginio modelio mastelį, taip pat sukurti failą analoginės dalies statiniam ir dinaminiam valdymui po jos programavimo); išvesties programas(analoginio modelio sintezuotos struktūros ekranas ir braižytuvas, analoginių programų kodų kontrolinis spausdinimas, mastelio faktoriai, statiniai ir dinaminiai valdymo failai);

· Automatinių kompiuterių ir skaitmeninių kompiuterių sinchronizavimo ir sąveikos paslauga (kintamų darbo režimų diegimas);

· Analoginės dalies inicijuotų pertraukimų apdorojimo paslauga;

· Programa, skirta valdyti duomenų mainus tarp AVM ir skaitmeninio kompiuterio;

· Programa, skirta valdyti analoginio modelio grandinių kodų įkėlimą į SAC (į RN);

· Statinio ir dinaminio valdymo režimo valdymo programa (į AVM įkeltos analoginės programos derinimas).

Remiantis analoginio-skaitmeninio programavimo automatizavimo rezultatais pagrindinio skaitmeninio kompiuterio magnetiniame diske, be tradicinių skaitmeninių failų, sukuriami šie papildomi duomenų failai, naudojami aukščiau minėtų papildomų ACVK programinės įrangos modulių: analoginis. bloko failas, perjungimo failas (SAC), statinio valdymo failas, dinaminio valdymo failas, analoginių funkcinių keitiklių paruošimo failas, papildinių standartinių analoginių-skaitmeninių programų biblioteka.

2.3.4. Analoginio-skaitmeninio modeliavimo kalbos.

Apsvarstyta skaitmeninio skaitmeninio kompiuterio architektūra leidžia algoritminėmis kalbomis aprašyti ir įvesti analogines-skaitmenines programas tik į pagrindinį skaitmeninį kompiuterį. aukštas lygis. Šiuo tikslu tradicinės skaitmeninės programavimo kalbos papildytos specialiais operatoriais, skirtais analoginio modeliavimo objekto aprašymui, duomenų perdavimo tarp kintamosios srovės ir nuolatinės srovės organizavimui, analoginės dalies valdymui skaitmenine kompiuterine programa, analoginės dalies pertraukimų apdorojimui, nustatymui. analoginio modelio parametrai, analoginės dalies stebėjimas, užduotys oficialią informaciją ir taip toliau.

Naudojamos universalios kalbos, verčiamos kompiliacijos (Fortran IV) arba vertimo būdu (BASIC, Gibas, Focal, HOI), papildytos specialiomis paprogramėmis Assembly, kurias paprastai vadina Call... operatorius, nurodantis norimos paprogramės identifikatorių.

Siekiant padidinti CAAP veikimo greitį, jis paprastai aprašomas ir naudojamas įėjime specializuotos kalbos analoginis-skaitmeninis modeliavimas: CSSL, HLS, SL – 1, APSE, o vidinei interpretacijai Poliz kalba (atvirkštinė lenkiška žyma).

Į universalias kompiliuotas kalbas galima įvesti šias analogines-skaitmenines makrokomandas:

1. SPOT AA x– nustatykite potenciometrą (DCC) analoginėje dalyje adresu AA į padėtį (varžos reikšmę), atitinkančią skaitmeninio kodo reikšmę, saugomą skaitmeniniame kompiuteryje OP adresu x;

2. MLWJ AA x– nuskaityti analoginę reikšmę valdymo bloko išvestyje AC adresu AA, konvertuoti iš analoginio į skaitmeninį ir įrašyti gautą skaitmeninį kodą į skaitmeninį kompiuterį OP adresu x. Sąveika tarp analoginės ir skaitmeninės dalies gali būti apibūdinta kaip procedūros iškvietimas:

Iškvieskite JSDA AA x, kur JSDA yra atitinkamas papildinio paprogramės identifikatorius asamblėjos kalba, pavyzdžiui, diegimo procedūra – nustatykite reikšmę x iš DAC išvesties į adresą AA analoginėje dalyje.

Todėl labai svarbu suprasti, kaip sprendžiamos problemos lygiagretumo tipas turi įtakos lygiagrečiojo kompiuterio organizavimui.

3.1.1 Natūralus paralelizmas

savarankiškos užduotys.

Jis stebimas, jei orlaivyje vyksta nesusijusių užduočių srautas. Šiuo atveju produktyvumo didinimas gana lengvai pasiekiamas įvedant į „stambiagrūdį“ BC ansamblis savarankiškai veikiantys procesoriai, prijungti prie kelių modulių OP sąsajų ir įvesties/išvesties procesorių (I/O) inicijavimas.

OP modulių skaičius yra m>n+p, siekiant užtikrinti lygiagrečios prieigos prie visų procesorių ir visų PVV atminties galimybę bei padidinti kompiuterio atsparumą gedimams. Atsarginiai (m-n-p) OP moduliai būtini greitam atkūrimui sugedus veikiančiam moduliui ir procesorių bei procesų SSP saugojimui juose programos patikros taškuose, reikalinguose iš naujo paleisti procesoriaus ar OP modulio gedimo atveju.

Kiekvienai iš sprendžiamų užduočių sukuriama galimybė laikinai sujungti porą: Pi+OPj kaip autonomiškai veikiantį kompiuterį. Anksčiau tas pats OP modulis dirbo poromis: PVVk + OPj, o OPj programa ir duomenys buvo įvedami į įvesties buferį. Apdorojimo pabaigoje sutvarkomas išvesties buferis ir užpildomas OPj, o tada OPj modulis įdedamas į OPj+PVVr porą, kad būtų galima keistis su periferiniu įrenginiu.

Pagrindinis skaičiavimo procesų organizavimo uždavinys, išspręstas „dispečerinės“ sistemos programa, yra optimalus užduočių paskirstymas tarp lygiagrečių procesorių pagal jų apkrovos maksimizavimo arba prastovų sumažinimo kriterijų. Šia prasme jis yra optimalus asinchroninis užduočių įkėlimo į procesorius principas nelaukiant, kol užduotys bus apdorotos kituose užimtuose procesoriuose.

Jei įvesties užduočių paketas, sukauptas per tam tikrą laiko intervalą, yra saugomas VRAM, optimalaus asinchroninio planavimo problema kyla dėl optimalaus tvarkaraščio, kai užduotys paleidžiamos skirtinguose procesoriuose. Pagrindiniai tam reikalingi įvesties duomenys yra žinomų numatomų skaičiavimo apdorojimo laikų visoms sukauptos partijos užduotims rinkinys, kuris paprastai nurodomas jų užduočių valdymo kortelėse.

Nepaisant nepriklausomo užduočių pobūdžio visuose jų asinchroniniuose skaičiavimo procesuose, galimi konfliktai tarp jų dėl bendrų kompiuterių išteklių:

1) Bendros kelių sistemų OS paslaugos, pavyzdžiui, įvesties/išvesties pertrūkių arba iškvietimų į bendrą patikimumo OS apdorojimas gedimų ir paleidimų metu;

(О–) – ®О-Д – D ženklo pasikeitimas.

Atliekant operaciją I sluoksnyje, lygiagrečiai galima atlikti dvi operacijas II ir III sluoksniuose, jei ALU turėtų atitinkamą veikimo blokų perteklių.

Aukščiau aptartas operacijų lygiagretumas sprendžiant diferencialines lygtis ir apdorojant matricas priklauso taisyklingajai klasei, nes ta pati operacija kartojama daug kartų per skirtingus duomenis. Paskutinis pavyzdys kvadratinė lygtis turi netaisyklingą operacijų paraleliškumą, kai vienu metu galima vykdyti skirtingus duomenis skirtingi tipai operacijos.

Kaip parodyta aukščiau, norint naudoti reguliarų operacijų lygiagretumą gerinant našumą, jis tinkamas matricinė organizacija Lėktuvas su bendru valdymu.

Bendru netaisyklingo operacijų lygiagretumo atveju daugiau tinkamu būdu atsižvelgiama į produktyvumo padidėjimą srautinio perdavimo organizacija Kompiuteriai ir lėktuvai. Srautiniuose kompiuteriuose vietoj tradicinio fon Neumanno programinio skaičiavimo proceso valdymo pagal algoritmo nustatytą komandų seką, naudojamas atvirkštinis programos valdymo principas pagal operandų parengties laipsnį arba duomenų srautą. (operando srautas), nustatomas ne algoritmo, o operandų grafiko (duomenų perdavimo grafikas ).

Jei lygiagrečiame procesoriuje yra pakankamas apdorojimo įrenginių perteklius arba kompiuterinėje sistemoje perteklinių mikroprocesorių ansamblis, tai natūraliai ir automatiškai (be specialaus planavimo ir paleidimo planavimo) tuo pačiu metu bus atliekamos tos lygiagrečios operacijos, kurių operandai buvo paruošti ankstesniais skaičiavimais. įvykdyta mirties bausmė.

Skaičiavimo procesas prasideda nuo tų operacijų, kurių operandai yra pirminiai duomenys, pavyzdžiui, pirmame kvadratinės lygties GPA sluoksnyje vienu metu atliekamos trys operacijos, o vėliau, kai operandai yra paruošti, jis vystosi. Po to iškviečiama daugybos komanda, tada atimta ir loginės sąlygos patikrinimas, tada makrooperatorius (Ö) ir tik po to - dvi komandos vienu metu: sudėtis ir atimtis, o po jų - dvi identiškos dalybos komandos.

Orlaivių srauto organizavimo techninis įgyvendinimas galimas trimis būdais:

1) Specialių srautinio perdavimo mikroprocesorių, kurie priklauso specializuotų klasei, sukūrimas bus aptartas kitą semestrą;

2) Specialus skaičiavimo proceso organizavimas ir žemo lygio mašinų kalbos modifikavimas daugiamikroprocesoriniuose ansamblio kompiuteriuose, pastatytuose ant standartinių von Neumann mikroprocesorių;

3) Procesorių su to paties tipo operatyvinių blokų pertekliumi sukūrimas ir papildymas Operacinės sistemos srautinis skaičiavimo proceso organizavimo metodas (įdiegtas buitiniame srauto procesoriuje ES2703 ir superkompiuteryje Elbrus-2).

Rusijoje yra skaitmeninis modeliavimas: įrodytas NEOLANT

NEOLANT kompanija, remdamasi ilgamete informacijos modeliavimo patirtimi Rusijoje, sukūrė savo skaitmeninių objektų modelių tipologiją. pramonės įmonė. Klasifikavimas grindžiamas pagrindine užduotimi, kuriai modelis yra įdiegtas ir naudojamas – nuo ​​objekto inžinerinių duomenų centralizavimo iki procesų stebėjimo, fizinių ir technologinių procesų modeliavimo bei personalo mokymo.

Pagal NEOLANT tipologiją išskiriami šeši informacijos modelių tipai (1 pav.).

Šiandien labiausiai paplitę pirmieji du tipai: „Dekoratyvinis“ 3D modelis ir inžinerinis 3D modelis. Tuo pačiu metu jie dažnai naudojami objektų planavimo ir projektavimo etape, nors jie taip pat gali būti efektyviai naudojami eksploatavimo problemoms spręsti.

NEOLANT kompanija siūlo jums pavyzdžių tikrų projektų, pateikiami vaizdo įrašų pavidalu, kurie aiškiai parodo tam tikrų tipų informacijos modelių galimybes.

Tipas:

Pavyzdys: 3D Maskvos paminklai (2 pav.).

Departamentui padeda apie 40 sostinės istorinių objektų informaciniai 3D modeliai kultūros paveldas formuojant ir įgyvendinant Maskvos miestą Viešoji politika srityje valstybės apsauga, Rusijos Federacijos tautų kultūros paveldo objektų (istorijos ir kultūros paminklų) išsaugojimas, naudojimas ir populiarinimas. Informacinė sistema NEOLANT sukurtas, išsprendžia šias problemas:

• rinkti, kaupti, saugoti, atnaujinti erdvinę ir atributinę informaciją apie istorijos ir kultūros objektus orientacinis planas Maskvos miestas;
• patogios prieigos prie informacijos apie Maskvos miesto istorinio ir kultūrinio pagrindinio plano objektus, įskaitant jų statuso pasikeitimo istoriją, suteikimas;
• Maskvos miesto istorinio ir kultūrinio pagrindinio plano objektų 3D modelių peržiūros galimybės įgyvendinimas;
• dokumentų generavimas remiantis Maskvos miesto istorinio ir kultūrinio pagrindinio plano duomenimis.

Tipas: 3D informacinis modelis „Katalogas“.

Pavyzdys: visų dešimties informacinių modelių Rusijos atominės elektrinės(3 pav.).

Informacinis modelis atominė jėgainė leidžia organizuoti tiesioginę prieigą prie didžiulės vienos duomenų ir dokumentų saugyklos naudojant vaizdinius 3D objektų modelius. Be to, kiekvienam energijos blokui yra 2,5 tūkstančio tomų dokumentacijos, o kiekviename įrenginio modelyje yra apie 300–400 tūkstančių grafinių elementų.

Tipas: taikomas informacinis 3D modelis.

Pavyzdys: Kursko AE energetinių blokų eksploatavimo nutraukimo užtikrinimo informacinė sistema (4 pav.).

Sistema paremta 3D informaciniais objektų modeliais, prie kurių pridedama atributinė informacija, projektinė dokumentacija, technologinės schemos ir kt.

Sistema leidžia išspręsti šias taikomas problemas:

• Radiacijos stebėjimo duomenų rinkimas ir vizualizavimas;
• darbo planų rengimas;
• Pavojingų darbų imitacinis modeliavimas;
• išmontavimo, nukenksminimo ir susidarančių radioaktyviųjų atliekų kiekių apskaičiavimas; ir tt

Tipas: taikomos informacinis modelis.

Pavyzdys: modeliuojant statybos ir montavimo darbų eigą gamykloje (5 pav.).

Gamyklos objektų 3D modelių integravimas su kalendorinėmis ir resursų planavimo sistemomis leidžia optimizuoti statybos ir montavimo darbų eigą, stebėti statomų objektų būklę ir grafiko laikymąsi, kontroliuoti statybos subrangovus, gauti techninę ir sutartinę dokumentaciją tiesiogiai iš 3D modelis. Be to, toks taikomas informacinis modelis yra patogus rengiant susirinkimus ir planavimo sesijas – vizualiai pasiekiama informacija apie statybų eigą susirinkimo dalyviams nebereikia analizuoti ataskaitų ir dokumentų.

Tipas: simuliacinis modelis.

Pavyzdys: avarinių situacijų AE aikštelėje modeliavimas (6 pav.).

NEOLANT atliktas galimų avarinių situacijų atominėse elektrinėse modeliavimas yra būtinas siekiant užtikrinti aukštą šių įrenginių eksploatavimo saugos lygį. Projektas įgyvendintas Saugaus vystymosi problemų instituto užsakymu atominė energija(IBRAE) RAS.

Tipas: simuliacinis modelis/virtualus simuliatorius.

Pavyzdys: modeliavimo išmontavimo technologija, robotikos operatorių mokymas technologinių operacijų (7 pav.).

Belojarsko AE AMB-100 reaktoriaus blokui išmontuoti planuojama naudoti „bepilotę“ technologiją, tai yra, vietoje dirbs tik robotika. Imitacinis modeliavimas leido atlikti preliminarų technologijos testavimą, nustatyti daugybę problemų ir parengti pasiūlymus joms spręsti. Sukurtas imitacinis modelis taip pat bus naudojamas robotų operatoriams mokyti, o ateityje užtikrins energetinio bloko eksploatavimo nutraukimo darbų saugumą.

Skaitmeninis objektų modeliavimas – tinklaraštis profesionalams! Standartai, požiūriai į sąnaudas, modelių detalizavimas, taikomos problemos.

I-model.lj.ru – prisijunk prie mūsų!

Remiantis NEOLANT kompanijos medžiagomis

Skaitmeninis modeliavimas

tyrimo metodas tikri reiškiniai, procesai, įrenginiai, sistemos ir kt., remiantis jų matematinių modelių tyrimu (žr. Matematinį modelį) ( matematinius aprašymus) naudojant skaitmeninį kompiuterį. Skaitmeninio kompiuterio vykdoma programa taip pat yra savotiškas tiriamo objekto modelis. Skaitmeniniame modeliavime naudojamos specialios į problemą orientuotos modeliavimo kalbos; Viena iš plačiausiai modeliavimo kalbų yra CSMP kalba, sukurta septintajame dešimtmetyje. JAV. Skaitmeninė matematika išsiskiria savo aiškumu ir pasižymi dideliu realių objektų tyrimo proceso automatizavimo laipsniu.

Didelis Sovietinė enciklopedija. - M.: Tarybinė enciklopedija. 1969-1978 .

Pažiūrėkite, kas yra „skaitmeninis modeliavimas“ kituose žodynuose:

skaitmeninis modeliavimas- - [Ja.N.Luginskis, M.S.Fezi Žilinskaja, Ju.S.Kabirovas. Anglų-rusų elektros inžinerijos ir energetikos žodynas, Maskva, 1999] Elektros inžinerijos temos, pagrindinės sąvokos EN skaitmeninis modeliavimas ...

skaitmeninis modeliavimas- 3.8 skaitmeninis modeliavimas: įvairių matematinių metodų panaudojimo elektroniniuose kompiuteriuose būdas akustiniam modeliavimui pasiekti (žr. 3.1). Šaltinis: GOST R 53737 2009: Naftos ir dujų pramonė. Stūmoklis......

skaitmeninis modeliavimas- skaitmeninis modeliavimas statusas T sritis automatika atitikmenys: engl. skaitmeninis modeliavimas; skaitmeninio modeliavimo vok. skaitmeninis modeliavimas, f; numerische Simuliacija, f rus. skaitmeninis modeliavimas, n; skaitmeninis modeliavimas, n pranc. simuliacija… … Automatikos terminalų žodynas

skaitmeninis modeliavimas realiu laiku- [A.S. Goldbergas. Anglų-rusų energetikos žodynas. 2006] Temos: energija apskritai LT realiu laiku skaitmeninis modeliavimasRTDS ... Techninis vertėjo vadovas

Skaitmeninio aukščio modelio sukūrimas ir panaudojimas. Pastabos 1. Skaitmeninio reljefo modelio apdorojimas padeda gauti išvestinius morfometrinius rodiklius; racionalių linijų skaičiavimas ir konstravimas; konstrukcinių linijų ir vingio linijų ištraukimas... ... Techninis vertėjo vadovas

skaitmeninis reljefo modeliavimas- 61 skaitmeninis reljefo modeliavimas: skaitmeninio reljefo modelio sukūrimas ir naudojimas. 1 pastabos Skaitmeninio aukščio modelio apdorojimas naudojamas išvestiniams morfometriniams rodikliams gauti; racionalių linijų skaičiavimas ir konstravimas; ištraukimas...... Norminės ir techninės dokumentacijos terminų žodynas-žinynas

analoginis [analoginis-skaitmeninis] modeliavimas- Procesų ir objektų modeliavimas naudojant analoginę [analoginę skaitmeninę] kompiuterinę technologiją. [GOST 18421 93] Temos: analoginė ir analoginė skaitmeninė kompiuterių technologija ... Techninis vertėjo vadovas

Analoginis skaitmeninis modeliavimas statusas T sritis automatika atitikmenys: engl. analoginis skaitmeninis modeliavimas vok. analoginis skaitmeninis modeliavimas, f rus. analoginis skaitmeninis modeliavimas, n pranc. simulation analogique numérique, f … Automatikos terminų žodynas

analoginis-skaitmeninis modeliavimas- - [Ja.N.Luginskis, M.S.Fezi Žilinskaja, Ju.S.Kabirovas. Anglų-rusų elektros inžinerijos ir energetikos žodynas, Maskva] Elektros inžinerijos temos, pagrindinės sąvokos EN analoginis skaitmeninis modeliavimas ... Techninis vertėjo vadovas

Modeliavimas yra žinių objektų tyrimas pagal jų modelius; realaus gyvenimo objektų, procesų ar reiškinių modelių kūrimas ir studijavimas, siekiant gauti šių reiškinių paaiškinimus, taip pat numatyti dominančius reiškinius... ... Vikipedija

Knygos

• , drąsuolis Borisas Aronovičius. Svarstomos programavimo elementų panaudojimo C# kalba Microsoft Visual Studio aplinkoje galimybės įvairioms geomatikos problemoms spręsti. Ryšys tarp kadastro procesų ir...
• Programinė įranga geodezijai, fotogramoms, kadastro, inžinerijai. iš. , drąsuolis Borisas Aronovičius. Svarstomos programavimo elementų panaudojimo C kalba Microsoft Visual Studio aplinkoje galimybės įvairioms geomatikos problemoms spręsti. Ryšys tarp kadastro procesų ir...