Бенчмарк

Бенчмарк, или тест производительности ( англ. benchmark ) — контрольное задание, необходимое для определения сравнительных характеристик производительности компьютерной системы. Иногда бенчмарком также называются программы, которые тестируют время автономной работы ноутбуков и КПК, радиус действия беспроводной сети, пропускную способность каналов передачи данных, АЧХ звукового тракта и другие доступные для измерения характеристики, не связанные напрямую с производительностью.

Бенчмарки используются для сравнения производительности компьютеров и часто является критерием для выбора компонента того или иного производителя. Кроме того, успешное прохождение ряда бенчмарков является свидетельством стабильности системы в штатном и в форсированном режимах.

 

Беспроводная сеть

Беспроводной связь — это передача информации на расстояние без использования электрических проводников или «проводов». Это расстояние может быть как малой (несколько метров, как в телевизионном дистанционном управлении), так и очень большим (тысячи или даже миллионы километров для телекоммуникаций ). Беспроводная связь обычно рассматривается как отрасль телекоммуникаций.

Беспроводная технология в общем используется для оборудования мобильных информационных технологий. В их состав входят мобильные телефоны, наладонники (PDA) и беспроводные сети. Другие примеры беспроводных технологий включают устройства глобального позиционирования, устройства дистанционного открывания гаража, беспроводные компьютерные мыши и клавиатуры, спутниковое телевидение и мобильные и радиотелефоны.

Развитие беспроводных технологий

В последние годы направление беспроводных компьютерных сетей и удаленного доступа потерпел бурного развития. Это связано с распространением блокнотных компьютеров, систем поискового вызова (так называемых пейджеров) и появлением систем класса «персональный секретарь» (Personal Digital Assistant (PDA)), расширением функциональных возможностей сотовых телефонов. Такие системы должны обеспечить деловое планирование, расчет времени, хранение документов и поддержание связи с удаленными станциями. Девизом этих систем стало anytime, anywhere, т.е. предоставление услуг связи вне зависимости от места и времени. Кроме того, беспроводные каналы вязкую актуальные там, где невозможно или дорого прокладку кабельных линий и значительные расстояния. До недавнего времени большинство беспроводных компьютерных сетей передавала данные со скоростью от 1.2 до 14.0 Кбит / с, зачастую только короткие сообщения (передача файлов больших размеров или длинные сеансы интерактивной работы с базой данных были недоступны). Новые технологии беспроводного передачи оперируют со скоростями в несколько десятков мегабит в секунду.
Классификация беспроводных сетей

В зависимости от технологий и передающих сред, которые используют, можно определить следующие классы беспроводных сетей:
сети на радиомодема;
сети на сотовых модемах;
инфракрасные системы;
системы VSAT;
системы с использованием низкоорбитальных спутников;
системы с технологией SST;
радиорелейные системы;
системы лазерной связи.

Федеральная комиссия по электросвязи США (FCC) определила следующие категории PCS (Personal Communication Services) и соответствующие полосы частот:
узкополосные PCS (диапазон 900-901, 930-931, 940-941 МГц ) для скоростных пейджерных сетей, двунаправленного передачи сообщений, передача сообщений вещания;
широкополосные PCS (120, 1850-2200 МГц);
сотовую связь;
цифровое передачи речи и данных;
нелицензированные PCS (40 МГц, от 1890 до 1930 МГц);
беспроводные ЛМ и АТС организаций в ближайшем радиусе действия;
в пределах одного здания или группы зданий.

Нелицензированные PCS обеспечивают передачу данных со скоростью до 10 Мбит / с.
Сети на радиомодема

Для передачи данных используют полосы частот радио-и ультракоротковолнового диапазона. Каждый радиомодем имеет антенну и передатчик для направленного передачи сигналов. Самыми популярными технологиями беспроводной передачи этого класса является:
радио Ethernet ( IEEE 802.11 );
HIPERLAN ;
Bluetooth.
IEEE 802.11
Подробнее в статье IEEE 802.11

IEEE 802.11 — это семья технологий беспроводной передачи в радиодиапазоне. Сегодня самая популярная технология стандарта IEEE 802.11b; она позволяет передавать данные со скоростью 11 Мбит / с на расстояние от нескольких до десятков километров. Выходная скорость зависит от уровня помех, оборудование. На базе IEEE 802.11b строят беспроводные локальные сети Wireless LAN ( WLAN )).

Группа стандартов IEEE 802.11 фактически определяет физический и канальный уровень протоколов передачи. Стандарты отличаются реализациями физических уровней передачи, обеспечивают разные скорости.
IEEE 802.11 — это предварительная версия стандарта, известная как радио Ethernet (Wireless Ethernet); сегодня уже устарела.
IEEE 802.11b обеспечивает максимальную скорость передачи 11 Мбит / с и использует 14 каналов в диапазоне 2.4 ГГц.
IEEE 802.11a обеспечивает скорость передачи 54 Мбит / с. Работает в диапазоне 5 ГГц. Имеет 12 каналов передачи. В ней используются два поддиапазона передачи 5.15-5.25, 5.25-5.35 ГГц.
IEEE 802.11g — обеспечивает скорость передачи 22 Мбит / с. Работает в диапазоне 2.4 ГГц. Полностью совместим с IEEE 802.11b, однако предлагает три новые методыкодирования, которые позволяют увеличить скорость.

Организация Wireless Ethernet Compatibility Alliance ( WECA ) сертифицирует оборудование на соответствие IEEE 802.11b и ставит на нем отметку Wi-Fi Compatible (Wireless Fidelity).
HIPERLAN
Подробнее в статье HIPERLAN

HIPERLAN (High Performance Radio Local Area Network) разработана Европейским институтом стандартов по телекоммуникационным технологиям (European Telecommunications Standards Institute). Она является аналогом IEEE 802.11, который используется в Европе, и бывает таких разновидностей:
HiperLAN / 1 — скорость до 20 Мбит / с в диапазоне 5 ГГц;
HiperLAN / 2 — скорость до 54 Мбит / с в диапазоне 5 ГГц.
Bluetooth

Bluetooth — это интерфейсная беспроводная технология. Диаметр сети 10-30 м (в перспективе — 100 м). Работает в багатопунктовому режиме, не обязательно в зоне прямой видимости. Главное назначение — создание бытовых сетей, присоединения мультимедийной периферии, стиральных машин, холодильников и т.д.. Концепция сети Bluetooth разработала 1994 шведская фирма Ericsson. Название технологии происходит от прозвища, которое дали Викингу Геральду Блатанду, который в X в. объединил разрозненные земли, создав Датское королевство. В 1997 г. созданы первые приемники-передатчики. В 1998 г. сформирована группа SIG, в которую вошли Ericsson, IBM, Intel, Nokia, Toshiba. В 1999 p. выпущено спецификации на оборудование. Подробнее о технологии Bluetooth. Новые технологии беспроводного передачи (Ultra Wideband (UWB)) предлагают скорости передачи, превышающие 100 Мбит / с, и требуют минимальных затрат энергии.
Технология SST

В технологии SST (Spread Spectrum Technology) использовано распределение сигнала по спектру частот. Это позволяет значительно повысить пропускные способности канала благодаря большей помехоустойчивости. Технологию SST уже длительный период применяли в военных целях. Есть две разновидности сетей SST:
FH-SS. Приемник и передатчик синхронно перескакивают с частоты на частоту;
DH-SS. В каждый момент времени сигнал «размазано» по широкому диапазону частот. Технология SST позволяет не только увеличить пропускные способности сети, но и лучше реализовать защиту информации от прослушивания. Внешний наблюдатель такую информацию воспринимает как «белый шум».
Спутниковые технологии
Технология VSAT

Технология VSAT (Very Small Aperture Terminal) использует для передачи данных геостационарные спутники, размещенные над экватором Земли на высоте 40 тыс. км.Наземные станции для связи со спутником применяют эллиптические антенны диаметром 3 м. Канал VSAT:
обеспечивает скорость передачи данных до 2 Мбит / с;
позволяет реализовать сочетание на большие расстояния с переходом государственных границ;
соизмеримый по цене с кабельными каналами такой же пропускной способности. Одновременно этот канал отличается значительными задержками передачи данных, обусловленными большим расстоянием до спутника (задержка составляет примерно 250 мкс, тогда как для кабельных сетей — 15 мкс). Поэтому канал VSAT нельзя использовать в системах реального времени и оперативной связи.

Поскольку стоимость спутникового канала велика, то поставщик услуг покупает у владельца спутника канал связи большой емкости и продает части пропускной способности канала. Итак, сеть с использованием звеньев VSAT имеет звездную структуру.
Системы низкоорбитальных спутников

Системы на базе низкоорбитальных спутников LEO (Low Earth Orbit), как и системы VSAT, для передачи используют спутник. Спутник находится на высоте около 100 км на обычной, а не геостационарной орбите. В этом случае уменьшается задержка в передаче данных. Кроме того, вывести такой спутник на орбиту гораздо дешевле, чем геостационарный. Вместе с тем для поддержания постоянной связи нужно использовать большое количество таких низкоорбитальных спутников. Среди имеющихся проектов LEO можно выделить систему Iridium, которая использует 66 спутников.

В первом варианте предполагали, что в системе будет 77 спутников. Именно столько электронов содержит атом иридия. Позже оказалось, что достаточно 66. Однако название решили оставить (название элемента с 66 электронами диспрозия происходит от латинского disprosius — труднодостижимой).

Корпорация Teledesic, владельцами которой являются Bill Gates и Greg MacCaw, планирует создать всемирную систему передачи мультимедийной информации на основе LEO-технологии. Планируется, что такая сеть будет использовать 840 спутников и предоставлять пользователям каналы пере ¬ пускнои способности от 62 Кбит / с до 2 Мбит / с.
Сети на сотовых модемах

Сети на сотовых модемах используют существующую инфраструктуру сотовой телефонии. Они работают в особо тяжелых условиях больших помех, периодического пропадания сигнала.

Среди методов доступа выделяют аналоговые, использующие для передачи аналоговый сигнал. Это классические методы доступа в сотовых сетях FDMA (Frequency Division Multiple Access), TACS (Total Access Communication System).

Главный ресурс сотовой сети — это предназначенный для нее диапазон частот. Аналоговые методы доступа выделяют для каждого передачи отдельный канал — полосу частот в предназначенном для сети диапазоне. В этом случае соседние сотовые ячейки не могут работать в одном и том же диапазоне частот (иначе передачи в соседних ячейках мешали бы друг другу). Частотный диапазон делят на семь частей.

Среди методов доступа, которые используют цифровое передачи, популярны различные модификации TDMA (Time Division Multiple Access). Они применяют известный принцип распределения времени передачи на отдельные временные слоты. К этой группе методов относятся AMPS (Advanced Mobile Phone Service) (частотные каналы шириной 30 кГц делятся на три временные слоты), NAMPS (Narrowband AMPS), PDC (каналы по 25 кГц, три слота), GSM (диапазон 200 кГц, восемь слотов ).
CDMA

Передовой сегодня является технология CDMA (Code Division Multiple Access), которая использует цифровое передачи.
CDPD

Технология CDPD (Cellular Digital Packet Data) реализует как пакетное передачи (протокол TCP / IP), так и модемный интерфейс (АТ-команды). В отличие от радиомодемов, сотовые модемы используют не специальные антенны и приемники-передатчики, а соответствующие устройства сотового телефона. При передаче данных применяют протоколы MNP-10 или ETC. Протокол MNP-0 динамически оптимизирует скорость передачи данных и уровень сигнала, имеет развитые средства працювання ошибок.
ETC

Протокол ETC предложила 1993 г. фирма AT & T Paradyne. Он основывается на состояние ¬ Дарти V.32bis (14.4 Кбит / с) и позволяет поддерживать связь с другими модемами стандарта ETC и другими протоколами. По сравнению с MNP-10 совершеннее технически. Развитие технологий на более высоких уровнях протокола выраженный в организации доступа к Internet. Этот доступ возможен благодаря использованию WAP-технологий.
Системы на базе инфракрасных каналов

Системы на базе инфракрасных каналов отличаются небольшой стоимостью приемников и передатчиков (от 1.5 до 4.5 дол. США), высокими скоростями передачи. Однако инфракрасные каналы работают только в условиях прямой видимости. Ассоциация Infrared Data Communications разработала стандарт передачи инфракрасным каналом со скоростью 115.2 Кбит / с.
Радиорелейная связь

Радиорелейные станции (РРС) используют для передачи аналогового сигнала в телевидении и цифрового в последовательном коде по стандарту ITU G.703 в телефонии. Канал G.703 имеет пропускной способностью 2 Мбит / с. Его можно использовать, например, для соединения сегментов Ethernet. Современные цифровые РРС имеют полосу перепуска 2-34 Мбит / с. Поэтому часто ее разделяют на несколько каналов. Максимальное расстояние для связи РРС — 60-80 км. Для наземных РРС используют частотные диапазоны 1, 5, 7, 15, 23, 34 ГГц. Взаимодействия маршрутизатора и РРС постигают при помощи конвертера V.35/G.703.

 

Электронные вычислительные машины

Различают несколько (пять основных) поколений ЭВМ, каждое из которых свидетельствует о состоянии развития этой отрасли

Первая электронная вычислительная машина на радиолампах ENIAC изобретена в 1946 г. в США под руководством Д. Маучли и Д. Эккерта.

Прошло еще несколько лет, пока не сложились основные принципы построения ЭВМ — архитектура современных ЭВМ. Эти принципы были обоснованы выдающимся математиком Дж. фон Нейманом ( один тысяча девятьсот три — один тысяча девятьсот пятьдесят-семь ) в 1946г. Первая ЭВМ, основанная на этих принципах, — EDSAC была создана в Англии в 1949 г. М. Уилксом.

Первая ЭВМ на территории бывшего СССР — МЭСМ была создана в 1950 г. в Киеве по проекту С. А. Лебедева.
Виды
Мини-ЭВМ ( minicomputer ) — малая ЭВМ, имеющая небольшие размеры и стоимость. Появившись в конце 1960-х годов, мини-ЭВМ имеют широкие возможности в решении задач различных классов.
МикроЭВМ ( microcomputer ) — ЭВМ малых размеров, созданная на базе микропроцессора. Различают микроЭВМ встроенные и персональные, настольные и портативные, профессиональные и бытовые.
Характеристики

Быстродействие ЭВМ ( computer speed ) — характеристика ЭВМ, определяющий количество элементарных операций (сложение и др.)., выполняемых за единицу времени.

 

Механические и электромеханические вычислительные машины

Попытки создать механическую вычислительную машину осуществлялись еще в средние века. Проект одной из таких машин принадлежит Леонардо да Винчи ( 1452 — 1519 ).

Первая счетная машина, о которой сохранились сведения, было построено в 1623 г. немцем В. Шикард. В 1642 г. французский ученый Блез Паскаль сконструировал механический вычислитель, что позволяет складывать и вычитать числа. В 1673 г. немецкий ученый Г. Лейбниц (1646-1716) разработал счетное устройство — арифмометр, выполнявший не только сложение и вычитание, но и умножение и деление. М. Лейбниц говорил: «… не достойно совершенства человеческого, подобно рабам, тратить часы на вычисления». Введением в практику двоичной арифметике ученый заложил основу, на которой покоятся все киты современной вычислительной техники.

«Если бы мне пришлось выбирать в анналах истории наук святого — покровителя кибернетики, то я выбрал бы Лейбница» — так оценил заслуги немецкого ученого основоположник кибернетики Норберт Винер.

Лейбниц предложил также арифметизацию логики. Однако центральной фигурой «алгебраического этапа» логики был английский ученый Дж. Буль ( 1815 — 1864 ). Он создал свою алгебру — алгебру Буля — которая оперирует только двумя понятиями: истинные и ложные.

Работы Г. Лейбница и Дж. Буля заложили теоретическую базу для практической реализации вычислительных устройств высокой производительности.

Впервые состав и назначение функциональных средств автоматической вычислительной машины определил в 1834 г. английский математик и экономист Ч. Бэббидж ( одна тысячу семьсот девяносто два — один тысяче восемьсот семьдесят-один ) в своем неосуществленному проекте аналитической машины. Большую помощь Бэббиджу предоставила его ученица Ада Августа Лавлейс — дочь известного английского поэта Байрона. Леди Лавлейс считается первой в истории программистки. Она заложила основы теоретического программирования, написав первый учебник по этому предмету. Ей принадлежит изобретение оператора условного перехода, именно она ввела понятие рабочей ячейки и цикла.

Первая релейная вычислительная машина Z1 построена Конрадом Цюзе в 1936 г. в Германии.

 

Уровни схем контроля

Уровни представления схем контроля
уровень логических схем.
функциональный уровень.
системный уровень.
пользовательский уровень.
Методы контроля на уровне узлов вычислительной техники
контроль по паритету — чёт, нечёт ( Основу ЭВМ составляют 9-ти разрядные байты : 1 бит контроля на 8 информационных разрядов);
2 обнаруживающие и корректирующие коды (коды Хемминга, Н-матрица );
3 циклические коды (последовательная передача );

4 дублирование со сравнением (n- ирование , при n=2);
Избыточность

Избыточность — это средства построения схем контроля.
Виды:
информационная избыточность — вводятся дополнительные контрольные разряды (9-ти разрядный байт);
аппаратурная избыточность — вводится дополнительное оборудование (СВК – схемы встроенного контроля, ССВК – само проверяемые СВК, дублирование и др.);
алгоритмическая избыточность — решение по разным алгоритмам со сравнением;
временная избыточность — отводится дополнительное время на контроль (потеря рабочего времени).

В современных ЭВМ в основном используется информационно-аппаратурный метод избыточности.

Дублирование

Дублирование- это самый простой способ по структуре и самый дорогой по затратам для универсальных ЭВМ.

СК – схема контроля.
СС — схема сравнения.
Основной узел такой же, как дополнительный.
СС — строится :
линейка 2-х входовых сумматоров по модулю 2 с объединением по “ИЛИ “
компаратор с выходом =.

Система кодирования ошибок.
Сигнал ошибки=0,если ошибки нет.
Сигнал ошибки=1,если она есть.

Необходимо строить схему контроля таким образом, чтобы она удовлетворяла правилам кодирования.

 

Система автоматического контроля

Функции системы автоматического контроля
уменьшение потерь от сбоев и отказов;
предотвращение распространения ошибок в вычислительном процессе;
определение ошибки максимально близко к месту её возникновения;
Алгоритм Системы Автоматического контроля:

1) при возникновении ошибки в регистре ошибок, сервисный процессор останавливает вычислительный процесс;

2) запоминается слово состояния машины;
Читать далее

Эксплуатационное обслуживание ЭВМ

Эксплуатационное обслуживание – это совокупность операций, процедур и процессов, обеспечивающих работоспособное состояние ЭВМ.

Работоспособным состоянием называется состояние, при котором ЭВМ выполняет все функции, все характеристики и все параметры ее находятся в пределах, указанных в технической документации.

Особенности ЭВМ, как объекта эксплуатационного обслуживания:

· сложная техническая система;
· неразделимая совокупность аппаратных и программных средств;
· универсальный преобразователь информации (проблема достоверности);
· человеко-машинная система;
· функционирует в условиях действия случайных факторов;
· имеет сложное описание и большую техническую документацию (десятки-сотни томов).

Виды обслуживания:

· хранение;
· установка;
· наладка;
· ввод в эксплуатацию;
· обслуживание при нормальной работе;
· планово-профилактическое обслуживание;
· ремонт;
· обслуживание программного обеспечения;
· обслуживание информационных баз.

Решение этих вопросов выполняется с помощью технических описаний объектов и инструкции по эксплуатации.

ЭВМ общего назначения является обслуживаемым (возможна профилактика) и восстанавливаемым (возможен ремонт при эксплуатации) объектом.

Основные характеристики ЭВМ по эксплуатационному обслуживанию

1. Производительность по смеси (набору) команд:

где n – количество команд в смеси (наборе); Ki – вес i-ой кманды; ti – время выполнения i-ой команды.

2. Коэффициент эффективности использования ЭВМ (отношение производительности к стоимости обслуживания).

3. Надежность. Общие закономерности нарушений работоспособности ЭВМ, процессов обслуживания изучает теория надежности.

Надежность – свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя во времени свои характеристики (анализ и оценка надежности используют понятия и методы теории вероятности).

Надежность ЭВМ определяется:

· безотказностью;
· достоверностью функуионирования;
· характеристиками обслуживаемости (ремонтопригодность, восстанавливаемость информации после сбоев, проверкопригодностью и т. д. )

Отказ – это нарушение работоспособности требующее вмешательства обслуживающего персонала.

Сбой – это кратковременное самоустраняющееся нарушениe функционирования ЭВМ.

Отсюда, ошибки ЭВМ делят на сбои и отказы.

Отказы бывают:

· внезапные (мгновенное изменение какого-либо параметра);
· постепенные (происходящие во времени).

Интервалы между отказами являются случайными величинами.

4. Ремонтопригодность. Характеризуется средним временем восстановления работоспособности после отказа (0,5-1 час).

5. Достоверность функционирования. Характеризуется средним временем наработки машины на один сбой.

6. Профилактические испытания. Проводятся согласно технической документации. Их цель: выявление элементов и узлов, параметры которых близки к предельно допустимым и их замены или подрегулировки. Профилактические испытания должны увеличить наработку на отказ в период между профилактическими испытаниями.

Профилактические испытания – это потери рабочего времени.

Средства повышения эксплуатационных характеристик ЭВМ.

1) Система автоматического контроля.
2) Система восстановления вычислительного процесса после ошибок.
3) Система автоматической диагностики.
4) Система сбора информации и обработки.

 

Персептрон | Перцептрон | Теоремы Розенблатта

Перцептроны или персептроны (от perceptio – восприятие) были первыми искусственными нейронными сетями, появившимися в результате многолетних исследований мозга животных и человека. Автор первого перцептрона – американский ученый Френк Розенблатт, впервые опубликовавший свои исследования в этой области в 1957 году. По мнению Ф. Розенблатта, перцептроны, прежде всего, являются классом моделей мозга, объясняющих некоторые его характерные функции. В частности, перцептроны, пусть и в самой элементарной форме, объясняют некоторые проблемы организации памяти биологических систем, демонстрируют механизм приобретения знаний «познающих (cognitive) систем» об окружающем их мире и показывают, что эти знания зависят как от когнитивной системы, так и от окружающей среды. По Розенблатту, для различных видов животных простейшее представление об анатомической структуре нервной системы может быть получено с помощью схемы, представленной на

рис. 2.1.

Каждый из пяти видов информации о внешней среде воспринимается своими специализированными сенсорными нейронами и передается по своим отдельным сенсорным трактам в центральную нервную систему. Через моторные нейроны центральная нервная система связана с мышцами и железами организма. В своих первых работах Розенблатт рассматривал модель только зрительной системы. В наиболее простом виде эта модель включает в себя три последовательно соединенных множества нейронов: чувствительных (S-элементов), ассоциирующих (A-элементов) и реагирующих (R-элементов). S-элементам в нервной системе животного или человека соответствуют сенсорные или рецепторные нейроны, генерирующие сигналы на поступающие внешние раздражения (изображения) и передающие их A-нейронам. A-элементы аналогичны в нервной системе живого организма нейронам, образующим локальный специализированный зрительный центр в коре головного мозга и связывающим рецепторные нейроны с моторными. R-элементам в нервной системе соответствуют эффекторные (моторные) нейроны, упорядоченные в ограниченные топологические структуры и передающие сигналы управления центральной нервной системы к мышцам и железам организма.
Определение 2.1. S-элемент называется простым, если он выдает единичный выходной сигнал при входном сигнале, превышающем некоторый заданный порог , и нулевой сигнал – в противном случае.
Определение 2.2. Простым ассоциативным элементом называется A-элемент, который выдает единичный выходной сигнал, если алгебраическая сумма его входных сигналов превышает некоторый заданный порог > 0, иначе – выходной сигнал ассоциативного нейрона равен нулю.

Рис. 2.1 Структура нервной системы

Определение 2.3. Простым биполярным (бинарным) реагирующим элементом называется R-элемент, выдающий единичный выходной сигнал, если алгебраическая сумма его входных сигналов больше или равна пороговому значению, и отрицательный единичный (нулевой) сигнал, если сумма его входных сигналов меньше заданного порога.
Чувствительные S-элементы живого организма (рис. 2.2) возбуждаются от воздействия энергии света, если величины их входных сигналов превышают некоторый порог i. Рецепторные нейроны случайным образом связаны с A-элементами, выходные сигналы которых отличны от нуля только в том случае, когда возбуждено достаточно большое число сенсорных нейронов, воздействующих на входы одного ассоциирующего элемента. Простой A-элемент, аналогично простому S-элементу, является активным и выдает единичный выходной сигнал, если алгебраическая сумма сигналов на его входе превышает заданную пороговую величину, в противном случае нейрон находится в невозбужденном состоянии. Коэффициенты (веса) связей между S- и A-элементами постоянны.

Комбинация выходов всех A-элементов представляет собой реакцию двух первых слоев перцептрона на предъявленное входное изображение, которая с помощью выходного слоя нейронов преобразуется в необходимую комбинацию выходных сигналов системы. Часто требуют, чтобы каждому классу входных изображений соответствовал только один определенный активный R-нейрон. Необходимых комбинаций выходных сигналов на каждый класс изображений добиваются на этапе обучения или адаптации перцептрона за счет изменения переменных весов связей между A- и R-элементами.

Разделение множества G изображений на два класса G1 и G2 можно выполнить с помощью одного выходного элемента. В этом случае изображениям первого класса может соответствовать положительный выходной сигнал (+1) R-элемента, а второго класса – отрицательный (–1). На примере простейшего (элементарного) перцептрона рассмотрим различные способы обучения этих нейросетей, впервые предложенные и исследованные Розенблаттом.

Определение 2.4. Простым перцептроном называется нейронная сеть, состоящая из S-, A- и R-элементов и удовлетворяющая следующим пяти условиям:

1. В сети имеется только один R-нейрон, который соединен связями с переменными весами со всеми A-нейронами.
2. В сети имеются только последовательные связи от S- к A-элементам и от A-элементов к R-элементу.
3. Веса связей между S- и A-элементами являются фиксированными.
4. Время передачи сигналов каждой связью равно нулю (либо фиксированной постоянной величине).
5. Выходные сигналы всех нейронов сети формируются в виде:

где – алгебраическая сумма сигналов, поступающих одновременно на вход нейрона.

Определение 2.5. Простой перцептрон с простыми A- и R-элементами и передающими функциями связей вида:

где wij(t) – вес связи между i-м и j-м нейронами в момент времени t; – выходной сигнал i-го нейрона в момент времени ; – время передачи сигнала с выхода i-го нейрона на вход j-го элемента, называется элементарным перцептроном.

Элементарный перцептрон обучается или настраивается на распознавание двух классов изображений G1, G2 путем предъявления ему некоторых последовательностей изображений из этих классов. Учитель (человек или вычислительная машина), наблюдающий реакцию перцептрона на каждое входное изображение, при наличии ошибочных решений сети должен корректировать веса связей между R- и A-элементами в соответствии с некоторой системой правил.

Определение 2.6. Матрицей взаимодействия перцептрона называется матрица, элементами которой являются веса связей wij для всех пар нейронов Ui, Uj сети.
Если связь между нейронами Ui, Uj отсутствует (например, в простом перцептроне нет связей между R- и S-нейронами), то принимают wij = 0.
Матрица взаимодействия фактически отображает состояние памяти перцептрона. Множество всех возможных состояний памяти сети образует фазовое пространство сети, которое может быть представлено в виде области в n-мерном евклидовом пространстве, каждая координатная ось которого соответствует одной связи сети.

2.2. Обучение перцептронов с помощью a- и g-систем подкрепления

Определение 2.7. Системой подкрепления нейронной сети называется любой набор правил, с помощью которых можно изменять во времени состояние памяти сети (или матрицу взаимодействия).

Определение 2.8. Положительным (отрицательным) подкреплением называется такой процесс коррекции весов связей, при котором вес связи wij(t), начинающейся на выходе активного i-го элемента и оканчивающейся на входе j-го элемента, изменяется на величину wij(t), знак которой совпадает со знаком выходного сигнала j-го нейрона (знак которой противоположен знаку выходного сигнала j-го нейрона).

Существует большое число различных систем подкрепления, большая часть из которых представляет лишь исторический интерес. Поэтому остановимся только на системе подкрепления с коррекцией ошибок, которая является основной в настоящее время.
В системе подкрепления с коррекцией ошибок прежде всего необходимо определить, является ли реакция перцептрона правильной. До тех пор, пока выходной сигнал R-элемента принимает желанное значение, величина сигнала подкрепления равна нулю. При появлении неправильной реакции перцептрона используется подкрепление, величина и знак которого в общем случае определяется монотонно возрастающей функцией f:

(2.1)

где R* – желаемая реакция; R – полученная реакция; f(0) = 0.

Таким образом, при появлении ошибки для коррекции весов связей используется сигнал, знак которого противоположен знаку выходного сигнала R-элемента. В связи с этим рассмотренный метод коррекции весов получил название системы с отрицательным подкреплением.
Конкретным примером системы подкрепления с коррекцией ошибок является альфа-система подкрепления. В этой системе при наличии ошибок веса всех активных связей, которые оканчиваются на R-элементе, изменяют на одинаковую величину , а веса всех неактивных связей оставляют без изменений. Перцептроны, в которых применяется альфа-система подкрепления, называются альфа-перцептронами.

При использовании альфа-системы подкрепления сумма весов всех связей между R- и A-нейронами может возрастать (или убывать) от шага к шагу, что должно приводить к нежелательным ситуациям, когда многие связи имеют максимальные (или минимальные) веса и не могут использоваться в дальнейшем процессе обучения нейронной сети. Для устранения этого недостатка системы подкрепления была предложена гамма-система подкрепления, которая обладает свойством консервативности относительно суммы 1 весов всех связей между нейронами, т.е. сумма 1 остается постоянной в процессе обучения перцептрона. Это достигается за счет того, что при наличии ошибочной реакции перцептрона сначала веса всех активных связей изменяются на одинаковое значение , а вслед за этим из весов всех активных и пассивных связей вычитается величина, равная отношению суммы изменения весов всех активных связей к числу всех связей. Изменение весов отдельных связей при этом определяется соотношением:

(2.2)

где wij – в общем случае приращение веса связи между i-м A-нейроном и j-м R-нейроном, для элементарного перцептрона j = const = 1; ? – величина сигнала подкрепления; Nак – число активных связей; N – число связей, оканчивающихся на входе j-го элемента.
При такой системе коррекции весов связей выполняется равенство:

из которого и следует консервативность гамма-системы подкрепления относительно суммы весов всех обучаемых связей.
Замечание 2.1. Отметим, что соотношение (2.2) в неявной форме предполагает, что корректируемые веса wij связей достаточно далеки от своих граничных значений wij min= 0 и wij max =1, т.е.

(2.3)

Если неравенства (2.3) нарушаются, а требование консервативности относительно суммы 1 весов связей остается неизменным, то соотношение (2.2) необходимо уточнить. Пусть, например, среди активных связей Nа гр. связей имеют граничные значения весов или и для них выполняются условия

(2.4)

Пусть также Nа бгр. активных связей имеют веса, близкие к граничным, для которых справедливы неравенства

(2.5)

В этом случае общая сумма Sa первоначальных изменений весов активных связей будет равна:

, (2.6)
где – граничное значение веса связи между k-м и j-м нейронами, ; – приращения веса связи, определяемое по соотношению (2.2) без учета наличия множества – знаковая функция.
Если предположить, что для всех пассивных связей выполняются соотношения (2.3), тогда из весов пассивных связей и весов активных связей, для которых не выполняется соотношение (2.4) или (2.5), вычитается величина . С учетом этих замечаний соотношение (2.2) принимает вид:

 

Метод сжатия Хаффмана | Кодирование методом Хаффмана

Кодирование методом Хаффмана широко используется в коммерческих программах сжатия.

Hекотоpые теpмины используемые пpи объяснении метода сжатия Хаффмана полностью совпадают с методом LZSS, введем опpеделения хаpактеpные только для этого метода.

1. Гнездо — это любой символ, т.е. гнездо является уникальным (неповтоpяющимся) для символов с pазличными кодами;

2. Частота появления символа — это сколько pаз символ с данным кодом встpечается в входном потоке;

3. Содеpжимое гнезда — это частота появления символа;

4. Пустое гнездо — когда содеpжимое гнезда pавно нулю;

5. Статус гнезда — это состояние гнезда на текущий момент, т.е. гнездо может быть доступно (может участвовать пpи постpоении деpева) или недоступно (уже участвовало пpи постpоении деpева).

6. Двоичное деpево — это набоp гнезд соединенных некотоpым способом между собой ветвями (связями). Каждое гнездо может иметь от одного до тpех связей, пpичем только одна ветвь может связывать с данное гнездо с гнездом более высшего уpовня, но каждое гнездо может быть связано двумя ветвями с гнездами более низшего уpовня (или не быть связанным вообще).

Описанию алгоритма построения дерева:

1. Если число доступных,непустых гнезд менее чем 2,то перейти к пункту 5.

2. Среди доступных гнезд ищем два гнезда с минимальным (не равным нулю) содержимым гнезда.

3. Создается новое гнездо с содержимым равным сумме содержимых двух найденных гнезд. Новому гнезду присваивается статус доступно, а двум найденным гнездам присваивается статус недоступны и дополнительный статус: первому найденному гнезду — 0, второму — 1.

4. Перейти к пункту 1.

5. Это одно оставшееся доступное ненулевое гнездо — мы назовем корень дерева и дополнительного статуса не имеет.

Кодиpование текста по полученному деpеву:

Тепеpь каждый символ из входного потока будет заменяться последовательностью бит, получаемую шагая от коpня деpева по связям к гнезду, соответсвующему кодиpуемому символу и пpи этом запоминается дополнительный статус каждого из гнезд в этой цепочке. Сфоpмиpованная цепочка бит и будет кодом текущего символа. Она имеет пеpеменную длину (от 1 до 256 бит теоpетически, пpактически же почти всегда до 12).

Сохpанение деpева в файле

После того как мы закодиpовали текст мы должны позаботиться чтобы он мог быть pаскодиpован. Для этого pаспаковщику надо знать деpево, поэтому возникает необходимость сохpанения деpева в файле, котоpый содеpжит упакованный текст, и естественно пpи наименьшем pазмеpе.

Ваpианты записи деpева в файл:

I. Если взять и записать деpево не сжимая, то понадобится 256 последовательностей бит:
1. 4 бита — длина цепочки битов, являющейся кодом символа
2. Пеpеменная длина (0..15) — сама последовательность бит
В самом худшем случае мы получим деpево записанное в 256+128=384 байта, что является довольно большой потеpей пpоцента упаковки.

II. Тепеpь попpобуем усовеpшенствовать пpедыдущий способ. Так как мы знаем что длина кода пpактически никогда не пpевышает 12 бит, то длины последовательностей pавные 13,14,15 мы можем использовать в качестве упpавляющих. Опpеделим:
1. упpавляющий код 14 пpи пеpвом появлении — указывает что следующие 8 бит являются кодом пеpвого используемого символа, имеющего наименьший код ASCII (это означает, что если к пpимеpу вы использовали текстовый файл для упаковки, то наименьший используемый код в тексте имеет возврат каретки (код=13), символы же с кодами меньше 13 не используются в данном тексте и поэтому нет смысла запоминать их в пpи упаковке деpева. Иными словами это означает, что символы с кодами меньше 13 пpи постpойке деpева
не участвовали.)
2. упpавляющий код 15 — пpефикс повтоpения, означает что следующий 4 бита являются числом 4-х битовых нулевых последовательностей. Позволяет гpуппиpовать от 3 до 18 таких последовательностей.
3. упpавляющий код 13 — пpефикс повтоpения, означает что следующий 4 бита являются числом 4-х битовых нулевых оследовательностей. Позволяет гpуппиpовать от 19 до 34 таких последовательностей.
4. упpавляющий код 14 пpи втоpом появлении означает конец деpева, то есть что символы с кодами больше, чем последнее записанное значение не участвовали пpи постpоении деpева.

III. Тpетий ваpиант кодиpования деpева:
1 байт — количество веpшин в деpеве;
? байт — символы являющиеся веpшинами деpева(кол-во указано в пеpвом байте)
? бит — последовательности битов, означающие:
1. Четыpе бита — количество бит на символ (0000=1 .. 1111=16)
2. Четыpе бита — сколько символов с указанной выше битовой длиной (0000=1 .. 1110=15), если 1111 — то считать еще 5
бит. Пять бит — количество символов (00000=16 .. 11110=46), если 11111 — то считать еще еще 5 бит и т.д.
(количество таких сочетаний указано в пеpвом байте)
? бит — последовательности бит, означающие: битовые последовательности, означающие Хаффмановский код символа в том поpядке как они пpиведены выше.

 

Моделирование бизнес процессов BPwin

Цель данной статьи — это изучение основных функций пакета BPwin; создание контекстной диаграммы моделируемого объекта; создание иерархии диаграмм.
1. Введение

Для программиста-аналитика важно уметь ориентироваться в незнакомой организации и делать при разработке задания на проектирование информационной программы как можно меньше ошибок. Один из источников ошибок – неправильное представление аналитика о потоках информации в организации. Эти потоки зависят от распределения функций внутри организации и зачастую не оформляются документами. Поэтому анализу документооборота должен предшествовать анализ бизнес-процессов и реальных информационных связей между работами (процессами). В результате такого анализа должны быть сделаны предложения по изменению бизнес-процессов (идеальных не бывает) и согласование предлагаемых бизнес-процессов (а затем и документооборота) с заказчиком. На основании согласованного документооборота должно быть создано техническое задание на разработку информационной системы.
BPwin позволяет аналитику создавать сложные модели бизнес-процессов при минимальных усилиях. BPwin поддерживает 3 методологии – IDEF0, IDEF3 и DFD. Каждая из них призвана решать свои специфические задачи. Также можно строить смешанные модели.

Модель в BPwin рассматривается как совокупность работ, каждая из которых оперирует с некоторым набором данных. Работы изображаются в виде прямоугольников (блоков), данные – в виде стрелок (дуг).

Основу методологии IDEF0 составляет графический язык описания моделирования бизнес-процессов. Модель в IDEF0 представлена совокупностью иерархически упорядоченных и логически связанных диаграмм. Каждая диаграмма располагается на отдельном листе. Можно выделить четыре типа диаграмм:
контекстную диаграмму А-0 (в каждой модели может быть только одна контекстная диаграмма);
диаграммы декомпозиции (в том числе диаграмма первого уровня декомпозиции А0, раскрывающая контекстную);
диаграммы дерева узлов;
диаграммы только для экспозиции (FEO).

Контекстная диаграмма является вершиной древовидной структуры диаграмм и представляет собой самое общее описание системы и ее взаимодействия с внешней средой (как правило, здесь описывается основное назначение моделируемого объекта).
После описания системы в целом проводится разбиение ее на крупные фрагменты. Этот процесс называется функциональной декомпозицией, а диаграммы, которые описывают каждый фрагмент и взаимодействие фрагментов, называются диаграммами декомпозиции. После декомпозиции контекстной диаграммы (т.е., получения диаграммы А0) проводится декомпозиция каждого блока диаграммы А0 на более мелкие фрагменты и так далее, до достижения нужного уровня подробности описания.

После каждого сеанса декомпозиции проводятся сеансы экспертизы – эксперты предметной области (обычно это интервьюируемые аналитиками сотрудники предприятий) указывают на соответствие реальных бизнес-процессов созданным диаграммам. Найденные несоответствия исправляются, и только после прохождения экспертизы без замечаний можно приступать к следующему сеансу декомпозиции. Так достигается соответствие модели реальным бизнес-процессам на любом и каждом уровне модели. Синтаксис описания системы в целом и каждого ее фрагмента одинаков во всей модели.

Диаграмма дерева узлов показывает иерархическую зависимость работ, но не взаимосвязи между работами. Диаграмм деревьев узлов может быть в модели сколько угодно, поскольку дерево может быть построено на произвольную глубину и не обязательно с корня.
Диаграммы для экспозиции (FEO) строятся для иллюстрации отдельных фрагментов модели, для иллюстрации альтернативной точки зрения, либо для специальных целей.
2. Синтаксис диаграмм

Диаграмма является основным рабочим элементом при создании модели.
Каждая IDEF0-диаграмма содержит блоки (работы) и дуги (стрелки). Блоки изображают функции моделируемой системы. Дуги связывают блоки вместе и отображают взаимодействия и взаимосвязи между ними.

Функциональные блоки на диаграмме изображаются прямоугольниками (рис. 2.1). Блок представляет функцию или активную часть системы (в последнем случае блок обозначается с помощью буквы А в его номере).

Каждая сторона блока имеет определенное назначение. Левая сторона предназначена для входов, верхняя – для управления, правая – для выходов, нижняя – для механизмов.

Рисунок 2.1 – Основная конструкция IDEF0-модели
В основе методологии IDEF0 лежат следующие правила:
функциональный блок преобразует входы в выходы;
управление ограничивает или предписывает условия выполнения преобразований;
механизмы показывают, кто, что и как выполняет эти преобразования (т.е. механизмы непосредственно осуществляют эти преобразования).

В прямоугольник нужно вписать название процесса глаголом или отглагольным существительным. ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: не вписывайте название подразделения!
На стрелке должна быть надпись, соответствующая тому, что передается от процесса к процессу. Это могут быть материалы, документация, распоряжения и т.п.

Граница диаграммы представляет «внешний мир». Связь с внешним миром изображается стрелкой с надписью.
Методология IDEF0 требует, чтобы в диаграмме было не менее трех и не более шести блоков. Это ограничение поддерживает сложность диаграмм на уровне, доступном для чтения, понимания и использования.

Блоки на IDEF0-диаграмме размещаются по степени важности. В IDEF0 этот относительный порядок называется доминированием. Доминирование понимается как влияние, которое один блок оказывает на другие блоки диаграммы.
В методологии IDEF0 принято располагать блоки по диагонали диаграммы. Наиболее доминирующий блок обычно размещается в левом верхнем углу диаграммы, наименее доминирующий – в правом нижнем углу.

Таким образом, топология диаграмм показывает, какие функции оказывают большее влияние на остальные.
Блоки на IDEF0-диаграмме должны быть пронумерованы. Нумерация блоков выполняется в соответствии с порядком их доминирования (1 – наибольшее доминирование, 2 – следующее и т.д.). Порядок доминирования (номер блока) располагается в правом нижнем углу функционального блока.

Дуги на IDEF0-диаграмме изображаются линиями со стрелками. Для функциональных IDEF0-диаграмм дуга представляет множество объектов. Под объектом в общем случае понимаются некоторые данные (планы, машины, информация, данные в компьютерах). Основу названия дуги на IDEF0-диаграммах составляют существительные. Названия дуг называются метками.
В методологии IDEF0 используется пять типов взаимосвязей между блоками для описания их отношений: управление, вход, обратная связь по управлению, обратная связь по входу, «выход-механизм».

Отношение управления возникает тогда, когда выход одного блока непосредственно влияет на работу блока с меньшим доминированием.

Отношение входа возникает тогда, когда выход одного блока становится входом для блока с меньшим доминированием.
Обратные связи по управлению и по входу представляют собой итерацию или рекурсию.
Обратная связь по управлению возникает тогда, когда выход некоторого блока влияет на работу блока с большим доминированием.
Обратная связь по входу имеет место тогда, когда выход одного блока становится входом другого блока с большим доминированием.
Связь «выход-механизм» встречается нечасто и отражает ситуацию, при которой выход одной функции становится средством достижения цели для другой функции. Данная связь характерна при распределении источников ресурсов (например, физическое пространство, оборудование, финансирование, материалы, инструменты, обученный персонал и т.п.).

Дуга в IDEF0 редко изображает один объект. Обычно она символизирует набор объектов. Поэтому дуги могут разъединяться и соединяться.

Разветвления дуг обозначают, что все содержимое дуг или его часть может появиться в каждом ответвлении дуги. Дуга всегда помечается до разветвления, чтобы дать название всему набору. Каждая ветвь дуги может быть помечена или не помечена в соответствии со следующими правилами:
непомеченные ветви содержат все объекты, указанные в метке дуги перед разветвлением;
каждая метка ветви указывает, что именно содержит ветвь.

При слиянии дуг результирующая дуга всегда помечается для указания нового набора объектов, возникшего после объединения. Каждая ветвь перед слиянием помечается или нет в соответствии со следующими правилами:
непомеченные ветви содержат все объекты, указанные в общей метке дуги после слияния;
метка ветви указывает, что конкретно содержит ветвь.

Разветвления дуг и их соединения – это синтаксис, который позволяет описывать декомпозицию (разделение на структурные части) содержимого дуг.

Разветвляющиеся и соединяющиеся дуги отражают иерархию объектов, представленных этими дугами. Из отдельной диаграммы редко можно понять полную иерархию дуги. Для этого требуется чтение большей части модели.
Поэтому методология IDEF0 предусматривает дополнительное описание полной иерархии объектов системы посредством формирования глоссария для каждой диаграммы модели и объединения этих глоссариев в Словарь данных.
Таким образом, Словарь данных – это основное хранилище полной иерархии объектов системы.

 

1 45 46 47 48