Slayd 8

O'zboshimchalik bilan tarmoqning tugunlarida balandlik belgilarini tartibsiz joylashtirish

Slayd 9

Belgilarni ma'lum bir qadam bilan kontur chiziqlari bo'ylab joylashtirish

Slayd 10

Relyefning strukturaviy chiziqlari bilan kontur chiziqlarining kesishish joylarida belgilarni olish

slayd 11

DEM uchun ma'lumotlar manbai

DTMlarni yaratishning asosiy manbalari yirik masshtabli topografik xaritalardir. DEMni yaratishning odatiy texnologiyasi uning asosiy komponenti va balandliklari sifatida kontur chiziqlarini raqamlashtirishga (izlanishga) asoslangan. Kichik masshtabli xaritalardan foydalanish umumlashtirish shartlari bilan chegaralanadi. Bunday xaritalarda geometrik aniqlik geografik ishonchlilik va morfologik izchillikka zid keladi va qoida tariqasida metriklik qurbon qilinadi. Geoinformatika nazariyasi va amaliyotida 1:500000 va undan kichik masshtabdagi xaritalardan DEMni qurish uchun manba material sifatida foydalanish ma’nosiz ekanligi isbotlangan.

slayd 12

DEM formatlari

Odatda, yangi DTM yaratish uchun birlamchi ma'lumotlar (an'anaviy ravishda xaritalardan olingan) ikkita eng keng tarqalgan taqdimot formatlaridan biriga qisqartiriladi: GRID-model va TIN-modeli. Birinchi model ko'p jihatdan fazoviy ma'lumotlarning rastr modeliga o'xshaydi: u xarita maydonini keyingi bo'linmas elementlarga (piksellarga) bo'lishni o'z ichiga oladi, ular ichida er yuzasining balandligi doimiy hisoblanadi. Piksellar oddiy, odatda to'rtburchaklar shaklidagi DEM kvadratlarini hosil qiladi, ularning orasidagi masofa DEMning fazoviy o'lchamlarini belgilaydi.

slayd 13

GRID.1

GRID modellarini yaratishda birinchi bosqichda o'rganilayotgan maydon kvadrat bo'laklarga, maydonlarga bo'linadi, ularning geometrik o'lchamlari dastlabki materiallar, tadqiqot vazifalari va texnik vositalarning sifati (ingliz tilida grid -) asosida oldindan aniqlanadi. panjara, to'r). Kichik piksellar er yuzasining pürüzlülüğünü batafsilroq takrorlaydi, lekin bunday DTM larni yaratish uchun katta hajmdagi manba materiallari talab qilinadi va natijada raqamlar majmuasi juda katta va ishlov berish qiyin. Odatda, piksel o'lchami xarita masshtabida 1 - 2 mm ga o'rnatiladi (masalan, 1: 100 000 xarita uchun piksel o'lchami erda 100 - 200 m). l = 1 - 2 mm

Slayd 14

GRID.2

slayd 15

GRID.3

Keyin, interpolyatsiya qoidalariga ko'ra, boshqa barcha piksellarning balandliklari aniqlanadi. Rölyef turli balandlikdagi yaqin o'rnatilgan parallelepipedlar tomonidan taqlid qilingan.

slayd 16

GRID.4

Slayd 17

GRID. Natija

Slayd 18

TIN.1

TIN modelining mohiyati uning nomida: Uchburchak tartibsiz tarmoq (tartibsiz uchburchak tarmoq). Bu uchburchaklar tarmog'i bo'lib, ularning tepalarida balandlik belgilari mavjud. U quyidagicha qurilgan. Balandliklari ma'lum bo'lgan barcha nuqtalar hech qanday joyda kesishmasligi uchun segmentlar bo'yicha juft bo'lib bog'langan; aks holda, eng qisqa segmentni qoldiring. Topografiyada hosil bo‘lgan uchburchaklar tarmog‘i Delaunay triangulyatsiya elementlari deb ataladi. Tasviriy geometriyada Delaunay triangulyatsiyasi bir qator maxsus xususiyatlarga ega bo'lgan Tissen poligonlari yoki Voronoi diagrammalari bilan chambarchas bog'liq. Natijada, simulyatsiya qilingan sirt ko'p qirrali sifatida ifodalanadi.

Slayd 19

TIN.2

X Y Z uch qirrali yuzlar

Slayd 20

TIN.4

slayd 21

slayd 22

slayd 23

DEMda interpolyatsiya

Taqdimot formatidan qat'i nazar, har qanday DEMni qurishda muhim element interpolyatsiya hisoblanadi - ya'ni. faqat rejalashtirilgan X va Y koordinatalari ma'lum bo'lgan har qanday ixtiyoriy nuqtaning er yuzasining balandliklarini topish, interpolyatsiya tugunlari deb ataladigan ma'lum bir mos yozuvlar tarmog'idan foydalangan holda, barcha uchta koordinatalar ma'lum bo'lgan X, Y va Z uchun. GRID modellarida interpolatsiya balandliklarning uzluksiz matritsasini diskret, shartli ravishda muntazam emas, mos yozuvlar nuqtalari orqali olish uchun zarur, TIN modellarida u uchburchaklar tarmog'ini qalinlashtirish uchun ishlatiladi, odatda juda siyrak. Barcha interpolyatsiya usullari global va mahalliy, shuningdek, aniq va taxminan bo'linadi.

slayd 24

Global Internetpolatsiya

Global interpolyatsiya bilan ixtiyoriy nuqtalarning balandligini aniqlash barcha interpolyatsiya tugunlari yordamida amalga oshiriladi. Bunday holda, dastlabki mos yozuvlar to'plamining o'zgarishi (qo'shish, o'chirish va h.k.) butun hosil bo'lgan DEMga ta'sir qiladi. global interpolyatsiya

Slayd 25

Mahalliy interpolyatsiya

Mahalliy interpolyatsiyada balandlikni hisoblash faqat nuqtaga bevosita yaqin joyda, DEM ning turli qismlarida hisoblash algoritmini qayta-qayta takrorlash orqali amalga oshiriladi. mahalliy interpolyatsiya

slayd 26

Taxminan interpolyatsiya

Taxminiy usullar dastlabki ma'lumotlardagi noaniqliklarni yoki hatto xatolarni hisobga olishga asoslangan, shuning uchun ular nazorat nuqtalarida aniq balandlik qiymatini takrorlamasdan, faqat sirtning umumiy tendentsiyasini aks ettiradi.

Slayd 27

Aniq interpolatsiya

Aniq interpolyatsiya usullari balandliklarni interpolyatsiyaning o'zi asoslangan mos yozuvlar nuqtalarida saqlaydi va sirt ma'lum ilovalar bilan barcha nuqtalardan o'tadi.

Slayd 28

chiziqli interpolyatsiya

Interpolyatsiya algoritmlarining aniq amalga oshirilishi orasida chiziqli interpolyatsiya ko'pincha to'g'ri chiziqlar segmentlari bo'ylab nuqtadan nuqtaga amalga oshiriladi. z x yoki y 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 rastr katakchalarining seriya raqamlari d d0 z1 z2 z0 z0 = z1 + (z2 – z1) d0 / d

Slayd 29

Teskari vazn interpolyatsiyasi

Yana bir usul - teskari og'irlik koeffitsientlari usuli - interpolyatsiya paytida yaqin yotgan nuqtalarning ko'proq va kamroq darajada - masofada joylashgan ta'sirini hisobga olish imkonini beradi. z x yoki y 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 rastr katakchalarining seriya raqamlari d2 z1 z2 z0 z0 = (d1 z1 + d2 z2) / (d1 + d2) d1

slayd 30

Eng yaqin qo'shni interpolatsiyasi

Keyingi usulda eng yaqin qo'shni usulida nuqta balandligi eng yaqin mos yozuvlar nuqtasi balandligiga teng deb qabul qilinadi. z x yoki y 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 rastr katakchalarining seriya raqamlari d2 z1, z0 z2 z0 = z1 |agar d1 boʻlsa

Slayd 31

spline interpolyatsiyasi

Keyingi interpolyatsiya usuli spline usuli (ingliz tilida spline elastik o'lchagich) yoki bo'lakli polinom tekislash deb ataladi.

slayd 32

segmentlarning uchlari splinening egri segmentlari f3´(z, x[y]) f1(z, x[y]) f2(z, x[y]) f3(z, x[y]) f4(z, x[y] ) f5(z, x[y]) f1´´(z, x[y]) z x yoki y z x yoki y 1 2 3 4 5 6 7 8 9 [y]) x[y]1 z3 z4 x[y]2 x[y]3 x[y]4 f(z, x[y])

Slayd 33

Taxminan interpolyatsiya

Barcha ko'rib chiqilgan interpolyatsiya usullari aniq. Biroq, yaqinlashish usullari eng katta mashhurlikka erishdi: polinom interpolyatsiyasi kriging.

slayd 34

Taxminiy usullarda er yuzasining relyefi z = F(x, y) ko'rinishdagi juda murakkab funksiya sifatida tushuniladi, ya'ni. nuqtaning balandligi uning fazoviy holatiga bog'liq. Bu funktsiya noma'lum va noaniq, chunki u relyefga ta'sir qiluvchi juda ko'p sabablar va omillarni hisobga oladi. Lekin uni xossalari ma'lum bo'lgan soddaroq funksiya bilan almashtirish mumkin va relyefni z = f(x, y) + e ko'rinishida ifodalash mumkin, bu erda e - qandaydir ajralmaydigan qoldiq, kattaligi juda kichik: = e→ 0.

Slayd 35

Polinom interpolyatsiyasi

Polinom interpolyatsiyasida z0 oraliq nuqtalarining balandliklarini topish ma'lum m darajali ko'phadlarni yechish yo'li bilan amalga oshiriladi: bu erda aij - ko'phad koeffitsientlari, x va y - tarmoq koordinatalari. Ko'phadning koeffitsientlari e ni minimallashtirish sharti asosida aniqlanadi, buning uchun hisoblashda qatnashadigan mos yozuvlar nuqtalari soni (m + 1) (m + 2) / 2 dan kam bo'lmasligi kerak. polinom m - 1 ga teng bo'lgan yaqinlashuvchi sirtning o'zgaruvchan maksimal yoki minimal sonini ko'rsatadi.

Slayd 39

Kriging.1

Kriging usulida balandlikning o'zgaruvchanligi uchta komponentga bo'linadi: trend e avtokorrelyatsiya e'tasodifiy'' Bir o'lchovli funksiya misolida x nuqtadagi z balandlik qiymatlari quyidagicha ifodalanishi mumkin: z(x)= e(x) + e´(x) + e ´´(x).

Slayd 40

Kriging.2

Trend komponenti balandlik o'zgarishlar yo'nalishini aks ettiradi.Avtokorrelyatsiya komponenti qo'shni nuqtalarga qarab tushuntirish qiyin o'zgaruvchanlikni tavsiflaydi.Tasodifiy - doimiy qiymatga teng bo'lgan ba'zi statistik shovqin. Oddiy kriging va universal kriging mavjud. Oddiy krigingda e(x) tendentsiyasi doimiy deb hisoblanadi va o'rtacha arifmetik balandlik sifatida qabul qilinadi. Universal krigingda tendentsiya odatda birinchi yoki ikkinchi darajali polinomlar bilan modellashtiriladi.

Slayd 41

Kriging.4

z x z x e(x) e´(x) e´´(x) z(x) = e(x) + e´(x) + e´´(x)

Barcha slaydlarni ko'rish

2.2. Algoritmik bo'lmagan usullar

raqamli simulyatsiya.

Umumiy maqsadli EHMda dastur-algoritmik usul yordamida bir qator murakkab masalalarni yechish tezligi yetarli emas va kompyuter yordamida loyihalash muhandislik tizimlari (SAPR) ehtiyojlarini qondirmaydi. Murakkab avtomatlashtirish tizimlarining dinamikasini (o‘tkinchi jarayonlarini) o‘rganishda muhandislik amaliyotida keng qo‘llaniladigan ana shunday masalalar sinflaridan biri oddiy hosilalardagi yuqori tartibli chiziqli bo‘lmagan differensial tenglamalar sistemalaridir. Ushbu muammolarni hal qilishni tezlashtirish uchun asosiy (etakchi) umumiy maqsadli kompyuterdan tashqari, SAPR dasturiy va apparat tizimlariga chiziqli bo'lmagan differentsial tenglamalarni echish uchun muammoga yo'naltirilgan GVMlarni kiritish mumkin. Ular noalgoritmik usulda raqamli matematik modellashtirish asosida tashkil etilgan. Ikkinchisi hisoblash jarayonining o'ziga xos parallelligi va matematik miqdorlarni ifodalashning diskret (raqamli) usuli tufayli SAPR ish faoliyatini oshirishga imkon beradi - raqamli kompyuterdan ko'ra yomonroq bo'lmagan ishlov berish aniqligiga erishish. Ushbu GVMlar ikkita raqamli simulyatsiya usulidan foydalanadi:

1. Chekli farqlarni modellashtirish;

2. Bo'shatish simulyatsiyasi.

Raqamli differentsial analizatorlar (DDA) va raqamli integratorlar (DIMs) kabi GVMlarda qo'llaniladigan birinchi usul cheklangan farqlarda taxminiy (bosqichma-bosqich) hisoblashning taniqli usuli hisoblanadi. Raqamli sxemalar asosida qurilgan asosiy kompyuterning raqamli operatsion bloklari operatsion bloklar orasidagi aloqa liniyalari orqali uzatiladigan matematik miqdorlarning etarlicha kichik diskret o'sishini qayta ishlaydi. Kirish va chiqish matematik qiymatlari teskari hisoblagichlarda yoki yig'uvchi qo'shimchalar registrlarida raqamli n-bitli kodlardagi o'sishlar bo'yicha ifodalanadi, saqlanadi va to'planadi.

Barcha qiymatlarning o'sishi odatda eng kam ahamiyatli raqamning bir birligi bilan kodlanadi: D: = 1 ml. R. Bu doimiy kvantlash bosqichi D=1 bo'lgan barcha qayta ishlangan miqdorlarning darajali kvantlanishiga mos keladi. Shunday qilib, barcha mashina qiymatlarining aylanish tezligi cheklangan: |dS/dx|£1.

Bir bitli o'sish belgilari operatsion bloklar orasidagi ikki simli aloqa liniyalarida belgilar kodlash usuli bilan kodlanadi:

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

bu yerda DSi=yiDx integralning i-integrallash bosqichidagi o‘sish ko‘rsatkichi, y(x) – yi integralining i-ordinatasi esa uning o‘sishlarini yig‘ish yo‘li bilan hisoblanadi:

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

kn = 2-n doimiy normallashtiruvchi koeffitsientni kiritish bilan integratorlarning chiqishlaridagi o'sishlar ketma-ket shakllanadi va keyingi integratorlarda ham ketma-ket qayta ishlanadi. Istisno - bu bir nechta integrallar yig'indisining integratsiyasi

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

Keyin, bir necha m kiritish satrlarida l-chi o'sishlar sinxron ravishda ba'zi j-bosqichda kelishi mumkin. Ketma-ket qo'shish uchun ular kechikish chiziqlari yordamida bir qadam oralig'ida joylashtiriladi va kirish to'plovchi qo'shimchasining takt chastotasini m marta oshiradi. Shuning uchun yig'iladigan integrallar soni odatda ikkita bilan chegaralanadi: m=2.

Raqamli integrator-qo'shimchaning tizimli tashkil etilishi juda oddiy. U quyidagi funktsional birliklarning ketma-ket ulanishi shaklida qurilgan:

Kirishlarning birida kechikish chizig'i ts=0,5t bo'lgan 2OR sxemasi

n-bitli ordinatalarini kirish bosqichlari bilan to'plashni amalga oshiradigan kichik integral funktsiyalarning o'sish to'plamini kirituvchi to'plovchi:

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

Dx:=(10) bilan yk kodi o'zgarishsiz uzatiladi va Dx:=(01) bilan chiqishda yk kirish kodiga teskari kod hosil qiladi.

integral chiqish o'sish generatori: DSi:= toshib ketish belgisini bipolyar o'sish kodiga aylantiruvchi Si to'lib ketish birligi (agar manfiy to'plangan Si raqamlari o'zgartirilgan kodda ifodalangan bo'lsa, u eng sodda tarzda amalga oshiriladi: to'g'ridan-to'g'ri, teskari yoki qo'shimcha). Raqamli integratorning mos keladigan blok diagrammasi rasmda ko'rsatilgan. Darslikning 9.14 (260-bet). Raqamli modellar sxemalarida raqamli qo'shuvchi-integratorning quyidagi belgisi qo'llaniladi:

"Zn." agar kerak bo'lsa, inversiya (-) belgisini ko'rsatadi. Cheklangan farqli raqamli modellashtirishning ushbu usulining muhim afzalligi shundaki, oddiy differensial tenglamalarni echish uchun zarur bo'lgan chiziqli va chiziqli bo'lmagan operatsiyalarni bajarish uchun bir xil raqamli integrator o'z sxemalarini o'zgartirmasdan ishlatiladi. Bu CDA va CIM ni dasturlashda hosilalardagi dastlabki tenglamalar differentsiallardagi tenglamalarga aylantirilishi bilan izohlanadi. Eng oddiy raqamli model dasturlarini ko'rib chiqing:

1. x o‘zgaruvchisini k doimiysiga ko‘paytirish:

dS=kdx differensiallariga murojaat qilsak, biz ushbu operatsiyani mos keladigan boshlang'ich sozlamalari bilan bitta integrator tomonidan bajarilishiga ishonch hosil qilamiz:

3. Ko'paytirish S=xy, yoki dS=xdy+ydx differensiallarda.

4.2. trigonometrik funksiyalar, masalan, y=sinx, bu ikkinchi tartibli differensial tenglamaning yechimi (dan beri) yoki differentsiallarda

Nomlangan muammoga yo'naltirilgan kompyuterni yaratish katta qo'shimcha xarajatlarni talab qilishini hisobga olsak, SAPR apparatlarini yaratishda ularni tashkil qilishning oddiy usuli ko'pincha tijorat maqsadlarida ishlab chiqarilgan umumiy maqsadli raqamli kompyuterlar va elektron analog kompyuterlarni (ACM) hisoblash kompleksiga birlashtirish orqali qo'llaniladi. operativ kuchaytirgichlar asosida qurilgan. Raqamli kompyuter va AVM asosan ADC va DAC dan tashkil topgan odatiy konversiya va interfeys qurilmasi (UPS) yordamida birlashtiriladi. Yechilishi kerak bo'lgan murakkab vazifa kompleksni dasturlashda analog va raqamli protsessorlar o'rtasida 2 qismga oqilona taqsimlanadi. Bundan tashqari, analog qism ko'pincha differensial tenglamalarni echish uchun muammoga yo'naltirilgan va tez pastki dastur sifatida umumiy hisoblash jarayonida qo'llaniladi.

2.3 Gibrid hisoblash tizimlari (HCC) arxitekturasi.

2.3.1. analog-raqamli kompyuter kompleksining tuzilishi (ADCC)

GVK yoki ATsVK - umumiy maqsadli raqamli kompyuter va AVM dan iborat bo'lgan, UPS yordamida birlashtirilgan va analog qismni dasturlashni avtomatlashtirish, analoglar o'rtasida ma'lumot almashishni boshqarish uchun raqamli qismda qo'shimcha dasturiy ta'minotni o'z ichiga olgan kompyuter majmuasi. va raqamli qismlar, analog qismni kuzatish va sinovdan o'tkazish, kiritish-chiqarish jarayonlarini avtomatlashtirish.

Keling, bitta kanalli kommutatsiyalangan ADC va DAClarda qurilgan eng oddiy UPS bilan ATsVK blok diagrammasini ko'rib chiqaylik. Raqamli kompyuter nazorati ostida AVMni dasturlashni avtomatlashtirish uchun zarur shart-sharoitlarni yaratish uchun AVM texnik vositalari tarkibiga quyidagi qo'shimcha bloklar kiritilgan:

1. TAU laboratoriya ishlaridan sizga ma'lum bo'lgan operatsion bloklar to'plamidagi (NOB) operatsion kuchaytirgichlarning kirishlarida qo'lda sozlanishi mumkin bo'lgan o'zgaruvchan qarshiliklar (potentsiometrlar) raqamli boshqariladigan qarshiliklar (NCS) bilan almashtiriladi, ular integratsiyalashgan DAC sifatida ishlatiladi. sxemalar;

3. Kompyuterda tuzilgan analog model sxemasiga muvofiq operatsion bloklarni avtomatik ulash (2.1-bo'lim) EHMda tuzilgan SAC kalitlarining ikkilik kommutatsiya vektoriga muvofiq avtomatik kommutatsiya sxemasi (SAC) tomonidan amalga oshiriladi va UPSda sozlash ma'lumotlari (RN) registrida muammoni hal qilishda saqlanadi.

AVM ish rejimlari: tayyorlash, ishga tushirish, to'xtatish, dastlabki holatga qaytish, natijalarni analog periferik qurilmalarga chiqarish (magnitafonlar, ikki koordinatali tekis yozish qurilmalari - DRP) UPS boshqaruvi orqali raqamli kompyuter tomonidan o'rnatiladi. birlik (BU UPS).

UPS ning boshqaruv bloki raqamli kompyuter va AVM ishini o'zaro sinxronlashni ham amalga oshiradi: u tashqi uzilish signallarini analog modeldan raqamli kompyuterning raqamli dasturlariga uzatadi, raqamli qismning dasturlari nazorati ostida sinxronlashtiriladi. analog modeldagi nuqtalarni so'rov qilish, bu nuqtalardagi kuchlanishlarni raqamli kodlarga aylantirish va ikkinchisini BSC va kanalning kirish-chiqish orqali kompyuterning asosiy xotirasiga uzatish; yoki shunga o'xshash, raqamli kodlarni elektr kuchlanishiga teskari aylantirish va ikkinchisini analog modelning operatsion bloklari kirishlarida kerakli nuqtalarga etkazib berish. Raqamli va analog qismlarning o'zaro ta'sirini funktsional tashkil etishning bunday printsipi UPS apparat birliklari tomonidan qo'llab-quvvatlanadi: ADC va DAC, AM va ADM - analog multipleksor va demultiplekser, ML - kirish va chiqish analog xotira bloklari to'plamiga qurilgan. shunga o'xshash saqlash namunalarini olish sxemalari (SVH). Kirish TSW (chapda) ning kirishlari analog model sxemasining kerakli nuqtalariga (tegishli operatsion bloklarning chiqishlari) ulanadi. Vaqtning kerakli diskret momentlarida raqamli kompyuter nazorati ostida analog signallarning individual namunaviy ordinatalari (elektr kuchlanishlari) analog modeldan olinadi va SVRda saqlanadi. Keyin SVH chiqishlari AM multipleksor tomonidan so'roq qilinadi va ularning chiqish kuchlanishlari ADCda raqamli kodlarga aylantiriladi, ular to'g'ridan-to'g'ri kirish rejimida raqamli kompyuterning OP ga raqamlar bloki (chiziqli massiv) sifatida yoziladi.

Teskari konvertatsiya qilishda ML chiqishi analog xotirasining ikkinchi guruhining SVH chiqishlari (o'ngda) raqamli kompyuter nazorati ostida analog modelning operatsion bloklarining kerakli kirishlariga va SVH kirishlariga ulanadi. analog demultipleksatorning chiqishlariga ulanadi, uning kirish qismi DACning chiqish kuchlanishi bilan ta'minlanadi. To'g'ridan-to'g'ri kirish rejimida OP TsVM dan raqamlar bloki o'qiladi. Raqamlarning har biri DACda elektr kuchlanishiga aylantiriladi, u ishlaydigan ADM yordamida raqamli kompyuterning nazorati ostida SVRlardan birida saqlanadi. Olingan bir nechta kuchlanishlar to'plami kompyuter dasturi tomonidan belgilangan vaqt oralig'ida (masalan, analog qismdagi masalani hal qilishda) bir nechta SVHda saqlanadi va analog operatsion bloklari tomonidan qayta ishlanadi.

2.3.2. Analogni tashkil qilish usullari -

raqamli hisoblash.

Raqamli kompyuter va AVM ning o'zgaruvchan ish rejimlari printsipi, bu UPS ning murakkabligini kamaytiradi.

ATsVK boshqaruv kompyuterlarini o'z ichiga olgan murakkab avtomatlashtirish tizimlarini analog-raqamli modellashtirish uchun, shuningdek, xotira resurslarini va kompyuterning kompyuter vaqtini ortiqcha sarflashni talab qiladigan murakkab matematik muammolarni hal qilishni tezlashtirish uchun ishlatiladi. Birinchi holda, boshqaruv algoritmlari raqamli kompyuterda dasturiy simulyatsiya qilinadi va boshqaruv ob'ektining analog matematik modeli kompyuterda dasturlashtiriladi va ATsVK nochiziqlilikni hisobga olgan holda boshqaruv algoritmlarini tuzatish va tekshirish uchun kompleks sifatida ishlatiladi. va algoritmlarni ishlab chiqishda hisobga olish juda qiyin bo'lgan boshqaruv ob'ektining dinamikasi, agar bir vaqtning o'zida ob'ektning har bir yangi boshqaruv harakatiga javobini aniqlash uchun doimiy ravishda differensial tenglamalarni yechmasa.

Ikkinchi holda, masalan, differensial tenglamalarni echishda, taxminiy hisob-kitoblarning umumiy noqulay muammosi ikki qismga bo'linadi, odatda analog qismga 0,1 ... 1% xatolikka yo'l qo'yiladigan hisoblash intensiv hisob-kitoblarni qo'yadi.

Vazifani ikki qismga bo'lish printsipi va AVM va raqamli kompyuter o'rtasidagi o'zaro aloqani tashkil qilish usuliga ko'ra, zamonaviy ATsVK analog-raqamli hisob-kitoblarning 4 sinfiga bo'lingan.

1,2,3-sinflar ATsVK ning ko'rib chiqilgan tizimli tashkil etilishi asosida bir kanalli ADC va DAC-larda qurilgan soddalashtirilgan UPS bilan amalga oshirilishi mumkin.

1-sinf AVM va raqamli kompyuter o'rtasidagi o'zaro aloqani tashkil qilish nuqtai nazaridan eng oddiy hisoblanadi. Raqamli va analog qismlar turli vaqtlarda ishlaydi va shuning uchun AVM va raqamli kompyuterning ishlashi va raqamli kompyuter va UPS tezligini sinxronlashtirish uchun yuqori talablar yo'q.

2-sinf har bir hisob-kitob va o'zaro ta'sir tsiklida AVM, TsVM va UPS ish rejimlarini almashtirishni maxsus tashkil qilishni talab qiladi.

AC va DC bir vaqtning o'zida ishlamagani uchun ularni sinxronlashtirishda muammolar yo'q va UPS va raqamli kompyuterning tezligi uchun yuqori talablar yo'q. Yechish kerak bo'lgan masalalar sinflari: analog model parametrlarini optimallashtirish, parametrik identifikatsiya, Monte-Karlo usuli bo'yicha tasodifiy jarayonlarni simulyatsiya qilish, real vaqtda bo'lmagan avtomatik boshqaruv tizimlarini analogdan raqamli simulyatsiya qilish, integral tenglamalar.

3-sinf AVM, TsVM va UPS ish rejimlarini almashtirishni boshqacha tashkil qilishni talab qiladi.

A bosqichida bir vaqtning o'zida bir murakkab vazifaning 2 ta qisman topshirig'i, vaqt bo'yicha mos, AC va CCda bir vaqtning o'zida bajariladi. B fazadagi raqamli soatda funktsiyalar argumentlarining diskret qiymatlari ko'pincha AC dan olinadi va saqlanadi, so'ngra A fazasida murakkab funktsiyalarning ordinatalari ulardan hisoblab chiqiladi, ular AC uchun tayyorlanadi. keyingi bosqichda B AC ga o'tkaziladi, u erda ular analog xotirada (SVR) saqlanadi va keyin keyingi A bosqichida analog hisoblarda va hokazolarda qo'llaniladi. Yechilishi kerak bo'lgan masalalar sinflari: iterativ hisoblar, berilganlar bilan oddiy difurlarni yechish. chegaraviy shartlar, argumentlarning sof kechikishi bilan dinamik masalalar, integral tenglamalar, qisman differentsial tenglamalar. 3-sinfda raqamli kompyuter va UPS tezligiga yuqori talablar qo'yilmaydi, lekin AVM va raqamli kompyuterning B bosqichida ishlashini aniq sinxronlashtirish talab qilinadi, chunki ma'lumotlar uzatishni asinxron nazorat qilish to'xtatilganligi sababli mumkin emas. raqamli protsessor va ma'lumotlar bloklarini sinxron ravishda uzatish raqamli kompyuterning kirish-chiqish kanali orqali xotiraga to'g'ridan-to'g'ri kirish boshqaruvchisi (KDPP) nazorati ostida amalga oshiriladi.

4-sinf ko'pincha dinamikada boshqaruv kompyuter dasturlarini sinash va disk raskadrovka qilish uchun real vaqtda raqamli avtomatik boshqaruv tizimlarini analogdan raqamli simulyatsiya qilishdir. Bu AVM va raqamli kompyuterning o'zaro ta'sirini va ishini sinxronlashtirishni tashkil qilish nuqtai nazaridan eng murakkab hisoblanadi, chunki bu erda A va B bosqichlari birlashtirilgan, hisob-kitoblar jarayonida doimiy o'zaro ma'lumotlar almashinuvi mavjud va shuning uchun a maksimal tezlikda kompyuter va UPS talab qilinadi.

Yuqorida keltirilgan va 1,2,3-sinflar uchun mos bo'lgan UPSning tizimli tashkil etilishi 4-sinfda qo'llanilmaydi. Oxirgi sinfda ADC va DACni multiplekslashsiz ko'p kanalli tashkil etish, to'g'ridan-to'g'ri kirish rejimida kompyuterning OP bilan almashinadigan parallel bufer registrlari faylini BSC ning kirish va chiqishiga qo'shimcha kiritish bilan talab qilinadi. Har bir registrning mazmuni ma'lumotlarni kompyuterga uzatishda alohida parallel ulangan DAClar tomonidan o'zgartiriladi yoki ma'lumotlarni kompyuterdan kompyuterga o'tkazishda alohida parallel ulangan ADClar tomonidan shakllantiriladi.

2.3.3 ATsVK dasturiy ta'minotining xususiyatlari.

Raqamli kompyuter yordamida AVM dasturlashni avtomatlashtirish va analogdan raqamli hisoblash jarayonini to'liq avtomatlashtirish uchun an'anaviy umumiy maqsadli kompyuter dasturlari (darslikdagi 13.2-rasm 398-betga qarang) quyidagi dasturiy modullar bilan to'ldiriladi:

1. Qayta ishlash dasturlari Fortran-IV kabi maxsus analog-raqamli modellashtirish tillaridan qo'shimcha tarjimonlarni o'z ichiga oladi, ular maxsus analog-raqamli buyruqlarni o'z ichiga olgan kengaytirilgan assemblerda pastki dasturlar bilan to'ldiriladi, masalan, analog qismni boshqarish uchun. raqamli kompyuter dasturi, raqamli markaz va AF o'rtasida ma'lumotlar uzatishni tashkil etish, analog qism tomonidan ishga tushirilgan CC dasturlarini qayta ishlashni to'xtatish; analogdan raqamli kompilyatsiya tizimi yaratilmoqda;

2. Ishchi, disk raskadrovka va texnik xizmat ko'rsatish dasturlari tarkibiga periferik protsessor sifatida analog qismni boshqarish, grafik ko'rsatish dasturi, natijalarni ro'yxatga olish va tahlil qilish uchun mashinadan mashinaga almashish uchun drayverni kiriting;

3. Amaliy dasturlar kutubxonasiga funksiyalarni hisoblash dasturlari va standart matematik analog-raqamli dasturlar kiritilgan;

4. Diagnostik texnik xizmat ko'rsatish dasturlari tarkibiga UPS sinovlari, AVMning operatsion bloklari sinovlari kiradi;

5. OT boshqaruv dasturlariga qo'shimcha boshqaruv modullarining butun majmuasi kiritilgan:

· Analog dasturlashni avtomatlashtirish tizimi (SAAP), dan iborat leksik analizator; tahlil qiluvchi(algoritmik tilga kiritilgan analog dasturning yozuv sintaksisi qoidalariga muvofiqligini tekshirish); blok diagramma generatorlari(tartibni kamaytirish va yashirin funktsiyalar usuli bilan analog modellarning sxemalarini tuzish va kodlash, shuningdek, 2.1-bandda); hisoblash dasturlari bloki(2.1-bandda ko'rsatilganidek, analog modelni masshtablash, o'zgaruvchilarning kutilgan maksimal qiymatlarini hisoblash va analog modelning masshtabini aniqlashtirish uchun yagona hisob-kitob bilan raqamli kompyuterda analog qismni raqamli dasturiy ta'minot simulyatsiyasi, shuningdek, faylni yaratish analog qismni dasturlashdan keyin statik va dinamik nazorat qilish); chiqish taqdimot dasturlari(analog modelning sintezlangan strukturasini displeyda va plotterda chiqarish, analog dastur kodlarini boshqaruvchi chop etish, masshtab omillari, statik va dinamik boshqaruv fayli);

· AVM va TsVMni sinxronlashtirish va o'zaro ta'sir qilish xizmati (ish rejimlarini almashtirishni amalga oshirish);

· Analog qism tomonidan ishga tushirilgan uzilishlarni qayta ishlash xizmati;

· AVM va raqamli kompyuter o'rtasida ma'lumotlar almashinuvini boshqarish dasturi;

· SACga analog model sxema kodlarini yuklashni boshqarish dasturi (tashuvchida);

· Statik va dinamik boshqaruv rejimini boshqarish dasturi (AVMga yuklangan analog dasturni disk raskadrovka qilish).

Etakchi kompyuterning magnit diskida analog-raqamli dasturlashni avtomatlashtirish natijasida an'anaviy raqamli fayllardan tashqari, ATsVK dasturiy ta'minotining yuqoridagi qo'shimcha modullari tomonidan ishlatiladigan quyidagi qo'shimcha ma'lumotlar fayllari yaratiladi: analog blok fayli, kommutatsiya. fayl (SAC uchun), statik boshqaruv fayli, dinamik boshqaruv fayli, analog funktsional konvertorlar uchun tayyorgarlik fayli, ulangan standart analog-raqamli dasturlar kutubxonasi.

2.3.4. Analog-raqamli modellashtirish tillari.

ATsVK ning ko'rib chiqilayotgan arxitekturasi analogdan raqamli dasturlarni faqat etakchi raqamli kompyuterda yuqori darajadagi algoritmik tillarda tavsiflash va kiritish imkonini beradi. Buning uchun an'anaviy raqamli dasturlash tillari analog modellashtirish ob'ektini tavsiflash, AC va CC o'rtasida ma'lumotlar uzatishni tashkil qilish, raqamli kompyuter dasturiga muvofiq analog qismni boshqarish, analog qismdan uzilishlarni qayta ishlash, sozlash uchun maxsus operatorlar bilan to'ldiriladi. analog modelning parametrlari, analog qismni boshqarish, xizmat ko'rsatish ma'lumotlarini sozlash va h.k.. P.

Umumjahon tillar qo'llaniladi, kompilyatsiya (Fortran IV) yoki izohlash (Basic, Gibas, Focal, HOI) orqali tarjima qilinadi, assemblerda maxsus quyi dasturlar bilan to'ldiriladi, odatda Call ... operatori tomonidan chaqiriladi, kerakli pastki dasturning identifikatorini ko'rsatadi. .

SAAP tezligini oshirish uchun u odatda tasvirlangan va kirish sifatida ixtisoslashtirilgan analog-raqamli modellashtirish tillaridan foydalanadi: CSSL, HLS, SL - 1, APSE va ichki talqin qilish uchun Poliz tili (teskari polyak yozuvi). ).

Umumiy kompilyatsiya qilingan tillarga quyidagi analogdan raqamli makrolarni kiritish mumkin:

1. SPOT AA x- AA manzilli analog qismdagi potensiometrni (NCS) x manzilidagi raqamli EHMning OP da saqlangan raqamli kod qiymatiga mos keladigan holatga (qarshilik qiymati) o'rnatish;

2. MLWJ AA x- operatsion blokning chiqishidagi analog qiymatni AA manzilli AFga o'qing, uni analogdan raqamliga o'tkazing va natijada olingan raqamli kodni x manzilidagi kompyuterning OP ga yozing. Analog qism va raqamli qismning o'zaro ta'sirini protsedura chaqiruvi sifatida tasvirlash mumkin:

JSDA AA x ga qo'ng'iroq qiling, bu erda JSDA mos assembler plagin dasturining identifikatoridir, masalan, sozlash protsedurasi x qiymatini DAC chiqishidan analog qismdagi AA manziliga o'rnatishdan iborat.

Shu sababli, echilayotgan masalaning parallellik turi parallel kompyuterni tashkil qilish usuliga qanday ta'sir qilishini tushunish juda muhimdir.

3.1.1 Tabiiy parallellik

mustaqil vazifalar.

VSda bir-biriga bog'liq bo'lmagan vazifalar ipi mavjud bo'lsa, kuzatiladi. Bunday holda, unumdorlikning o'sishiga "qo'pol donli" VS ni kiritish orqali nisbatan oson erishiladi. ansambl multimodulli OP interfeyslariga ulangan mustaqil ishlaydigan protsessorlar va kirish/chiqish protsessorlarini ishga tushirish (IOP).

Barcha protsessorlar va barcha provayderlarning xotirasiga parallel kirish imkoniyatini ta'minlash va samolyotning nosozliklarga chidamliligini oshirish uchun OP modullari soni m>n+p. Ortiqcha (m-n-p) OP modullari ishlaydigan modul ishlamay qolganda tezda tiklanishi va ularda protsessor yoki OP moduli ishlamay qolganda qayta ishga tushirish uchun zarur bo'lgan dastur nazorat nuqtalarida protsessorlar va jarayonlarning SSP-ni saqlash uchun zarur.

Har bir hal qilinadigan vazifalar uchun juftlikni vaqtincha birlashtirish imkoniyati yaratiladi: Pi + OPj avtonom ishlaydigan kompyuter sifatida. Ilgari bir xil OP moduli juftlikda ishlagan: PVVk + OPj va dastur va ma'lumotlar OPj da kirish buferiga kiritilgan. Qayta ishlash tugagandan so'ng, chiqish buferi tashkil qilinadi va OPjda to'ldiriladi, so'ngra OPj moduli periferik qurilma bilan almashish uchun OPj+PVVr juftligiga kiritiladi.

"Dispetcher" tizim dasturi tomonidan hal qilinadigan hisoblash jarayonlarini tashkil etishning asosiy vazifasi parallel protsessorlar o'rtasida vazifalarni maksimal yuklanish mezoniga ko'ra optimal taqsimlash yoki ularning bo'sh vaqtini minimallashtirishdir. Shu ma'noda, optimal asinxron boshqa band bo'lgan protsessorlarda vazifalarni qayta ishlash tugashini kutmasdan, vazifalarni protsessorlarga yuklash printsipi.

Agar ma'lum vaqt oralig'ida to'plangan kirish vazifalari partiyasi VZUda saqlangan bo'lsa, optimal asinxron rejalashtirish muammosi turli protsessorlarda vazifalarni boshlash uchun optimal vaqtni rejalashtirishga qisqartiriladi. Buning uchun zarur bo'lgan asosiy dastlabki ma'lumotlar - bu ma'lum kutilgan hisoblash vaqtlari to'plami, to'plangan partiyaning barcha vazifalarini protsessor tomonidan qayta ishlash, ular odatda o'z vazifalarini nazorat qilish kartalarida ko'rsatilgan.

Asinxron hisoblash jarayonlari yig'indisidagi vazifalarning mustaqil xususiyatiga qaramay, umumiy CS resurslari uchun ular o'rtasida ziddiyat yuzaga kelishi mumkin:

1) Umumiy ko'p tizimli OT xizmatlari, masalan, kiritish-chiqarish uzilishlari yoki nosozliklar va qayta ishga tushirishlar paytida ishonchlilikning umumiy OTga qo'ng'iroqlari;

(O–) – ®O-D – D belgisi o‘zgarishi.

I-qatlamdagi operatsiya va II va III qatlamlardagi ikkita operatsiya, agar ALUda tegishli ortiqcha operatsion bloklarga ega bo'lsa, parallel ravishda bajarilishi mumkin.

Differensial tenglamalarni echish va matritsalarni qayta ishlashda amallarning yuqoridagi parallelligi oddiy sinfga tegishli, chunki u yerda bir xil amal turli ma'lumotlar bo'yicha ko'p marta takrorlanadi. Kvadrat tenglamaning so'nggi misolida turli xil operatsiyalar bir vaqtning o'zida turli xil ma'lumotlarda bajarilishi mumkin bo'lgan tartibsiz parallelizm mavjud.

Yuqorida ko'rsatilganidek, ishlashni yaxshilash uchun muntazam ishlash parallelizmidan foydalanish, matritsali tashkilot Umumiy boshqaruvga ega samolyot.

Operatsiyalarning tartibsiz parallelligining umumiy holatida samaradorlikni oshirishning eng maqbul usuli hisoblanadi oqim tashkil etish kompyuter va quyosh. Oqimli kompyuter tizimlarida, algoritm tomonidan aniqlangan buyruqlar tartibiga muvofiq hisoblash jarayonini an'anaviy fon Neyman dasturi orqali boshqarish o'rniga, operandning tayyorligi darajasiga yoki ma'lumotlar oqimiga qarab dasturni boshqarishning teskari printsipi qo'llaniladi. operand oqimi), bu algoritm bilan emas, balki operand grafigi (ma'lumotlarni uzatish grafigi) bilan belgilanadi. ).

Agar parallel protsessorda ishlov berish moslamalarining etarli darajada ortiqcha bo'lsa yoki CSda ortiqcha mikroprotsessorlar ansambli bo'lsa, u holda tabiiy va avtomatik ravishda (maxsus rejalashtirish va rejalashtirishsiz) operandlari tayyorlangan parallel operatsiyalar bir vaqtning o'zida amalga oshiriladi. oldingi hisob-kitoblar bo'yicha.

Hisoblash jarayoni operandlari dastlabki ma'lumotlar bo'lgan operatsiyalardan boshlanadi, masalan, kvadrat tenglamaning GPA ning birinchi qatlamida uchta operatsiya bir vaqtning o'zida bajariladi va keyin operandlar tayyor bo'lganda rivojlanadi. Shundan so'ng, ko'paytirish buyrug'i chaqiriladi, keyin ayirish va mantiqiy shartni tekshirish, so'ngra makrooperator (Ö) va shundan keyingina - bir vaqtning o'zida ikkita buyruq: qo'shish va ayirish, ulardan keyin esa - ikkita bir xil bo'lish buyrug'i.

Samolyot oqimini tashkil etishni texnik jihatdan amalga oshirish uchta usulda mumkin:

1) Ixtisoslashgan sinfga kiruvchi va keyingi semestrda ko'rib chiqiladigan maxsus oqim mikroprotsessorlarini yaratish;

2) tipik fon Neyman mikroprotsessorlarida qurilgan multimikroprotsessorli CS ansamblida hisoblash jarayonini maxsus tashkil etish va past darajadagi mashina tilini modifikatsiyalash;

3) Bir xil turdagi operatsion bloklardan ortiq bo'lgan protsessorlarni yaratish va hisoblash jarayonini tashkil qilishning oqimli usulida operatsion tizimlarni qo'shish (mahalliy protsessor EC2703 va Elbrus-2 superkompyuterida amalga oshirilgan).