Материалы всероссийской научно-технической конференции Автоматизир

команды реализует управление ресурсами бизнес-процесса, который имитирует деловая игра. Можно выделить шесть типов ресурсов: фи­ нансы, информация, труд, услуга, товар, оборудование. Операционная модель включает в себя набор ресурсов бизнес-процессов (МР), модель сцены (МС), которая реализует игровую ситуацию, и модель экрана (МЭ), которая отвечает за вывод ресурсов на экран (рис. 5).

Рис. 5. Представление операционной модели

Заключение. Таким образом, была рассмотрена подсистема проведения студии компетентностных деловых игр, главная цель ко­ торых - получение компетенции. Универсальность данной подсисте­ мы состоит в том, что, меняя сценарии, при заданных ресурсах мож­ но получить новые бизнес-процессы деловых игр. В свою очередь, деловая игра может быть внедрена в процесс обучения студентов, а также в системы профессиональной переподготовки сотрудников различных организаций.

Библиографический список

1. Vikentyeva O.L., Deryabin A.I., Shestakova L.V. The Construc­ tion of competency-based business game operational model // Information Technologies & Knowledge: International Journal. - 2013. - Vol. 7. -

№4. - P. 303-313.

2.Викентьева О.Л., Дерябин А.И., Шестакова Л.В. Концепция студии компетентностных деловых игр // Современные проблемы науки и образования. - 2013. - № 2. - URL: http://www.science-

education.ru/108-8746 (дата обращения: 28.03.2015).

3. Викентьева О.Л., Дерябин А.И., Шестакова Л.В. Разработка модели проведения деловой игры в студии компетентностных дело­ вых игр // Информатизация и связь. - 2013. - № 5. - С. 19-22.

ПРОГРАММА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО СИНТЕЗА

КОМБИНАЦИОННОЙ СХЕМЫ ПО ЗАДАННОЙ

СХЕМЕ АЛГОРИТМА

Студент гр. ПМИ-1 Д.Р. Валеев

Пермский государственный национальный

исследовательский университет

Научный руководитель - заслуженный изобретатель РФ, д-р техн. наук, профессор С.Ф. Тюрин

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

В последние годы активизировались исследования в области но­ вых нетрадиционных подходов к отказоустойчивости цифровой ап­ паратуры как важнейшей составляющей надежности.

Поставлена задача создания компьютеров высокой надежности, в которых рабочие, контрольные и восстановительные процессы яв­ ляют единое целое, которые могут функционировать без техническо­ го обслуживания и ремонта в течение всего срока эксплуатации. Это, например, необходимо для аппаратуры управления военными ком­ плексами, опасными технологическими процессами, космическими объектами.

В связи с участившимися техногенными катастрофами, террори­ стическими актами появился термин «катастрофоустойчивость». Как показывает анализ тенденций развития науки и технологии, интел­ лектуальная цифровая аппаратура новой информационной цивилиза­ ции должна обладать способностью самовосстановления, адаптации к отказам и повреждениям.

С.Ф. Тюриным предложен подход [2-6] к созданию отказо­ устойчивых систем, ядром которого является специального вида из­ быточный базис, позволяющий использовать частично вышедшие из строя элементы, пусть даже с потерей в производительности.

Широкое распространение универсальных программируемых логических интегральных схем, которые могут изменять функции элементов и связи между ними, позволяет использовать их как эле­ ментную базу для отказоустойчивых систем [7].

Таким образом, необходимо обеспечивать универсальность уст­ ройств при возникновении отказов, например, в группе однотипных управляющих автоматов.

С целью одновременного обеспечения сбоеустойчивости все бо­ лее необходимой при повышении уровня интеграции микросхем для ответственных областей применения наиболее целесообразным пред­ ставляется сохранение резервированных (например, троированных) структур при отказах в катастрофических ситуациях путем пере­ стройки. В крайнем случае восстанавливается дублированная струк­ тура, а в чрезвычайных случаях - одноканальная [2 - 6 ].

В качестве целевых функционально-полных толерантных (ФПТ) базисов для синтеза будем рассматривать базисы:

3NAND и т.д. до 8NOR, 8NAND;

2 . ххх2v х3хА - функционально полный толерантный базис, со­

храняющийся при однократном отказе выходов или транзисторов;

3. В остаточных базисах: х2v JC3JC4 , JC, v JC3JC4 , xxx2v jt4 ,

* ,* 2 VX3 ; x3 x4 , xxx2 и др;

4.И так далее для ФПТп;

5.ФПТ + базис, сохраняющий исходную функцию 2NOR,

Целью данной работы является реализация синтеза комбинаци­ онной схемы на основе ГСА в ФПТ-базисе. Для достижения цели требуется:

-разработать программный продукт для получения обобщенной таблицы истинности по заданной ГСА через построение соответст­ вующего графа автомата Мили;

-интегрировать работы [9, 10] с данной работой для реализации всех этапов синтеза комбинационной схемы по ГСА в ФПТ-базисе;

- реализовать синтез комбинационной схемы на основе ГСА в ФПТ-базисе для промышленной системы проектирования Quartos II в форматах State machine file (SMF) [11] и Block diagram file (BDF). Из формата SMF в среде Quartos II имеется возможность автоматически получить файлы в форматах: Verilog HDL, VHDL, System Verilog и множество других.

Синтез комбинационной схемы по схеме алгоритма требуется при разработке управляющих автоматов, процессоров, контроллеров

в графическом виде ввести ГСА и провести над ней автоматические преобразования, результатом которых станет схема функции на ФПТ-элементах в текстовом виде и в формате State Machine File сис­ темы Quartus II.

Реализовывать алгоритмы синтеза для системы проектирования Quartus II на этапах разработки и отладки представляется неудобным ввиду отсутствия развитых средств разработки. Поэтому принято решение на начальных этапах реализовывать и отлаживать алгорит­ мы на Java, после чего реализовать их для Quartus II.

Этапы синтеза управляющих автоматов на основе ГСА

вФПТ-базисе:

1.Задание ГСА;

2.Отметка ГСА;

3.Генерация графа автомата Мили;

4.Генерация таблицы переходов-выходов;

5.Синтез комбинационной схемы в ФПТ.

Автоматизации подлежат все этапы синтеза кроме первого. Пер­ вый этап реализуется в виде интерактивной программы, в которой в графическом виде вводится ГСА. Далее ГСА автоматически отме­ чается, генерируется таблица переходов-выходов. Правила отметки

игенерации таблицы переходов-выходов впервые опубликованы С.И. Барановым и приведены в [8]. Алгоритм отметки ГСА разраба­ тывается и реализуется в рамках этой исследовательской работы. Ал­ горитм синтеза комбинационной схемы на ФПТ-элементах описан

иприведен в работах [9, 10]. Синтез VHDL и BDF-файлов произво­ дится посредством интеграции с программой автоматизированного синтеза комбинационных автоматов в функционально полном толе­ рантном базисе UBS2011 [1]. Для интеграции с промышленной сис­ темой проектирования ПЛИС Quartus II реализуется алгоритм гене­ рации файла в формате SMF, который представляет собой соответст­ вующий граф автомата Мили.

Разработанная графическая среда для ввода ГСА основана на продукте с открытым исходным кодом JGraphX, которая распростра­

няется по лицензии BSD. В среде были оставлены и адаптированы для удобного использования только необходимые для работы с ГСА визуальные средства. ГСА в среде для синтеза имеет традиционный вид. После выполнения алгоритма синтеза автомата Мили по отме­ ченной ГСА в среде проектирования выводится результирующий граф автомата Мили. В окне вывода текста представлены синтезиро­ ванные файлы в форматах: SMF, VHDL, BDF.

В рамках данной работе разработана графическая среда для син­ теза комбинационной схемы на основе ГСА на базе открытого про­ дукта JGraphX, разработан и реализован алгоритмы отметки ГСА, синтеза на основе отмеченной ГСА автомата Мили, генерации рас­ ширенной таблицы истинности. Осуществлена интеграция с про­ граммой USB2011, в которой реализованы алгоритмы синтеза BDF и VHDL файлов. Разработан и реализован алгоритм синтеза файла в формате State machine file, который преобразует граф автомата Ми­ ли из внутреннего формата в формат Quartus II.

Библиографический список

1. Тюрин С.Ф., Громов О.А., Сулейманов А.А., Шучалов П.С., Гладышева П.В. Программа автоматизированного синтеза комбина­ ционных автоматов в функционально полном толерантном базисе с формированием VHDL и BDF файлов. Свидетельство № 201460120 от 08.11.13 г. о государственной регистрации программы для ЭВМ.

2.Тюрин С.Ф. Функционально-полные толерантные булевы функции // Наука и технология в России. - 1998. - № 4. - С. 7-10.

3.Тюрин С.Ф. Синтез адаптируемой к отказам цифровой аппа­ ратуры с резервированием базисных функций // Приборостроение. - 1999.-№ 1 . - С. 36-39

4.Тюрин С.Ф. Адаптация к отказам одновыходных схем на ге­ нераторах функций с функционально-полными толерантными эле­ ментами // Приборостроение. - 1999. - № 7. - С. 32-34.

5.Тюрин С.Ф. Проблема сохранения функциональной полноты булевых функций при «отказах» аргументов // Автоматика и телеме­ ханика. - 1999. -№ 9. - С. 176-186.

6.Программируемое логическое устройство: пат. № 2146840 Рос. Федерация / С.Ф. Тюрин, В.А. Несмелое, В.А. Харитонов [и др.]; опубл. БИ. 2000. - № 8.

7.Основи надшност! цифрових систем. Пщручник / за ред. В.С. Харченка, В.Я. Жихарева / Мшютерство осв1ти та науки. - Харюв, 2004. - 572 с.

8.Баранов С.И. Синтез микропрограммных автоматов (графсхемы и автоматы). - 2-е изд. перераб. и доп. - Л.: Энергия, Ленингр. отд., 1979. - 232 с.

9.Шучалов П.С. Разработка программы автоматизированного синтеза цифровых комбинационных схем в функционально­ полном толерантном базисе: выпускная работа / Перм. гос. ун-т. - Пермь, 2011.

10.Гладышева П.В. Разработка программы автоматизированного синтеза цифровых комбинационных схем в функционально-полном толерантном базисе и в остаточных базисах: выпускная работа / Перм. гос. ун-т. - Пермь, 2010.

11.Тюрин С.Ф. Анализ настроек логических элементов при про­ ектировании автомата в системе Quartus II // В мире научных откры­ тий. - 2015. - № 4(64). - С. 437-453.

ОБЗОР МАТЕМАТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ АНАЛИЗА ПУЛЬСОВОЙ ВОЛНЫ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТОЯНИЯ СОСУДОВ

Студент гр. АСУЗ-14-1м Н.А. Аверин

Научный руководитель - д-р экон. наук, профессор Р.А. Файзрахманов

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

В настоящее время проблема сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ) как никогда актуальна. По данным Всемирной организации здра­ воохранения ССЗ являются основной причиной смерти во всем мире - ежегодно от ССЗ умирает больше людей, чем от какой-либо другой болезни [6]. Таким образом, лечение ССЗ становится одним из важней­ ших направлений деятельности в современном здравоохранении.

Для решения задач определения параметров сосудов и способов оценки их состояния применяют сфигмографический метод (А.Д. Валтнерис, С.П. Власова, Н.И. Савицкий и др.), основанный на анализе графического изображения формы пульсовой волны (ПВ) [8]. Основными проблемами при снятии показаний датчиков для измере­ ния ПВ является наличие внешних помех и движение пациента. Та­ ким образом, перед анализом данных и их представлением медицин­ ским специалистам необходимо проводить первичную обработку (фильтрация, сглаживание и пр.).

После проведения первичной обработки определяются основные показатели (графические, статистические, спектральные и др.), несу­ щие определенную информацию для медицинских специалистов. Выявление данных показателей (характеристик) производится с по­ мощью вторичных методов обработки данных ПВ. Рассмотрим обе группы методов более подробно.

Первичные методы. Для упрощения анализа ПВ необходимо от­ фильтровать данные для устранения единичных импульсов, провести сглаживание кривой и удалить линию тренда [7, 8]. Устранение не­ систематической компоненты ПВ производится с помощью фильтра­ ции значений «вылетевших» точек. Такие «вылеты» могут возник­ нуть из-за движений пациента во время замера, скачков напряжения прибора, ошибок при кодировании/декодировании сигнала. Метод

После проведения сглаживания при наличии необходимости производится удаление линии тренда. Подбирается многочлен К-го порядка, для которого производится оценка погрешности методом наименьших квадратов. Поиск коэффициентов многочлена заключа­ ется в решении системы уравнений из К + 1 переменных, полученных в результате приравнивания к нулю частных производных. Для К - 1 получим решение [8]:

1N ( N - 1)

ьц £ ? . ,» ш . - б ( я + 1 ) s : „ « . 1 4 tfV (N -l)(N + l)

где boи bi - свободный член и угол наклона линейной регрессии тренда, ип- массив данных, N - размер массива итAt - период дискретизации.

Следует отметить, что тренды более сложной формы необходи­ мо удалять с помощью многочленов более высокого порядка, однако принимать значение К > 3 нецелесообразно.

Вторичные методы. Обобщая труды ряда ученых [1, 2, 3, 5], был составлен перечень параметров (характеристик), несущих важную информацию для медицинских специалистов. Эти параметры можно разделить на несколько групп: амплитудные, временные,

а также характеристики статистического анализа.

На рис. 1 представлены информативные параметры фотоплетизмограммы (ФПГ) и дифференциальной фотоплетизмограммы (ДФПГ), которые используются для оценки тех или иных физиологи­ ческих свойств сосудов и системы кровообращения в целом.

Амплитудные характеристики. Максимальная амплитуда пульсовой волны # 2, определяемая по отношению к величине стан­ дартного калибровочного пульса, является показателем величины пульсового кровенаполнения исследуемой области и пропорциональ­ на соотношению объемов притока артериальной крови и оттока ве­ нозной крови в момент максимального растяжения сосудистого ложа.

Отношение амплитуды на уровне инцизуры к амплитуде систо­ лической волны Н3/Н2 - «дикротический индекс» отражает перифе­ рическое сосудистое сопротивление, т.е. степень расширения или сужения мелких сосудов артериол.

Рис. 1. Информативные параметры фотоплетизмограммы (I)

и дифференциальной фотоплетизмограммы (II)

Отношение амплитуды на уровне вершины дикротического зуб­ ца к амплитуде систолической волны Н4/Н2 - «диастолический ин­ декс», отражает состояние тонуса венозных сосудов.

Отношение амплитуд Н^Нг характеризует периферическое со­ противление.

Временные характеристики. При проведении замеров парал­ лельно с записью объемной ФПГ рекомендуется производить регист­ рацию ДФПГ, а также сейсмокардиограммы либо электрокардио­ граммы, что дает дополнительную информацию о состоянии сосудов, помогает уточнить значимость отдельных параметров, связанных с деятельностью сердца, помогает более точно определить точки экс­ тремумов на пульсовой кривой [5].

Выполнение данной работы тесно связано с разработкой измери­ тельной системы анализа пульсовой волны. В этой разработке не предполагается запись кардиограммы, и поэтому рассматривались только временные параметры, которые можно получить из ФПГ

иДФПГ Основные из них:

-длительность пульсового колебания А - В, соответствующая длительности сердечного цикла;

-интервал А - а\ отражает период быстрого кровенаполнения

изависит от ударного объема сердца и тонуса сосудов;

-интервал ах - а2 отражает период медленного кровенаполне­ ния и характеризует особенности микроциркуляции;