Увага! Даний реферат відноситься до ще не завершеної роботи. Орієнтовна дата завершення: Черв 2017 р Звертайтеся до автора після зазначеної дати для отримання остаточного варіанту.

 

Введення

В даний час спостерігається тенденція створення бібліотек VHDL-програм, що реалізують ті чи інші апаратні рішення. Дані бібліотеки дозволяють багаторазово використовувати вдалі рішення або модифікувати їх з урахуванням нових завдань. Ці бібліотеки доступні як в різних САПР, так і на web-порталах. Синтаксичні та семантичні особливості VHDL-програм безпосередньо залежать від джерела, з якого дані програми потрапляють в бібліотеку. Таким чином, виникає необхідність класифікувати існуючі джерела знань (бібліотеки програм), з метою подальшого їх використання для створення баз знань експертних систем (БЗ ЕС). Крім того, важливо враховувати рівень здатності проектувальника допомогти інструментальної оболонці в процесі створення БЗ, враховуючи при цьому градації його кваліфікації, що дозволило б ефективно адаптувати інструментальний комплекс на специфіку умов вилучення методики.

В якості цілей даної роботи розглядаються наступні завдання:

виконати аналіз існуючого рівня автоматизації генерації VHDL-програм в існуючих САПР;

класифікувати існуючі можливі джерела знань про методики проектування VHDL-програм, задані як набір прецедентів (бібліотеки, програми і т.п.), які можуть бути використані для створення БЗ ЕС, здатної генерувати VHDL-код за технічним завданням користувача;

визначити рівні кваліфікації «дурного» експерта і його можливості в наповненні БЗ;

ввести оцінки ефективності функціонування БЗ, відповідної необхідної методикою проектування деякого типу вироби.

Тому розробники ІСППР потребують всебічної підтримки. Їм потрібні інформація про наявні методи прийняття рішень, засобах і технологіях розробки СППР, а також набір реалізованих методів, які вони могли б вбудовувати в свої системи. У лабораторії штучного інтелекту ІСІ СО РАН ведеться розробка таких засобів підтримки. Створюється онтологія завдань і методів ППР, яка є концептуальною основою для систематизації інформації про них і для інтеграції методів в створюваних ІСППР. На основі онтології розробляється репозитарій, що містить готові до використання МППР.

Метод міркувань на основі прецедентів (CBR - Case Base Reasoning) активно використовується при створенні ІСППР в самих різних предметних областях. Його популярність пояснюється інтуїтивно зрозумілій суттю, схожістю з міркуваннями людини при вирішенні нового завдання.

Представлена магістерська дисертація виконувалася в рамках створення вищезазначених коштів всебічної підтримки розробників ІСППР і присвячена розробці методу прийняття рішень на основі прецедентів для інтелектуальної ІСППР.

1. Актуальність теми

Большенство існуючих САПР відносяться до класу проблемно-орієнтованих графічних редакторів практично позбавлені будь-яких методів автоматизації побудови необхідних рішень. У більшості випадків він і припускають ручне побудова і збереження готових рішень в деякий бібліотеці. Таким чином актульной є завдання побудови інтелектуальної настройки над даною бібліотекою яка дозволяла б проектувальнику вибирати требуемемие йому рішення по його структурними особливостями.

2. Мета і завдання дослідження, плановані результати

Метою даної магістерської роботи є розробка методів і засобів підтримки розробників СППР, що використовують міркування на основі прецедентів і були поставлені наступні завдання:

1. Виконати аналіз існуючого рівня автоматизації генерації VHDL-програм в існуючих САПР; [ 2 ]
2. Впорядкувати існуючі можливі джерела знань про методики проектування VHDL-програм, задані як набір прецедентів (бібліотеки, програми і т.п.), які можуть бути використані для створення БЗ ЕС, здатної генерувати VHDL-код за технічним завданням користувача;
3. Визначити рівні кваліфікації «дурного» експерта і його можливості в наповненні БЗ;
4. Ввести оцінки ефективності функціонування БЗ, відповідної необхідної методикою проектування деякого типу вироби.

Наукова новизна Методи узагальнення існуючих рішень в формі І-АБО дерева з додатковими ознаками вказують на приналежність той чи інший групи зв'язків на приналежність до певного рішення. Методи організації виведення, тобто отримання необхідного рішення по його структурними особливостями на освнове даного І-АБО дерева.

Практична значимість Програмний інструментальний комплекс для побудови інтелектуальних налаштувань синтезу необхідних рішень, що адаптуються на базовий САПР і мову програмування Використовуваний в ньому для подання рішень

3. Огляд досліджень і розробок

Слід зазначити, що існують різні інтелектуальні засоби автоматизації формування VHDL, Verilog, SystemC - модулів. Так, в САПР Active-HDL є такі інструменти, як Language Assistant (мовної помічник) і IP Core Generator (генератор інтелектуальних блоків-ядер). Мовний помічник містить деякий безліч шаблонів типових конструкцій мов HDL, з яких можна створювати вихідний код, не вникаючи в тонкощі використовуваної мови.

Однак, Language Assistant дозволяє генерувати лише основну структуру шаблону і не дає можливість задавати вхідні і вихідні порти, але є можливість зробити шаблон діалоговим.

3.1 Огляд міжнародних джерел

1) Active-HDL - середовище розробки, моделювання та верифікації проектів для програмованих логічних інтегральних схем, розроблена фірмою Aldec. Перша версія програми вийшла в 1997 році.

Програма дозволяє вводити пристрою за допомогою мов опису апаратури, а також за допомогою структурних схем. Спочатку програма підтримувала тільки мову VHDL, але з часом додалася підтримка мов Verilog і SystemC. За допомогою програми можна графічно проектувати кінцеві автомати, а також конвертувати HDL опис в графічні структурні схеми і назад.

Програма забезпечена потужним ядром моделювання. Підтримується спільна робота з програмами MatLab і Simulink [ 3 ]

2) IP cores (IP-ядра, від англ. Intellectual Property - інтелектуальний продукт. Також IP-блоки, складні функціональні (СФ) блоки; також англ. Virtual components, VC - віртуальні компоненти) - готові блоки для проектування мікросхем (наприклад, побудови систем на кристалі).

Розрізняють 3 основні класи блоків:

програмні IP-блоки (англ. Soft blocks) - блоки, специфіковані на мові опису апаратури.

схемотехнические блоки (англ. Firm blocks) - блоки, специфіковані на схемотехническом рівні, без прив'язки до конкретної топологічної реалізації.

фізичні (топологічні) блоки (англ. Hards blocks) - блоки, специфіковані на фізичному рівні реалізації НВІС, наприклад, GDSII для ASIC.

3.2 Огляд національних джерел

АТ-технологія [ 4 ] — аналізуються стан і тенденції розвитку сучасних інструментальних засобів для розробки динамічних експертних систем. Наводиться опис архітектури і функціональних можливостей унікального вітчизняного інструментарію для підтримки побудови інтегрованих експертних систем — комплексу АТ-ТЕХНОЛОГІЯ. Розглядаються нові можливості комплексу АТ-ТЕХНОЛОГІЯ, пов'язані з побудовою динамічних інтегрованих експертних систем.

3.3 Огляд локальних джерел

В   ДонНТУ проектуванням програмних засобів для обчислювальної техніки займається поглиблено А. В. Грігорьевв.

В   його роботі розглядаються питання пошуку нових рішень в спеціалізованій оболонці для побудови інтелектуальних САПР. Описується специфіка процесу пошуку нових рішення, пов'язана з використовуваною моделлю САПР і обраним методом представлення знань. Проводяться аналогії з еволюційним моделювання, розглядаються загальні та відмінні риси.

В   спільній статті А. В. Григор'єва і  Д. А. Грищенко [ 5 ] виконаний аналіз існуючого рівня автоматизації генерації VHDL & mdash ; програм, наведено класифікацію джерел знань (бібліотекпрограм), визначено рівні кваліфікації «дурного» експерта, запропоновані оцінки ефективності функціонування бази знань, відповідної необхідної методикою проектування деякого типу вироби.

4. Основні концепти СППР

Короткий аналіз існуючих ПВЛ. Виконаємо короткий огляд типових сучасних ПВЛ. Метою огляду буде аналіз стану і тенденцій розвитку ПВЛ, аналіз існуючих ПВЛ з точки зору можливості вирішення завдань, затребуваних в КМ САПР рішення типових задач проектування. Типова тимчасова логіка є система продукцій, побудованих евристичним, експертним шляхом. Основа для побудови часової логіки - це експертні знання, досвід інженера знань або експерта в предметній області про можливі події і їх причинно-наслідкові зв'язки. Мета виведення, в цьому випадку, є деяке реальне актуальну подію. Результат виведення - це прогноз розвитку подій. Просторова логіка зазвичай призначена для побудови експертних систем управління рухом об'єктів в просторі. Продукції, що керують рухом, ідентифікують ситуацію, яка виникає в поточний момент часу з урахуванням просторових, структурних, топологічних властивостей об'єкта або ряду його взаємопов'язаних подоб'ектов. Ідентифікація ситуації дозволяє базі знань запропонувати дії з управління ситуацією шляхом зміни структурних, топологічних властивостей системи взаємопов'язаних об'єктів, тобто дати рекомендації - куди, кому і як рухатися. В цілому ПВЛ можуть бути віднесені до класу псевдофізіческіх логік. Розглянемо класифікацію існуючих ПВЛ.

Псевдофізіческіе логіки (ПФЛ) [ 6 ] відносяться до дедуктивним системам і призначені для відображення в правилах виведення конкретних знань про властивості відносин в різних предметних областях. Приставку «псевдо» дані логіки отримали за використання в правилах виведення суб'єктивних особливостей сприйняття світу людиною - експертом. Розглядають ряд об'єктів, які є незмінною частиною логіки, і ряд змінюваних відносин між об'єктами. За типами відносин розрізняють логіки часу, логіки простору, логіки дій, каузальні логіки - враховують причини і слідства І.Д. У процесі виведення ПФЛ використовують топологічні або метричні шкали для завдання відносин між фактами. Система ПФЛ має на увазі ряд зв'язків між окремими логиками.

ПФЛ орієнтовані на вирішення трьох типів завдань:

Поповнення бази описів ситуацій в системі, використовуючи і коригуючи наявні знання про об'єкт управління, включаючи передісторії управління і закони управління об'єктом;

Перевірка достовірності представлено опису ситуації, тобто виявлення суперечностей в описі і перевірка сумісності опису з інформацією, накопиченої раніше в системі;

Формування необхідних керуючих рішень або перевірка можливості реалізації бажаного керуючого впливу.

Рівні кваліфікації дурного експерта

Общая квалификация експертів в предметній області, які виступають в ролі інженерів по знаннях, була описана в роботі [ 7 ]. В даному дослідженні розглядається режим «дурного» експерта, який не може самостійно формувати БЗ і перекладає цю проблему на інструментальну систему, тобто користувач не в змозі сформувати набір правил, що складають методику проектування, і не в змозі організувати діалог введення параметрів бажаного пристрою. З великою часткою впевненості можна відзначити, що більшість користувачів САПР відноситься саме до цього класу експертів в інженерії знань.

Класифікуємо експертів, «дурних» з точки інженерії знань, але вже з точки зору знання мови VHDL, тобто оцінимо кваліфікацію і рівень підготовки експерта як проектувальника в даній предметній області. З цієї точки зору експерт може мати такі рівні кваліфікації:

добре знати мову VHDL (розумний);

погано знати мову VHDL (середній);

взагалі не знати мову VHDL (дурний).

Ця класифікація розглядає рівні кваліфікації експерта з точки зору володіння методами і інструментальними засобами мови VHDL, а так само - з точки зору наявності та рівня реалізації його власних розробок, тобто VHDL-програм.

Класифікація джерел бібліотек програм.

Розглянемо існуючі джерела бібліотек — програм. Це може бути:

призначені для користувача програми, написані вручну, які сам користувач може характеризувати і складати в структуру, яка відображатиме його особисту бібліотеку;

отримані шляхом автоматичного перекодування в мову VHDL з наборів рішень, підготовлених користувачем в САПР як моделі структур (САПР типу OrCAD);

бібліотечні програми, що надаються користувачеві в тих же САПР (сам САПР VHDL) для створення своїх рішень;

згенеровані користувачем існуючими в САПР генераторами або майстрами в процесі створення своїх рішень.

Тобто. бібліотеки програм можна класифікувати наступним чином: написані вручну, перекодувати, підготовлені, згенеровані.

Крім того, безліч бібліотечних програм, якими володіє користувач і на основі яких будується база знань ЕС, може мати різну потужність по числу програм:

програма може бути одна;

їх може бути багато.

Бібліотечні програми, незалежно від їх числа, можуть мати різну ієрархію структури модулів, відрізнятися числом типів використовуваних модулів, глибиною вкладеності блоків.

Дані умови в своїй сукупності можуть визначати, чи достатня потужність пропонованої бібліотеки програм для створення повноцінної БЗ або — недостатня.

Дані умови можуть розглядатися як специфічні вимоги в умовах, в яких створюється база знань, і по суті є аспектом проблемної адаптації інструментальної оболонки для створення інтелектуальної САПР.

Оцінки ефективності функціонування бази знань.

Визначимо заходи оцінки ефективності можливого рівня автоматизації функціонування вже готового САПР для різних рівнів кваліфікації, а також кількості та складності програм, що надаються для навчання. Пропонуються такі оцінки:

Рівень повноти — число автоматично функціонуючих модулів знань, які формують пристрою того або іншого типу по відношенню до загальної кількості типів, які використовуються в заданій проектній завданню; можливі оцінки: низький відсоток, середній, високий відсоток;

Рівень автоматизації функціонування одиничного модуля знань, який характеризується числом і типами параметрів, що залучаються для синтезу даного типу виробів в рамках модуля знань; можливі оцінки: слабкий (параметрів мало і не всі вони мають сенс), середній (більшість параметрів мають реальний сенс і число параметрів середнє), хороший (число параметрів максимально можливе, всі вони мають сенс).

Розглянемо, для прикладу, деякі можливі оцінки якості БЗ, виходячи з умов створення БЗ і можливих методів автоматизації побудови бази знань як системи модулів знань, пов'язаних з різними типами блоків.

Бібліотека VHDL-програм може мати вигляд:

Одна програма, написана вручну; можна виявити структуру програми як ієрархію вкладених структурних блоків, тобто онтологію програми (в підрежимів «розумного» дурного експерта);

Багато програм, написаних вручну; це шлях створення повноцінної БЗ; тобто - На виході можна отримати:

систему повноцінних модулів знань (в підрежимів «розумного» дурного експерта); досягається повнота цільового простору систем і простору видів систем (ЦПС / ПОС), повнота моделі, проектної процедури; забезпечується наявність системи вкладених модулів;

система спрощених модулів знань (в підрежимів «дурного» дурного експерта);

Повний набір можливих умов створення бази знань і її оцінки якості в рамках запропонованої класифікації наведено в таблиці 1.

Таблиця 1 - Вплив умов створення на якість БЗ

Висновки

У роботі виконано аналіз існуючого рівня автоматизації генерації VHDL-програм в існуючих САПР, проведена класифікація існуючих можливих джерел знань, визначено рівні кваліфікації «дурного» експерта і його можливості в наповненні БЗ, визначені оцінки ефективності функціонування бази знань, відповідної необхідної методикою проектування деякого типу вироби.

Таким чином, виникає необхідність створення інструментальної оболонки для наповнення БЗ ЕС шляхом вилучення методик проектування з набору прецедентів в різних умовах кваліфікації експерта і джерельної бази знань (бібліотекпрограм). Побудова такого роду оболонки дозволили б істотно підвищити ефективність процесу проектування VHDL-програм звичайними користувачами, тобто - Проектувальниками.

Список джерел

       

1. Методи побудови модульної бази знань, методик проектування засобів обчислювальної техніки по набору прецедентів [Електронний ресурс]: Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії: Версія 53436483, збережена о 22:29 UTC 13 березня 2016 / Автори Вікіпедії // Вікіпедія, вільна енциклопедія. — Електрон. дан. & Mdash; Сан-Франциско: Фонд Вікімедіа, 2013 роки.
2. Нейман Дж.проектирования средств вычислительной техники по набору прецедентов // Шеннон К.Э. , Маккарти Дж. Автоматы Сборник статей. — Пер. с англ. — М.: Издательство иностранной литературы, 1956. — 403 с.
3. Active—HDL
4. Витяев Е.Е., Перловский Л.И., Ковалерчук Б.Я., Сперанский С.О. Автоматизована побудова прийняття рішень //  2011, том 5, № 1.
5. Аналіз засобів автоматизації побудови VHDL — програм.
6. Псевдофізіческіе логіки. Студопедія.
7. Аналіз засобів реалізації VHDL — програм. Автори: Григор'єв А.В. і Грищенко Д.А.