reforef.ru 1
УДК 004(075.8)


ОПТИМИЗАЦИЯ УСТРОЙСТВ ИНФОРМАЦИОННОЙ СОВМЕСТИМОСТИ
П.П.Кувырков канд.техн.наук, доц., И.А. Прошин д-р техн. наук, проф.

(Пензенская государственная технологическая академия)
Изложены базовые понятия, обоснование, методы и средства оптимизации устройств информационной совместимости. Приведены основные составляющие и математические модели преобразований информации из одного кода в другой.
Ключевые слова: генерализация, информация, код, совместимость, устройство.

generalization, information, code, compatability, device.
Для сбора, хранения, передачи информа­ции, информационные процессы преобразования её из одного вида в другой, из одного кода в другой нередко требуется разрабатывать и использовать различные специализированные устройства, индивидуально настраи­ваемые на выполнение требуемых функций. Решение указанной задачи возможно на основе создания универсальных устройств.

В данной статье предлагается система обеспечения информационной совместимости устройств дискретной техники.

Обеспечить универсальность и многофункциональность средств преобразования информации можно путем обобщения («генерализации») информационных коммуникаций [1]. Метод генерализации информации позволяет открыть новые возможности не только по обмену, хранению и передаче информации, но и по её концентрации, наделению большей содержательностью, полезностью и защищённостью.

Проблема информационной совместимости устройств дискретной техники.

Характерной особенностью информационных систем является необходимость представления информации в более удобном виде не только для передачи, хранения, обработки, но и для функционирования устройств дискретной техники. Существует большое количество кодов, обеспечивающих представление информации и устройств, реализующих эти коды. По своим свойствам коды могут быть отнесены к различным группам: коды для обеспечения защиты информации от несанкционированного доступа, узкоспециализированные коды и обычные двоичные коды, которые обычно наделяют арифметическими свойствами. В каждом конкретном случае в устройствах дискретной техники используются те коды, которые обеспечивают необходимую функциональность. Для взаимодействия устройств, использующих разные коды, необходимо промежуточное устройство, обеспечивающее их информационную совместимость, т.е. выполняющее преобразование кода (рис.1).




Рис. 1. Структурная схема передачи информации

В этом случае информация поступает на входы и представлена посредством различных кодов. Затем устройства A1 – Аn кодируют подаваемые на их входы данные в тот код, который «понятен» устройству B. В свою очередь, устройство B передаёт информацию по линии связи в том коде, который совместим с его получателем. В правой части схемы показано как происходит процесс декодирования информации. В результате на выходы поступает информация, эквивалентная входам. Преобразование исходного кода в другой происходит в несколько этапов по мере поступления информации от источника. При таком подходе для передачи нескольких сообщений в различных кодах создают несколько преобразующих устройств, что экономически неэффективно.

С целью повышения эффективности, а также устранения описанных выше недостатков в данной статье предложен другой вариант обеспечения информационной совместимости устройств дискретной техники, основанный на замене специализированных средств одним универсальным устройством на основе генерализации информации.

Построение универсального преобразователя, способного перестраивать свою структуру, в соответствии с заданными параметрами и заменять собой один или несколько специализированных кодирующих и декодирующих устройств, основано на «интеграции» информации. Генерализация информационных коммуникаций позволяет создать универсальное устройство преобразования информации и заменить одним устройством многочисленные специализированные устройства A и D.

Матричные системы обеспечения информационной совместимости устройств дискретной техники. Информационная совместимость на основе универсального преобразователя кодов может быть достигнута с помощью его модели матричного типа. В данном случае наличие матрицы в качестве основы структурно-функциональной организации универсального преобразователя способствует простой настройке конфигурации преобразователя на выполнение наперёд заданной функции.


Элементы матрицы предлагаемого преобразователя однородны в своей структурно-функциональной организации и просты в исполнении.

Модель преобразователя состоит из двух матриц: настроечной матрицы, или матрицы смежностей, и матрицы результатов (рис. 2).



Рис. 2. Структурная схема матричной системы информационной совместимости устройств дискретной техники
Входной регистр (блок 0) обеспечивает сохранность поступающей на вход преобразователя дискретной информации от её источника.

Блок 1 представляет собой настроечную матрицу, структура которой претерпевает изменение (настройку), обеспечивающую информационную совместимость между источником информации и её приёмником. Настройка может быть произведена заранее с помощью сигналов, представленных на см. рис. 2 схеме как установочные конфигурационные. Настройка заключается в расстановке нулей и единиц в ячейках матрицы, обеспечивающей переключение элементов её памяти из нулевого состояния в единичное.

Блок 2 представляет собой матрицу результатов логического умножения (конъюнкции) элементов входной матрицы, или элементов исходного кода, на соответствующие значения элементов настроечной матрицы. В выходной информационный регистр (блок 3) поступает информация, полученная логическим сложением (дизъюнкцией) всех элементов каждого столбца матрицы результатов. Полученные таким образом результаты преобразования одного кода в другой передаются по линии связи получателю.

Размеры матриц зависят от количества разрядов, используемых в кодах. Закономерность расположения нулей и единиц, задаваемая в настроечной матрице, при увеличении или уменьшении ее размера сохраняется, что обеспечивает возможность простого увеличения количества разрядов матричного преобразователя до нужного значения.

Разработка и исследование прямоугольно матричных систем для обеспечения информационной совместимости устройств дискретной техники. Рассмотрим в качестве примера схематичное изображение процесса преобразования обычного двоичного кода в код Грея. Для простоты будем использовать четырех разрядный код, хотя, как было сказано выше, увеличение разрядности не представляет труда (рис. 3) .




Рис. 3. Прямоугольно-матричное устройство для обеспечения совместимости устройств дискретной техники
Преобразование двоичного кода (от входного регистра до выходного) включает в себя следующие этапы.

1. Каждый разряд входного регистра логически умножается на элемент

соответствующей горизонтальной строки настроечной матрицы: в первой строке ; ; ; , во второй ; ; ; , в третьей ; ; ; , в четвертой ; ; ; . Конфигурация нулей и единиц, которая изображена на схеме в настроечной матрице, соответствует преобразованию обычного двоичного кода в код Грея.

2. Полученные значения поступают в матрицу результатов, которая не


имеет предварительной настройки конфигурации, подобной настроечной матрице, так как она оперирует только с результатами вычислений, полученными от настроечной матрицы.


  1. В матрице результатов происходит логическое сложение элементов

столбцов (по вертикали), и результирующие значения поступают в выходной регистр.

На схеме вертикальные и горизонтальные линии указывают, что компоненты матриц соединены шинами. На пересечениях этих шин расположены исполнительные элементы. Такой подход упрощает физическую реализацию устройства. Но использовать именно шинную реализацию не обязательно, так как, например, в программном исполнении универсального преобразователя рациональнее использовать массивы данных, представленных электронными таблицами.

Моделирование данного принципа преобразования кодов матричным преобразователем достаточно легко выполнить, создав программу работы с электронными таблицами, например «Microsoft Office Excel» (рис. 4).


Рис. 4. Электронная таблица матричного устройства для преобразования информации
Левая область преобразователя (ячейки: от B4 до B10) предназначена для хранения входных данных (порядок: снизу вверх). Правее приведена настроечная матрица (ячейки: от D4 до J10) и матрица результатов (ячейки: от L4 до R10). Оставшаяся правая область (ячейки: от L2 до R2) содержит выходные данные.

В качестве формулы к ячейкам области результирующей матрицы используется формула =$B4D4 в ячейке L4, которая затем копируется (с автоматическим смещением) на все остальные. В ячейку L2 области результирующих данных записана формула

=MOD(M11L10L9L8L7L6L5L4;2).


Она копируется с автоматическим смещением в остальные ячейки этой области. В области входных данных, а также в областях настроечной матрицы указаны значения без формул.
Примеры моделей информационной совместимости с настройками матрицы на различные коды. Выше был дан пример, в котором конфигурация моделируемого матричного преобразователя обеспечивает преобразование информации из обыкновенного двоичного кода в код Грея. Ниже приведены примеры других конфигураций (рис. 5 и 6).



Рис. 5. Электронная таблица матричного устройства для преобразования входного кода в обратный


Рис. 6. Электронная таблица матричного устройства для преобразования кода Грея в обычный двоичный
Как видно из рис. 3, 4, 5, 6, если между кодами источника и приёмника информации имеется простая логическая взаимосвязь, то всегда найдется не сложная конфигурация настроечной матрицы, обеспечивающая их преобразование. Это позволяет избежать использования сложных логических схем для реализации данного преобразования, используя для этих целей многофункциональное устройство матричного преобразователя информации из одного кода в другой.
Разработка и исследование треугольно-матричных систем для обеспечения информационной совместимости устройств дискретной техники. С целью усовершенствования рассматриваемых матричных устройств осуществим их структурно-функциональную генерализацию (рис.7) [2].



Рис. 7. Элементы структурно-функциональной генерализации информационных

коммуникаций матричного устройства для преобразования информации

В этом случае одно и то же устройство под управляющим воздействием информации и ключевых функций перестраивается, проявляя элементы многофункциональности. Ключевые функции управления коммуникаций данных устройств находятся в соответствии с их функциональным назначением. В зависимости от уровня конструктивной и структурной генерализации вид ключевых функций будет изменяться.


Обозначим входные цепи преобразователей через , выходные – . На пересечениях управляющих и управляемых шин расположены логические элементы с памятью, подключённые к шинам. Эти элементы обеспечивают передачу информации с входа на выход в соответствии с управляющим воздействием ключевой функции . При отсутствии соединения , при наличии соединения .

Ниже приведены некоторые разновидности ключевых функций.

1. Повторитель входной информации (см. рис. 7,а).

Ключевая функция примет вид

.

Согласно данной функции повторитель воспроизводит ту информацию, которая поступает на его вход. Например, при .

2. Зеркальное отражение входной информации (см. рис. 7,б).

Ключевая функция имеет вид



Например, при .

3. Контроль по модулю 2 (см. рис. 7.в).

Ключевая функция задается выражением

.

При чётном числе единиц на входе схемы значение равно нулю, при нечётном – единице.


Например, при или .

4. Расширитель (рис. 7,г).

Ключевая функция описывается выражением

.

Согласно данной функции единица на входе какой-либо цепи преобразуется в единицы на всех выходных цепях.

Например, для случая, когда

5. Уплотнитель входной информации (рис. 7,д).

Ключевая функция реализуется выражением

.

Согласно данной функции при чётном числе единиц на входе на j-м выходе формируется нуль, при нечетном – единица.

Например, при .

6. Сдвиг входной информации (рис. 7,е).

Ключевая функция имеет вид

.

В данном случае сдвиг элементов входной информации осуществлён на одну позицию. Например, при .

Используя данное устройство, можно построить управляемый регистр сдвига на разное число позиций.

7. Преобразователь двоичного кода в код Грея (рис. 7,ж).

Ключевая функция задается формулой


Например, при подаче на вход кодовой комбинации двоичного кода на выходе получим кодовую комбинацию кода Грея .


8. Преобразователь кода Грея в двоичный код (рис. 7,з).

Ключевая функция имеет вид



9. Преобразователь двоичного кода в код Хемминга (рис. 7,и).

Ключевая функция реализуется формулой



В этом случае элементы двоичного кода поступают на входы . Контрольные символы кода Хемминга формируются на выходах , на остальных выходах происходит повторение значений входных символов: , , , .
Выводы. Эффективность процессов сбора, хранения, передачи и защиты информации может быть повышена с помощью генерализованных систем, обеспечивающих информационную совместимость устройств дискретной техники. Разработанная система ключевых функций обеспечивает функциональную совместимость обработки информации в различных системах кодирования. Замена множества специализированных устройств преобразования информации одним универсальным устройством матричного типа, настраиваемым на заданное преобразование информации из одного кода в другой, обеспечивает не только информационную совместимость устройств дискретной техники, но и получение значительного экономического эффекта.

Библиографические ссылки

1.Кувырков П.П., Прошин И.А. Определяющие признаки интеллектуальных составляющих информационной генерализации // Сборник статей Российско-Японской научной конференции и 6-го Российско-Японского семинара: 24 – 25 июня 2008. Усть-Каменогорск: Изд-во Восточно-Казахстанского государственного технологического университета, 2008.

С.747 – 752.

2. Kuvyrkov P. P. Naidenov C. K. General aspects of the advancement of theory and practices of information systems // Kybernetes. The international journal of cybernetics systems and management sciences. Vol. 36. Number 1. 2007.

PP. 65 – 75.