حافظه مجازی. پشتیبانی معماری از حافظه مجازی راههای سازماندهی حافظه حافظه کامپیوتری انجمنی

اطلاعات عمومی و طبقه بندی دستگاه های حافظه

سخنرانی 2. سازماندهی حافظه کامپیوتر.

مینی ابر کامپیوتر و سوپرمینی کامپیوتر.

کامپیوترهای کوچک و میکرو.

تعداد زیادی از برنامه های نسبتاً کوچک رایانه ها مانند اتوماسیون کنترل تولید محصولات، پردازش داده ها در طول آزمایش، دریافت و پردازش داده ها از یک خط ارتباطی، کنترل فرآیندهای فناوری، کنترل ماشین ابزار و ... وجود دارد. پایانه های دیجیتال مختلف، مشکلات مهندسی محاسباتی کوچک.

در حال حاضر، رایانه های کوچک و میکرو در دستگاه های مختلف "هوشمند" (متر برق، اجاق های مایکروویو، ماشین لباسشویی، مودم، سنسور و غیره) تعبیه شده اند.

طبقه بندی فاقد مرزهای روشن بین انواع رایانه های در نظر گرفته شده است. اخیراً دو نوع میانی متمایز شده است.

سوپرمینیکامپیوترها شامل کامپیوترهای با کارایی بالا هستند که حاوی یک یا چند پردازنده با کوپلینگ آزاد هستند که با یک ستون فقرات مشترک (گذرگاه مشترک) ترکیب شده اند. برای یک ابرمینی کامپیوتر مشخص است که سرعت انجام عملیات حسابی آن بر روی اعداد ممیز شناور به طور قابل توجهی کمتر از سرعت عملیات است که توسط ترکیبی از دستورالعمل های مربوط به درخواست های اطلاعاتی-منطقی تعیین می شود. این نوع شامل کامپیوتر شطرنج IBM Deep Blue است.

مینی ابرکامپیوترها کامپیوترهای چند پردازنده ای ساده شده (به ویژه به دلیل کلمه کوتاه تر) هستند، اغلب با ابزارهای پردازش برداری و خط لوله، با سرعت بالایی در انجام عملیات روی اعداد ممیز شناور. کامپیوترهایی با معماری SMP (Symmetric multiprocessor) را می توان به این نوع نسبت داد.

دستگاه‌های حافظه را می‌توان بر اساس معیارهای زیر طبقه‌بندی کرد: بر اساس نوع عناصر ذخیره‌سازی بر اساس هدف عملکردی بر اساس نوع سازماندهی گردش با ماهیت خواندن با روش ذخیره‌سازی با روش سازمان‌دهی بر اساس نوع عناصر ذخیره‌سازی نیمه هادی مغناطیسی خازن Optoelectronic Holographic Cryogenic VROM ROM PROM

با توجه به روش سازماندهی دسترسی با جستجوی متوالی با دسترسی مستقیم با دسترسی مستقیم یا آدرس انجمنی فروشگاه پشته بر اساس ماهیت خواندن با تخریب اطلاعات بدون تخریب اطلاعات به روش ذخیره سازی Static Dynamic با روش سازماندهی یک مختصات دو مختصات سه مختصات دو سه مختصات

حافظهکامپیوتر مجموعه ای از وسایل است که برای ذخیره، ذخیره و صدور اطلاعات استفاده می شود. تک تک دستگاه های موجود در این مجموعه نامیده می شوند دستگاه های ذخیره سازییا خاطره ای از یک نوع.

عملکرد و قابلیت های محاسباتی یک کامپیوتر تا حد زیادی با ترکیب و ویژگی های حافظه آن تعیین می شود. به عنوان بخشی از رایانه، چندین نوع حافظه به طور همزمان استفاده می شود که در اصل عملکرد، ویژگی ها و هدف متفاوت است.

عملیات اصلی در حافظه، ورود اطلاعات به حافظه است - رکوردو گرفتن اطلاعات از حافظه - خواندن. هر دوی این عملیات نامیده می شوند دسترسی به حافظه.

هنگام دسترسی به حافظه، واحد خاصی از داده خوانده یا نوشته می شود - برای دستگاه های مختلف متفاوت است. چنین واحدی می تواند مثلاً یک بایت، یک کلمه ماشین یا یک بلوک داده باشد.

مهم ترین ویژگی های دستگاه های حافظه فردی (دستگاه های ذخیره سازی) ظرفیت حافظه، ظرفیت خاص، سرعت است.

ظرفیت حافظهبا حداکثر مقدار داده ای که می توان در آن ذخیره کرد تعیین می شود.

ظرفیت خاصنسبت ظرفیت ذخیره سازی به حجم فیزیکی آن است.

تراکم ضبطنسبت ظرفیت ذخیره سازی به مساحت حامل است. به عنوان مثال، یک هارد دیسک با ظرفیت حداکثر 10 گیگابایت دارای تراکم ضبط 2 گیگابیت بر مربع است. اینچ

عملکرد حافظهبا مدت زمان عملیات دسترسی، یعنی زمان صرف شده برای جستجوی واحد مورد نظر اطلاعات در حافظه و خواندن آن تعیین می شود. زمان چرخش را بخوانید) یا زمان جستجوی مکانی در حافظه که برای ذخیره یک واحد اطلاعاتی در نظر گرفته شده است و نوشتن آن در حافظه (زمان معکوس هنگام نوشتن).

زمان دسترسی به حافظه (زمان چرخه حافظه) هنگام خواندن

زمان دسترسی کجاست که با فاصله زمانی بین شروع عملیات دسترسی هنگام خواندن تا لحظه ای که دسترسی به این واحد اطلاعات ممکن می شود تعیین می شود. - مدت زمان فرآیند فیزیکی خواندن، به عنوان مثال، فرآیند شناسایی و تثبیت حالات عناصر ذخیره سازی مربوطه یا بخش هایی از سطح حامل اطلاعات.

در برخی از دستگاه های حافظه، خواندن اطلاعات با تخریب (پاک کردن) آن همراه است. در این حالت، چرخه دسترسی باید شامل عملیات بازیابی (بازسازی) اطلاعات خوانده شده در همان مکان در حافظه باشد.

زمان چرخش (زمان چرخه) هنگام نوشتن

زمان دسترسی نوشتن کجاست، یعنی زمان از لحظه شروع دسترسی نوشتن تا لحظه ای که دسترسی به عناصر ذخیره سازی (یا مناطقی از سطح رسانه) که ضبط در آن انجام می شود ممکن می شود. - زمان آماده سازی صرف شده برای رساندن عناصر یا بخش های ذخیره سازی سطح حامل اطلاعات به حالت اولیه برای ضبط یک واحد اطلاعات خاص (به عنوان مثال، یک بایت یا یک کلمه). - زمان ورود اطلاعات، به عنوان مثال، تغییر در وضعیت عناصر ذخیره سازی (بخش های سطح حامل). در بیشتر موارد

مدت چرخه دسترسی به حافظه به عنوان مقدار در نظر گرفته می شود

بسته به عملیات دسترسی اجرا شده در حافظه، موارد زیر وجود دارد: الف) حافظه دسترسی تصادفی (امکان خواندن و نوشتن داده ها در حافظه). ب) حافظه فقط برای خواندن اطلاعات ("دائمی" یا "یک طرفه"). ثبت اطلاعات در حافظه دائمی در فرآیند ساخت یا پیکربندی آن انجام می شود.

این نوع حافظه ها با اصطلاحات RAM (حافظه دسترسی تصادفی) و ROM (حافظه فقط خواندنی) مطابقت دارند.

با توجه به روش سازماندهی دسترسی، دستگاه های حافظه با دسترسی های مستقیم (خودسرانه)، مستقیم (چرخه ای) و متوالی متمایز می شوند.

به یاد با مستقیم (خودسرانه)دسترسی، زمان دسترسی، و در نتیجه چرخه دسترسی، به مکان ناحیه حافظه ای که خواندن از آن انجام می شود یا اطلاعات در آن نوشته شده است، بستگی ندارد. در بیشتر موارد، دسترسی مستقیم با استفاده از حافظه الکترونیکی (نیمه هادی) اجرا می شود. در چنین حافظه هایی، چرخه دسترسی معمولاً 70 نانوثانیه یا کمتر است. تعداد بیت هایی که می توان از حافظه دسترسی فوری به طور موازی در یک عملیات دسترسی خواند یا نوشت، نامیده می شود. عرض نمونه.

دو نوع دیگر حافظه از فرآیندهای الکترومکانیکی کندتر استفاده می کنند. در دستگاه ها حافظه دسترسی مستقیم، که شامل دستگاه های دیسک می شود، به دلیل چرخش مداوم حامل اطلاعات، امکان دسترسی به بخش خاصی از حامل برای خواندن یا نوشتن به صورت دوره ای تکرار می شود. در چنین حافظه ای، زمان دسترسی معمولاً از چند کسری از ثانیه تا چند ده میلی ثانیه است.

در فکر با دسترسی سریالمشاهده متوالی بخش های حامل اطلاعات تا زمانی انجام می شود که بخش مورد نظر حامل یک موقعیت اولیه مشخص را اشغال کند. یک مثال معمولی حافظه روی نوارهای مغناطیسی است که به اصطلاح. پخش کننده ( استریمر). زمان دسترسی می تواند در موارد نامطلوب مکان اطلاعات به چند دقیقه برسد.

یک مثال خوب از درایو نوار، استفاده از یک آداپتور ARVID با یک VHS VCR است. ظرفیت این درایو 4 گیگابایت در 180 دقیقه است.

دستگاه های حافظه نیز در عملکردهای انجام شده در رایانه، به ویژه به مکان حافظه در ساختار رایانه، متفاوت هستند.

ظرفیت حافظه و سرعت مورد نیاز متناقض هستند. هرچه سرعت بالاتر باشد، دستیابی به آن از نظر فنی دشوارتر است و افزایش ظرفیت حافظه هزینه بیشتری دارد. هزینه حافظه بخش قابل توجهی از هزینه کل رایانه ها است. بنابراین، حافظه کامپیوتر در قالب یک ساختار سلسله مراتبی از وسایل ذخیره سازی با سرعت و ظرفیت متفاوت سازماندهی شده است. به طور کلی، یک کامپیوتر دارای انواع حافظه زیر است، به ترتیب عملکرد و افزایش ظرفیت.

ساختار سلسله مراتبی حافظه ترکیب مقرون به صرفه ذخیره سازی مقادیر زیادی از اطلاعات را با دسترسی سریع به اطلاعات در حین پردازش ممکن می سازد.

جدول 2.1.

رم یا حافظه اصلی(OP) دستگاهی است که برای ذخیره اطلاعات (داده های برنامه، نتایج پردازش میانی و نهایی) به طور مستقیم در فرآیند انجام عملیات در واحد منطق حسابی (ALU) و واحد کنترل (CU) پردازنده استفاده می شود.

در فرآیند پردازش اطلاعات، تعامل نزدیکی بین پردازنده و OP وجود دارد. دستورات و عملوندهای برنامه از OP به پردازنده دریافت می شوند که عملیات ارائه شده توسط فرمان روی آن انجام می شود و نتایج میانی و نهایی پردازش از پردازنده برای ذخیره سازی به OP ارسال می شود.

ویژگی های OP مستقیماً بر شاخص های اصلی رایانه و اول از همه بر سرعت عملکرد آن تأثیر می گذارد. در حال حاضر رم دارای ظرفیت چند مگابایت تا چند گیگابایت و زمان چرخه آن حدود 60 ns یا کمتر است. دستگاه های حافظه OP بر روی مدارهای مجتمع با درجه یکپارچگی بالا (حافظه نیمه هادی) تولید می شوند.

اخیراً تعدادی از شرکت ها از آغاز تولید سریال تراشه های حافظه پویا با ظرفیت 1 گیگابایت خبر داده اند. رهبر شناخته شده سامسونگ است. تراشه های 64 مگابایتی را می توان انبوه ترین محصول امروزی دانست. در سال آینده استفاده گسترده از تراشه های 128 و 256 مگابایتی پیش بینی می شود.

در برخی موارد، سرعت OP ناکافی است و دستگاه باید SOPها را شامل شود (حافظه بافر یا کش برای چند صد یا هزاران کیلوبایت با چرخه دسترسی چند نانوثانیه. چنین SOPهایی بر روی تراشه های حافظه ساکن اجرا می شوند. سرعت. حافظه نهان باید با سرعت دستگاه های حسابی - منطقی و کنترلی پردازنده مطابقت داشته باشد. پیوندی بین واحدهای منطقی پرسرعت پردازنده و OP کندتر.

به عنوان OP و SOP از حافظه های پرسرعت با دسترسی تصادفی و دسترسی مستقیم استفاده می شود.

معمولاً ظرفیت OP برای ذخیره تمام داده های لازم در رایانه کافی نیست. بنابراین، رایانه شامل چندین حافظه با دسترسی مستقیم بر روی دیسک ها (ظرفیت یک حافظه در دیسک های HDD 1 - 30 گیگابایت است) و چندین حافظه با دسترسی متوالی بر روی نوارهای مغناطیسی (ظرفیت یک حافظه 4 - 35 گیگابایت است).

RAM به همراه SOP و برخی دیگر از حافظه های تخصصی پردازنده تشکیل می شوند حافظه داخلیکامپیوتر (شکل 4.1). دستگاه های حافظه الکترومکانیکی تشکیل می شوند حافظه خارجیکامپیوترها، به همین دلیل به آنها می گویند دستگاه های ذخیره سازی خارجی(VZU).

یک دستگاه حافظه از هر نوع شامل یک آرایه ذخیره سازی است که اطلاعات را ذخیره می کند، و بلوک هایی که برای جستجو در آرایه، نوشتن و خواندن (و در برخی موارد برای بازسازی) اطلاعات خدمت می کنند.

حافظه دسترسی تصادفی، به عنوان یک قاعده، حاوی تعدادی از عناصر ذخیره سازی یکسان است که یک آرایه ذخیره سازی (SM) را تشکیل می دهند. آرایه به سلول های جداگانه تقسیم می شود. هر یک از آنها برای ذخیره یک کد باینری طراحی شده اند، تعداد بیت هایی که در آنها با عرض نمونه حافظه تعیین می شود (به ویژه، می تواند یک، نیم یا چند کلمه ماشین باشد). نحوه سازماندهی حافظه به روش های قرار دادن و جستجوی اطلاعات در آرایه ذخیره سازی بستگی دارد. بر این اساس، حافظه آدرس، انجمنی و پشته (ذخیره) متمایز می شود.

حافظه آدرسدر حافظه با یک سازمان آدرس، قرار دادن و جستجوی اطلاعات در SM بر اساس استفاده از آدرس ذخیره یک کلمه (عدد، فرمان و غیره) است. آدرس شماره سلول SM است که این کلمه در آن قرار دارد.

هنگام نوشتن (یا خواندن) یک کلمه در SM، دستور شروع کننده این عملیات باید نشانی (شماره سلول) را نشان دهد که در آن ضبط (خواندن) انجام می شود.

یک ساختار حافظه آدرس معمولی شامل یک آرایه ذخیره سازی از سلول های N-bit و چارچوب سخت افزاری آن، از جمله یک ثبت آدرس است RgAداشتن ک (ک» ورود N) بیت ها، ثبت اطلاعات RGI، بلوک واکشی آدرس BAS، بلوک تقویت کننده های بازخوانی اتوبوس، بلوک تقویت کننده های بیت - سازنده سیگنال های ضبط BUZو مدیریت حافظه BUP.

با کد آدرس RgA BAVسیگنال هایی را در سلول حافظه مربوطه تولید می کند که اجازه خواندن یا نوشتن یک کلمه در سلول را می دهد.

چرخه دسترسی به حافظه با ورود شروع می شود BUPاز بیرون سیگنال درخواست. بخش کلی چرخه گردش شامل دریافت در است RgAاز اتوبوس آدرس ایالات متحده آمریکاآدرس های تجدید نظر و پذیرش در BUPو رمزگشایی سیگنال کنترل عمل A که نوع عملیات درخواستی (خواندن یا نوشتن) را مشخص می کند.

بعد هنگام خواندن BASآدرس را رمزگشایی می کند، سیگنال های بازخوانی را به سلول SM مشخص شده توسط آدرس ارسال می کند، در حالی که کد کلمه نوشته شده در سلول توسط تقویت کننده های بازخوانی BUS خوانده می شود و به آن منتقل می شود. RGI. عملیات خواندن با صدور یک کلمه از تکمیل می شود RGIبه گذرگاه اطلاعات خروجی PWM.

هنگام نوشتن، علاوه بر انجام بخش کلی بالا از چرخه دسترسی، کلمه در حال نوشتن از گذرگاه اطلاعات ورودی دریافت می شود. SHIVxو RGI. سپس به منتخب BASسلول کلمه از نوشته شده است RGI.

بلوک کنترل BUPتوالی های لازم از سیگنال های کنترلی را تولید می کند که عملیات گره های حافظه فردی را آغاز می کند.

حافظه انجمنیدر حافظه این نوع، جستجوی اطلاعات لازم نه با آدرس، بلکه با محتوای آن (با ویژگی انجمنی) انجام می شود. در این مورد، جستجو توسط یک ویژگی انجمنی (یا به صورت متوالی توسط ارقام مجزای این ویژگی) به طور موازی برای تمام سلول‌های آرایه ذخیره‌سازی اتفاق می‌افتد. در بسیاری از موارد، جستجوی انجمنی می تواند پردازش داده ها را به طور قابل توجهی ساده و سرعت بخشد. این به این دلیل به دست می آید که در این نوع حافظه عملیات خواندن اطلاعات با اجرای تعدادی عملیات منطقی ترکیب می شود.

یک ساختار معمولی از حافظه انجمنی در شکل نشان داده شده است. 4.3. آرایه ذخیره سازی حاوی سلول های N (n+1) بیتی است. بیت سرویس n ام برای نشان دادن اشغال سلول استفاده می شود (0 - سلول آزاد است، 1 - کلمه در سلول نوشته شده است).

برنج. 2.2. ساختار حافظه انجمنی

در گذرگاه اطلاعات ورودی SHIVxبه ثبت صفت انجمنی RGAPبیت های 0..n-1 یک درخواست انجمنی n بیتی و ثبت کننده ماسک دریافت می کنند RgM- کد ماسک جستجو، با n رقم RgMروی 0 تنظیم کنید. جستجوی انجمنی فقط برای مجموعه ای از ارقام انجام می شود RGAP، که با 1 اینچ مطابقت دارند RgM(ارقام بدون نقاب RGAP). برای کلماتی که ارقام موجود در ارقام با ارقام بدون نقاب مطابقت دارند RGAP، مدار ترکیبی KSبیت های مربوط به ثبت تطابق را روی 1 تنظیم می کند RgSvو 0 برای بقیه بیت ها. بنابراین ارزش jرتبه در RgSvبا عبارت تعریف می شود

РгСв(j)=

جایی که RGAP[من], RgM[من] و ZM[j، i] - ارزش های منبه ترتیب دسته -ام RGAP، RGMو j-و سلول ها ZM.

طرح ترکیبی برای تولید نتیجه یک فراخوانی انجمنی FSاز یک کلمه تشکیل شده در RgSv، 0، a 1، a 2 را نشان می دهد که مربوط به عدم وجود کلمات در است ZM، ارضای صفت تداعی، و وجود یک (یا چند) کلمه.

شکل دهی محتوا RgSvو 0 , a 1 , a 2 را با محتوا علامت می دهد RGAP، RGMو ZMتماس گرفت عملیات کنترل انجمن. این عملیات بخشی جدایی ناپذیر از عملیات خواندن و نوشتن است، اگرچه معنای مستقلی نیز دارد.

هنگام خواندن، ارتباط ابتدا توسط یک ویژگی تداعی در کنترل می شود RGAP. سپس، زمانی که 0 = 1، خواندن به دلیل کمبود اطلاعات مورد نیاز لغو می شود، زمانی که 1 = 1، خوانده می شود RGIکلمه یافت شده، با 2 = 1 اینچ RGIکلمه از سلولی با کمترین تعداد در میان سلول هایی که با 1 y مشخص شده اند خوانده می شود RgSv. از جانب RGIکلمه خوانده شده در تاریخ صادر می شود PWM.

هنگام نوشتن، ابتدا یک سلول آزاد جستجو می شود. برای انجام این کار، یک عملیات کنترل انجمن انجام می شود زمانی که RGAP= 111...10 و RgM= 00...01، در حالی که سلول های آزاد 1 اینچ علامت گذاری شده اند RgSv. برای ضبط، یک سلول آزاد با کمترین تعداد انتخاب می شود. حاوی کلمه دریافت شده از SHIVx V RGI.

با کمک عملیات کنترل انجمن، می توان بدون خواندن کلمات از حافظه، بر اساس محتوا تعیین کرد RgSv، چند کلمه در حافظه وجود دارد که ویژگی انجمنی را برآورده می کند، به عنوان مثال، برای اجرای پرس و جوهایی مانند چند دانش آموز در گروه نمره عالی در این رشته دارند. هنگامی که از مدارهای ترکیبی مناسب استفاده می شود، عملیات منطقی نسبتاً پیچیده ای را می توان در حافظه انجمنی انجام داد، مانند جستجوی یک عدد بزرگتر (کوچکتر)، جستجوی کلمات محصور در محدوده های خاص، جستجو برای یک عدد حداکثر (حداقل) و غیره. حافظه انجمنی به عنوان مثال، در توزیع دینامیکی تجهیزات OP استفاده می شود.

توجه داشته باشید که حافظه انجمنی به عناصر ذخیره سازی نیاز دارد که بدون از بین بردن اطلاعات ثبت شده در آنها قابل خواندن باشد. این به این دلیل است که در جستجوی انجمنی، خواندن در سراسر انجام می شود ZMبرای همه بیت های بدون نقاب و هیچ جایی برای ذخیره اطلاعاتی وجود ندارد که به طور موقت با خواندن از بین می روند.

پشته حافظه، و همچنین انجمنی، بدون خطاب است. حافظه پشته را می توان به عنوان مجموعه ای از سلول ها مشاهده کرد که یک آرایه یک بعدی را تشکیل می دهند که در آن سلول های همسایه توسط زنجیره های بیتی انتقال کلمه به یکدیگر متصل می شوند. یک کلمه جدید در سلول بالایی (سلول 0) نوشته می شود، در حالی که تمام کلمات ضبط شده قبلی (از جمله کلمه ای که در سلول 0 بود) به سلول های مجاور با اعداد بزرگتر 1 منتقل می شوند. خواندن فقط از سلول حافظه بالایی (صفر) امکان پذیر است، در حالی که اگر خواندن با حذف انجام شود، تمام کلمات دیگر در حافظه به سلول های مجاور با اعداد بالاتر به سمت بالا منتقل می شوند. در این خاطره، ترتیب خواندن کلمات از این قاعده پیروی می کند: last in, first out. در تعدادی از دستگاه های مورد نظر، عملیات خواندن ساده یک کلمه از سلول صفر (بدون حذف آن و جابجایی کلمه در حافظه) نیز ارائه شده است. گاهی اوقات حافظه پشته با شمارنده پشته ارائه می شود MFST، تعداد کلمات حفظ شده را نشان می دهد. علامت MFST= 0 مربوط به یک پشته خالی است، MFST= ن- 1 - پشته کامل.

به طور معمول، حافظه پشته با استفاده از حافظه آدرس سازماندهی می شود. در این مورد، معمولاً شمارنده پشته وجود ندارد، زیرا تعداد کلمات موجود در حافظه را می توان از نشانگر پشته تعیین کرد. حافظه پشته به طور گسترده ای هنگام پردازش ساختارهای داده تو در تو، هنگام اجرای دستورات و وقفه های غیر آدرسی استفاده می شود.

سازمان معماری پردازنده کامپیوتر

پردازنده جایگاه مرکزی در معماری کامپیوتر را اشغال می کند و تعامل تمام اجزای اصلی کامپیوتر را مدیریت می کند و مستقیماً اطلاعات را پردازش می کند و کنترل نرم افزاری این فرآیند دستورات برنامه را رمزگشایی و اجرا می کند و دسترسی به حافظه دسترسی تصادفی را سازماندهی می کند. RAM)، و در صورت لزوم، عملیات را آغاز می کند. I / O و عملکرد دستگاه های جانبی، درخواست هایی را که هم از دستگاه های رایانه ای و هم از محیط خارجی (سازمان سیستم وقفه) می آیند، درک و پردازش می کند. اجرای هر فرمان شامل اجرای عملیات های کوچکتر است - دستورات خرد که اقدامات اولیه خاصی را انجام می دهند. مجموعه دستورات خرد توسط سیستم فرمان و ساختار منطقی یک کامپیوتر خاص تعیین می شود. بنابراین، هر فرمان کامپیوتری توسط ریزبرنامه مربوطه ذخیره شده در حافظه فقط خواندنی (ROM) اجرا می شود. در برخی از رایانه ها (عمدتاً تخصصی)، تمام یا بخشی از دستورالعمل ها به صورت سخت افزاری پیاده سازی می شوند که با از دست دادن بخش خاصی از انعطاف پذیری سیستم دستورالعمل ماشین، افزایش بهره وری را ممکن می سازد. هم یک و هم روش دوم اجرای دستورات کامپیوتری مزایا و معایب خود را دارد.

زبان ریزبرنامه‌نویسی برای توصیف دستگاه‌های دیجیتالی طراحی شده است که در سطح ثبات‌ها کار می‌کنند. این ابزار ساده و بصری برای توصیف کلمات ماشینی، رجیسترها، اتوبوس ها و دیگر عناصر اساسی یک کامپیوتر دارد. با توجه به موارد فوق، سلسله مراتب زبان ها برای توصیف فرآیند محاسباتی در رایانه را می توان در حالت کلی در چهار سطح نشان داد: (1) عملیات بولی (عملکرد LS ترکیبی) => (2) دستورالعمل خرد. (عملکرد گره های کامپیوتری) => (3) فرمان (عملکرد کامپیوتر) => (4) اپراتور HLL (توضیح الگوریتم مسئله ای که باید حل شود). برای تعیین رابطه زمانی بین ریز دستورالعمل ها، یک واحد زمانی (چرخه) تنظیم می شود که در طی آن طولانی ترین دستور کوچک اجرا می شود. بنابراین، اجرای یک فرمان کامپیوتری توسط پالس های ساعت تولید شده توسط یک دستگاه خاص پردازنده - یک ژنراتور ساعت، فرکانس ساعت (اندازه گیری شده در مگاهرتز) تا حد زیادی سرعت کامپیوتر را تعیین می کند. به طور طبیعی، برای کلاس های دیگر رایانه ها، این شاخص در غیر این صورت با عملکرد مرتبط است که توسط عوامل اضافی تعیین می شود.

عرض دسترسی به حافظه،

زمان نمونه برداری،

عمق بیت،

معماری پردازنده و پردازنده های مشترک آن،

یک نمودار بزرگ شده از واحد پردازش مرکزی (CPU) برخی از رایانه های رسمی در شکل نشان داده شده است که فقط بلوک های اصلی آن - ثبات های کنترل (UR)، واحد کنترل (CU)، ROM، واحد منطق حسابی (ALU)، ثبات را نشان می دهد. حافظه (RP)، حافظه نهان و واحد رابط (IB). علاوه بر موارد فوق، CPU شامل تعدادی بلوک دیگر (وقفه، محافظت از OP، کنترل و تشخیص و غیره) است که ساختار و هدف آنها در اینجا در نظر گرفته نشده است. واحد کنترل دنباله ای از سیگنال های کنترلی را تولید می کند که اجرای دنباله مربوطه از دستورالعمل های کوچک (واقع در ROM) را آغاز می کند که دستور فعلی را اجرا می کند. در کنار این، CU با ارسال سیگنال های کنترلی، عملکرد تمام دستگاه های کامپیوتری را هماهنگ می کند.<->OP، ذخیره سازی و پردازش اطلاعات، رابط کاربری، تست و تشخیص و غیره. بنابراین، توصیه می شود CU را به عنوان یک واحد CPU جداگانه در نظر بگیرید. با این حال، در عمل، اکثر مدارهای کنترلی در سراسر کامپیوتر توزیع می شوند. آنها توسط تعداد زیادی از خطوط کنترل به هم متصل می شوند که سیگنال هایی را برای همگام سازی عملیات در همه دستگاه های رایانه ای ارسال می کنند و سیگنال هایی را در مورد وضعیت آنها دریافت می کنند. بلوک UR برای ذخیره موقت اطلاعات کنترلی در نظر گرفته شده است و شامل رجیسترها و شمارنده هایی است که همراه با CU در مدیریت فرآیند محاسبات شرکت می کنند، ثبت وضعیت CPU، برنامه (CSP)، شمارنده فرمان (CK) یک ثبات است که ذخیره می کند. آدرس فرمان اجرا شده در OP (در حین اجرای دستور فعلی، محتویات آن به آدرس دستورالعمل بعدی به روز می شود)، ثبت دستورالعمل (RK) حاوی دستورالعمل در حال اجرا است (خروجی های آن به مدارهای کنترل متصل می شوند. که سیگنال های توزیع شده در زمان لازم برای اجرای دستورالعمل ها را تولید می کند)

بلوک RP حاوی رجیسترهایی از حافظه فوق سریع (سرعت بالاتر از OP) با اندازه کوچک است که امکان افزایش سرعت و قابلیت های منطقی CPU را فراهم می کند. این ثبات ها در دستورالعمل ها با آدرس دهی رجیستر مختصر (فقط اعداد رجیستر مشخص می شوند) استفاده می شوند و برای ذخیره عملوندها، نتایج عملیات، به عنوان ثبات های پایه و شاخص، نشانگرهای پشته و غیره استفاده می شوند. در برخی از CPU ها، ثبات های پایه و شاخص بخشی از بلوک UT، به عنوان یک قاعده، RP در قالب دستگاه های حافظه یکپارچه نیمه هادی با سرعت بالا انجام می شود.

بلوک ALU برای انجام عملیات حسابی و منطقی روی داده هایی که از OP و در RP ذخیره می شوند استفاده می شود و تحت کنترل CU عمل می کند. ALU عملیات حسابی را بر روی اعداد باینری با نقاط ثابت و شناور انجام می دهد، بر روی اعداد اعشاری، اطلاعات کاراکترها را روی کلمات با طول ثابت و متغیر پردازش می کند. عملیات منطقی بر روی بیت ها، گروه های بیت، بایت ها و توالی آنها انجام می شود. نوع عملیات انجام شده توسط ALU توسط دستورالعمل فعلی برنامه در حال اجرا تعیین می شود، به طور دقیق تر، ALU برای انجام هر عملیاتی که توسط CU به آن اختصاص داده شده است استفاده می شود. در حالت کلی، اطلاعات پردازش شده توسط کامپیوتر شامل کلماتی است که تعداد ثابتی از n بیت را شامل می شود (به عنوان مثال، n = 8. 16. 32، 64، 128 بیت). در این حالت، ALU باید قادر به انجام عملیات بر روی کلمات n بیتی باشد؛ عملوندها از OP به رجیسترهای ALU می آیند و CU عملیاتی را که باید روی آنها انجام شود، نتیجه هر حسابی-منطقی را نشان می دهد. عملیات در یک رجیستر جمع کننده مخصوص ذخیره می شود که رجیستر اصلی عملیات حسابی-منطقی است.

جمع کننده به مدارهای گیت متصل می شود تا عملیات لازم را روی محتویات آن و محتویات سایر رجیسترها انجام دهد. برخی از رایانه ها دارای چندین جمع کننده هستند که تعداد آنها بیشتر از 4 است، آنها به گروه خاصی از ثبات های عمومی (RON) اختصاص داده می شوند. از نظر ساختاری، ALU بر روی یک یا چند LSI/VLSI اجرا می‌شود، در حالی که CPU می‌تواند یک ALU همه منظوره یا چندین ALU تخصصی برای انواع خاصی از عملیات داشته باشد. در مورد دوم، پیچیدگی ساختاری CPU افزایش می‌یابد، اما سرعت آن به دلیل تخصصی بودن و ساده‌سازی طرح‌های محاسبه عملیات فردی افزایش می‌یابد. این رویکرد به طور گسترده در کامپیوترهای مدرن و ابرکامپیوترهای همه منظوره برای بهبود عملکرد آنها استفاده می شود.با وجود کلاس های مختلف کامپیوترها، ALU های آنها از اصول مشترک برای انجام عملیات حسابی-منطقی استفاده می کنند. تفاوت ها به راه حل های مداری سازمان ALU و اصول اجرای عملیات مربوط می شود که تسریع اجرای آنها را تضمین می کند.

واحد رابط (IB) تبادل اطلاعات بین CPU و OP و محافظت از بخش های OP از دسترسی غیرمجاز برای برنامه فعلی و همچنین اتصال CPU با دستگاه های جانبی و سایر دستگاه های خارجی را تضمین می کند. CD)، که می تواند پردازنده ها و رایانه های دیگر باشد. به طور خاص، IB شامل دو ثبات است که ارتباط با OP را فراهم می کند - ثبت آدرس حافظه (RAP) و ثبت اطلاعات حافظه (RDP). ثبات اول برای ذخیره آدرس سلول OP که داده ها با آن مبادله می شوند استفاده می شود و دومین ثبات حاوی خود داده های مبادله است. واحد کنترل و عیب یابی (BCD) برای تشخیص خرابی و خرابی گره های CPU، بازیابی عملکرد برنامه فعلی پس از خرابی و محلی سازی خطاها در صورت خرابی طراحی شده است.

با توجه به آنچه گفته شد، اجازه دهید یک طرح کلی برای اجرای برنامه ها توسط یک پردازنده ارائه کنیم. اجرای برنامه واقع در OP با ارسال آدرس اولین دستور آن به SC آغاز می شود، محتویات SC به RAP ارسال می شود و سیگنال کنترل خواندن به OP ارسال می شود. پس از مدتی (مرتبط با زمان دسترسی به OP)، کلمه آدرس دهی شده (در این مورد، اولین دستورالعمل برنامه) از OP استخراج شده و در RDP بارگذاری می شود، سپس محتویات RDP به OP ارسال می شود. SC در این مرحله دستور آماده است تا CU خود را رمزگشایی کرده و اجرا کند. اگر دستورالعمل حاوی عملیاتی باشد که باید توسط ALU انجام شود، عملوندهای مورد نیاز باید به دست آیند. اگر عملوند در OP باشد (و همچنین می تواند در UR باشد)، باید از حافظه واکشی شود. برای این کار آدرس عملوند به RAP ارسال می شود و چرخه خواندن شروع می شود.عملوند انتخاب شده از حافظه موجود در RDP می تواند به ALU منتقل شود. با انتخاب یک یا چند عملوند از این طریق، ALU می تواند عملیات مورد نیاز را انجام دهد و نتیجه خود را در یکی از RON ها ذخیره کند. اگر نتیجه عملیات نیاز به ذخیره در OP داشته باشد باید به RDP ارسال شود آدرس سلولی که قرار است نتیجه در آن قرار گیرد به RAP ارسال می شود و چرخه نوشتن شروع می شود. در همین حال، محتویات SC افزایش می یابد که نشان دهنده دستور بعدی است که باید اجرا شود. بنابراین، به محض اتمام اجرای دستور فعلی، انتخاب برای اجرای دستور برنامه بعدی می تواند بلافاصله آغاز شود.

علاوه بر انتقال داده بین OP و CPU، لازم است تبادل داده با VU فراهم شود که توسط دستورالعمل های ماشینی که ورودی / خروجی را کنترل می کند، انجام می شود. هنگام دریافت سیگنال وقفه می توان نظم طبیعی اجرای برنامه ها را نقض کرد. وقفه یک درخواست سرویس است که توسط CPU با اجرای روتین سرویس وقفه مناسب (ICP) انجام می شود. از آنجایی که وقفه و پردازش آن می تواند وضعیت داخلی CPU را تغییر دهد، قبل از شروع POP در OP ذخیره می شود. صرفه جویی در حالت با ارسال محتویات RK، UR و برخی اطلاعات کنترلی به OP حاصل می شود. پس از پایان POP، وضعیت CPU بازیابی می شود و به برنامه قطع شده اجازه می دهد به اجرا ادامه دهد.

حافظه با دسترسی انجمنی یا حافظه انجمنیبا سایر انواع حافظه تفاوت دارد زیرا به سلول های آن نه در یک آدرس خاص، بلکه در دسترسی است محتواسلول های حافظه در واقع، حافظه انجمنی به عنوان یک موتور جستجو عمل می کند که می تواند اطلاعاتی را در مورد یک الگوی مشخص پیدا کند. حافظه تداعی مبتنی بر دستگاه های ذخیره سازی انجمنی(AZU) که مانند اکثر حافظه های عملیاتی فرار هستند و به شکل ریزمدارهای نیمه هادی (چیپست) اجرا می شوند.

اصل عملکرد AZU با نمودار نشان داده شده در شکل توضیح داده شده است. 3.8 آرایه حافظه، مانند حافظه های آدرس، به تقسیم می شود متر- سلول های بیتی که تعداد آنها n. به عنوان یک قاعده، ترکیب AZU شامل موارد زیر است:

آرایه ذخیره سازی (SM)؛

ثبت ویژگی های انجمنی (RgAP)؛

ثبت ماسک (RgM)؛

· ثبت نشانگر آدرس با مدارهای مقایسه در ورودی.

ممکن است عناصر دیگری در CAM وجود داشته باشد که حضور و عملکرد آنها با نحوه استفاده از CAM تعیین می شود.

برنج. 3.8. دستگاه ذخیره سازی انجمنی

نمونه برداری از اطلاعات AZU به صورت زیر انجام می شود. یک نمونه جستجو از دستگاه کنترل به ثبت علائم انجمنی منتقل می شود - کد ویژگی اطلاعات مورد نیاز(گاهی اوقات تماس می گیرد مقایسه). کد می تواند دارای تعداد دلخواه ارقام باشد - از 1 قبل از متر. اگر کد ویژگی به طور کامل استفاده شود، بدون تغییر وارد مدار مقایسه می شود، اما اگر لازم باشد فقط بخشی از کد استفاده شود، بیت های غیر ضروری با استفاده از رجیستر ماسک پوشانده می شوند. قبل از شروع جستجوی اطلاعات در CAM، تمام بیت های ثبات نشانگر آدرس روی حالت تنظیم می شوند 1 پس از آن، اولین رقم تمام سلول‌های آرایه ذخیره‌سازی نظرسنجی می‌شود و محتویات با اولین رقم ثبت ویژگی‌های انجمنی مقایسه می‌شوند. اگر محتویات رقم اول باشد منسلول -ام با محتویات اولین رقم RgAP مطابقت ندارد، سپس رقم ثبت نشانگر آدرس مربوط به این سلول است. T iبازنشانی به حالت 0 ، اگر مطابقت دارد - تخلیه T iباقی 1 . سپس این عمل با رقم های دوم، سوم و بعدی تکرار می شود تا مقایسه با تمام رتبه های RgAP انجام شود. پس از یک بازجویی و مقایسه در ایالت 1 آن بیت‌هایی از ثبات نشانگر آدرس باقی می‌مانند که مربوط به سلول‌های حاوی اطلاعاتی هستند که با آنچه در ثبت علائم انجمنی ثبت شده مطابقت دارند. این اطلاعات را می توان به ترتیب تعیین شده توسط دستگاه کنترل خواند.

توجه داشته باشید که زمان جستجوی اطلاعات در SM توسط یک ویژگی تداعی تنها به تعداد ارقام ویژگی و نرخ نظرسنجی ارقام بستگی دارد، اما اصلاً به تعداد سلول های SM بستگی ندارد. این مزیت اصلی AMS را نسبت به حافظه‌های آدرس مشخص می‌کند: در حافظه‌های آدرس، در حین عملیات جستجو، لازم است تمام سلول‌های آرایه ذخیره‌سازی شمارش شوند. علاوه بر این، پیاده سازی های CAM وجود دارد که به طور همزمان تمام بیت های همه کلمات ذخیره شده در حافظه را جستجو می کند. زمان جستجو در چنین دستگاه هایی از زمان چرخه حافظه تجاوز نمی کند.

ثبت اطلاعات جدید در ZM بدون تعیین شماره سلول انجام می شود. معمولاً یکی از ارقام هر سلول برای نشان دادن کارکرد آن استفاده می شود. اگر سلول برای نوشتن آزاد باشد، این بیت نوشته می شود 0 و اگر مشغول است، - 1 . سپس، هنگامی که اطلاعات جدید در CAM نوشته می شود، علامت تنظیم می شود 0 در رقم مربوطه ثبت علائم انجمنی، و تمام سلول های SM که برای نوشتن آزاد هستند تعیین می شوند. در یکی از آنها، دستگاه کنترل اطلاعات جدیدی را قرار می دهد.

اغلب، CAM ها به گونه ای ساخته می شوند که علاوه بر ارتباطی، آدرس دهی مستقیم داده نیز مجاز است، که راحتی خاصی را هنگام کار ارائه می دهد.

لازم به ذکر است که عناصر حافظه CAM، بر خلاف عناصر حافظه آدرس پذیر، نه تنها باید اطلاعات را ذخیره کنند، بلکه عملکردهای منطقی خاصی را نیز انجام می دهند، بنابراین، آنها به شما امکان می دهند نه تنها با برابری سلول جستجو کنید. محتویات یک ویژگی معین، اما همچنین با شرایط دیگر: محتوای سلول بزرگتر از (کمتر از) مقایسه، و بزرگتر یا مساوی (کمتر یا مساوی) است.

ویژگی های CAM که در بالا ذکر شد، مزایای CAM را برای پردازش اطلاعات مشخص می کند. تشکیل چندین جریان از اطلاعات یکسان با استفاده از CAM سریع و ساده است و با تعداد زیادی عناصر عملیاتی می توان سیستم هایی با کارایی بالا ایجاد کرد. همچنین باید این واقعیت را در نظر بگیریم که بر اساس حافظه تداعی می توان تغییر در مکان و ترتیب اطلاعات را آسان کرد. به همین دلیل، CAM وسیله ای موثر برای تولید مجموعه های داده است.

مطالعات نشان می دهد که تعدادی از وظایف، مانند پردازش اطلاعات رادار، تشخیص تصویر، پردازش تصاویر مختلف و سایر وظایف با ساختار داده ماتریسی، به طور موثر توسط سیستم های انجمنی حل می شوند. علاوه بر این، برنامه نویسی چنین وظایفی برای سیستم های انجمنی بسیار آسان تر از سیستم های سنتی است.

متأسفانه، دستگاه‌های حافظه انجمنی پیچیدگی و هزینه تولید بالایی دارند، که بیشتر از RAM دینامیک و استاتیک است. حافظه انجمنی پایه ای برای ساخت سیستم های موازی انجمنی و همچنین برای هواپیماهای کنترل شده جریان داده است. دسترسی انجمنی بیشترین استفاده را در زیرسیستم های حافظه کش دارد.

حافظه پنهان

برای اولین بار، یک ساختار حافظه دو سطحی توسط M. Wilks در سال 1965 هنگام ساخت یک کامپیوتر Atlas پیشنهاد شد. ماهیت این رویکرد قرار دادن یک حافظه بافر پرسرعت با اندازه کوچک بین CPU و RAM بود. در حین کار رایانه، بخش هایی از OP که به آنها دسترسی دارید در حافظه بافر کپی می شوند. با توجه به رعایت اصل محلی بودن در مرجع، سود قابل توجهی در عملکرد حاصل می شود.

نوع جدیدی از حافظه نامیده می شود حافظه کش(از انگلیسی. حافظه پنهان- "محل مخفی شدن، پناهگاه")، از آنجایی که چنین حافظه ای پنهان است، برای CPU "نامرئی" است، که نمی تواند مستقیماً به آن دسترسی داشته باشد. به نوبه خود، برنامه نویس ممکن است اصلا از وجود حافظه پنهان آگاه نباشد. در رایانه های سریال، حافظه نهان برای اولین بار در سیستم های مدل 85 از خانواده IBMS/360 استفاده شد. امروزه حافظه کش در هر کلاسی از کامپیوترها وجود دارد و اغلب ساختاری چند سطحی دارد.

تمام عباراتی که قبلا تعریف شده اند را می توان برای حافظه کش استفاده کرد، اگرچه کلمه " خط» ( خط) اغلب به جای کلمه " استفاده می شود مسدود کردن» ( مسدود کردن).

به عنوان یک قاعده، حافظه نهان بر اساس رم بسیار سریع و گران قیمت استاتیک ساخته می شود، در حالی که سرعت آن 5-10 برابر بیشتر از RAM است و حجم آن 500-1000 برابر کمتر است. توجه داشته باشید که نه تنها و نه چندان هزینه بالای رم استاتیک است که از افزایش مقدار حافظه کش نسبت به ظرفیت رم جلوگیری می کند. واقعیت این است که با افزایش ظرفیت حافظه کش، پیچیدگی طرح های کنترل افزایش می یابد که به نوبه خود منجر به افت عملکرد می شود. مطالعات متعدد نشان داده است که نسبت مشخص شده حافظه نهان و رم بهینه است و با افزایش سرعت هر دو نوع حافظه در فرآیند توسعه رایانه حفظ خواهد شد.

همانطور که قبلا ذکر شد، CPU دسترسی مستقیم به حافظه کش ندارد. یک کنترلر خاص مسئول سازماندهی تعامل CPU، OP و حافظه کش است. کل OP به بلوک هایی با اندازه ثابت تقسیم می شود، در حالی که قسمت بالایی آدرس OP تعیین می کند آدرس بلوک، و قسمت پایین آن است آدرس یک کلمه در یک بلوک. تبادل اطلاعات بین OP و حافظه نهان در بلوک ها انجام می شود. حافظه نهان نیز آدرس‌دهی داخلی خود را دارد و هر بلوک خوانده شده از RAM بر اساس مقدار مشخصی در حافظه نهان قرار می‌گیرد. آدرس را در حافظه پنهان مسدود کنید. اغلب بلوک های کش نامیده می شوند خطوطیا خطوط کش.

اگر بلوک درخواست شده توسط CPU از قبل در حافظه پنهان باشد، پس از دسترسی به حافظه پنهان، خواندن آن کامل می شود. بنابراین، هنگام دسترسی به یک آدرس، کنترل کننده ابتدا باید تعیین کند که آیا یک نسخه از بلوک حاوی آن آدرس در حافظه نهان وجود دارد یا خیر، و اگر چنین است، تعیین کند که آن بلوک از کدام آدرس کش شروع می شود. کنترلر این اطلاعات را با استفاده از مکانیسم ترجمه آدرس. پیچیدگی این مکانیسم به این بستگی دارد استراتژی های قرار دادن، که تعیین می کند هر بلوک RAM در کجای حافظه نهان قرار گیرد.

این سوال که چه زمانی باید یک کپی از بلوک را از OP در حافظه نهان قرار داد کمتر مهم نیست. این مشکل با حل شده است استراتژی های نمونه گیری.

هنگام نوشتن در حافظه نهان، چندین روش برای جایگزینی اطلاعات قدیمی وجود دارد که توسط آنها تعیین می شود استراتژی تجدید حافظه اصلی.

اغلب اوقات زمانی پیش می‌آید که با وجود انتخاب بلوک لازم از RAM، جایی در حافظه پنهان برای قرار دادن آن وجود ندارد. در این صورت باید یکی از خطوط کش را انتخاب کرده و با یک بلوک جدید جایگزین کنید. راه تعیین خط کش برای حذف نامیده می شود استراتژی جایگزینی.

استراتژی های قرار دادن

راه های زیر برای قرار دادن داده ها در حافظه کش وجود دارد:

توزیع مستقیم؛

توزیع کاملاً انجمنی؛

· توزیع انجمنی جزئی (چندگانه).

عرض گذرگاه آدرس را فرض کنید n، سپس ظرفیت OP V OP = 2nکلمات بدون از دست دادن کلیت، اندازه خط کش را 256 کلمه تعریف می کنیم، بنابراین کل OP به دو دسته تقسیم می شود. 2n-8بلوک ها به آدرس ارشد OP n-8بیت آدرس بلوک را تعیین می کند و بایت کم آدرس کلمه موجود در بلوک را تعیین می کند. ظرفیت حافظه پنهان را بگذارید کش V 1024 برابر کمتر از ظرفیت OP، یعنی. کش V = 2n-10کلمات یا 2n-18بلوک ها (خطوط کش).

توزیع مستقیم

اگر هر بلوک از حافظه اصلی فقط یک مکان ثابت داشته باشد که در آن می تواند در حافظه پنهان ظاهر شود، چنین حافظه پنهانی نامیده می شود. حافظه پنهان تخصیص مستقیم(کش نگاشت مستقیم). این ساده‌ترین سازماندهی حافظه نهان است که در آن از کمترین بیت‌های آدرس بلوک برای نگاشت آدرس‌های بلوک‌های OP به آدرس‌های حافظه پنهان استفاده می‌شود. بنابراین، تمام بلوک‌های OP که دارای کمترین ارقام یکسان در آدرس خود هستند در یک خط کش قرار می‌گیرند، یعنی.

(آدرس خط کش) = (آدرس بلوک RT) مد (تعداد بلوک های موجود در کش)

در مثال ما، آدرس خط کش ججوان خواهد بود n-18بیت آدرس بلوک OP (شکل 3.9 را ببینید). تبدیل آدرس بلوک OD به آدرس خط کش با واکشی این موارد پایین انجام می شود. n-18بیت در این آدرس خط کش، هر یک از بلوک های OP 1024 دارای همان آدرس هستند n-18بیت های پایین تر بین خود، این بلوک ها با مهم ترین 10 بیت متفاوت خواهند بود تی، تماس گرفت برچسب زدن. برای تعیین اینکه کدام بلوک RAM خاص در حال حاضر در حافظه نهان ذخیره شده است، از حافظه دیگری استفاده می شود - به اصطلاح حافظه برچسب (حافظه برچسب). حافظه برچسب کلمه به کلمه مورد خطاب قرار می گیرد و هر کلمه دارای اندازه ای برابر با اندازه برچسب است. ظرفیت حافظه تگ حاصل ضرب اندازه برچسب و تعداد کل خطوط کش است، برای مثال ما 10 2 n-18بیت آدرس حافظه تگ آدرس خط کش است با. برخلاف حافظه برچسب، حافظه ای که بلوک های کش را ذخیره می کند نامیده می شود حافظه داده. حافظه داده کلمه به کلمه آدرس دهی می شود، آدرس آن از آدرس خط کش و آدرس کلمه درون بلوک (خط کش) تشکیل می شود.

برنج. 3.9. ساختار آدرس حافظه در تخصیص مستقیم

برنج. 3.10. سازمان کش با تخصیص مستقیم

هنگام دسترسی آ-ام آدرس OP (شکل 3.10) جونیور n-18بیت آدرس بلوک (فیلد ج) حاوی این آدرس به عنوان آدرس خط کش استفاده می شود. تگ از حافظه برچسب در آدرس خط کش خوانده می شود (فیلد تی). به موازات این، حافظه داده با استفاده از آن قابل دسترسی است n-10کمترین بیت های مهم آدرس آ(زمینه های جو w). اگر تگ خواندن و 10 بیت بالای آدرس آمطابقت، به این معنی است که بلوک حاوی آدرس است آ، در حافظه داده وجود دارد و کلمه قابل دسترسی یک کپی از آن را ذخیره می کند آآدرس OP.

اگر تگ با 10 بیت بالای آدرس متفاوت باشد آ، سپس بلوکی حاوی آدرس از حافظه اصلی خوانده می شود آو خط کش از حافظه پنهان حذف می شود که آدرس آن توسط فیلد مشخص می شود ج(جوانتر n-18بیت) آدرس بلوک در حال خواندن. بلوک خوانده شده از RAM به جای خط کش حذف شده قرار می گیرد و تگ مربوطه در حافظه تگ به روز می شود.

مزیت تخصیص مستقیم سهولت اجرا است، با این حال، با توجه به این واقعیت که آدرس خط کش به طور منحصر به فرد توسط آدرس بلوک OP تعیین می شود، احتمال تمرکز مناطق بلوک در بخشی از کش وجود دارد. جایگزینی بلوک‌ها در این بخش اغلب اتفاق می‌افتد، در حالی که سایر قسمت‌های کش ممکن است بیکار باشند. در چنین شرایطی، اثربخشی حافظه نهان به طور محسوسی کاهش می یابد.

حافظه انجمنی

آنها می گویند که حافظه بر سه پایه استوار است: تداعی ها، حک شدن، تکرار. اما آیا رعایت این مدل الزامی است؟ خوانندگان باهوش به راحتی قیاسی با ایده های باستانی در مورد نظم جهانی و زمین که سطحی صاف دارد، خواهند دید. اما آیا رعایت این مدل الزامی است؟ با این حال، تا زمانی که مدل قدیمی مناسب شما باشد، می توانید با موفقیت از آن در تمرینات روزمره استفاده کنید.

تداعی‌ها سرنخ‌های نامرئی هستند که آنچه را که قبلاً به خوبی به خاطر می‌آوریم، با آنچه باید در حافظه ثابت شود، محکم وصل می‌کنند.

حافظه انجمنی می توانو نیاز بهتوسعه و آموزش دهد. با به کارگیری تلاش های آگاهانه، جستجوی تداعی ها بسیار سریعتر می شود و با گذشت زمان این مهارت به سطح ناخودآگاه می رسد، تداعی ها به خودی خود خواهند بود و یادآوری اطلاعات آسان تر و آسان تر می شود.

اما به اندازه کافی تئوری، وقت آن است که مستقیماً به تمرینات ساده و کاملاً آسان بروید!

بنابراین، شما 50 کلمه را خوانده اید و تصاویر مربوطه را تا حد امکان واضح، رنگی و حرکتی ارائه می دهید. حالا سعی کنید همه کلمات را به یک داستان بلند یا چند داستان کوتاه متصل کنید: یک گربه، یک خانه، یک ماشین، یک سیب ...

کلید

گربه سفید و قرمز وارد خانه آجری قرمز شد، به داخل گاراژ ساخته شده رفت، سوار ماشین سرمه ای شد، به سمت اتوبان رفت و در حالی که فرمان را با پنجه چپ خود می راند، سیب سبز را اخم کرد و آن را نگه داشت. با پنجه راستش

در این مرحله از رشد حافظه نیازی به یادآوری کلمات نیست. این کار را کمی دیرتر و به راحتی و بدون زحمت انجام خواهید داد. اکنون توصیه نمی کنم که خود را با تمرینات پیچیده بیش از حد بارگیری کنید. آیا می خواهید به سطح بسیار بالایی از حافظه برسید؟ برای اکثر افراد، حرکت با افزایش کم کم، اما به طور منظم، کارآمدتر است.

این متن یک مقدمه است.برگرفته از کتاب روانشناسی هوش و استعداد نویسنده اوشاکوف دیمیتری ویکتورویچ

شیوه های تفکر خلاق، شبکه انجمنی و توجه تقسیم شده ایده های مکانیسم هایی که می توان با قطب شهودی تفکر در روانشناسی مدرن مقایسه کرد به آثار S. Mednik برمی گردد. در اوایل دهه 1960، او آن فرد را پیشنهاد کرد

نویسنده مولر استانیسلاو

قسمت اول: چگونه حافظه خود را در چهل و پنج دقیقه دو برابر کنیم، یا مقدمه ای بر حافظه هولوگرافیک چگونه همه چیز شروع شد... چند سال پیش، پس از پایان آخرین کلاس حافظه، دانش آموزی از نتایج آن شکایت کرد.

از کتاب حافظه خود را باز کنید: همه چیز را به خاطر بسپارید! نویسنده مولر استانیسلاو

حافظه تداعی می گویند که حافظه بر سه پایه استوار است: تداعی، حک شدن، تکرار. اما آیا پایبندی به این مدل ضروری است؟خوانندگان باهوش به راحتی می توانند قیاسی با ایده های باستانی در مورد نظم جهانی و در مورد زمین که دارای یک تخت است ببینند.

از کتاب حافظه خود را باز کنید: همه چیز را به خاطر بسپارید! نویسنده مولر استانیسلاو

حافظه تداعی همان بازی (یا تمرین، اگر دوست دارید) تداعی کلمات با هم، اما فقط با مشارکت احساسات لمسی. یک داستان بیابید که شامل تمام پنجاه کلمه یا چند کلمه کوتاه است که در ابتدا حتی یک داستان را شامل می شود

از کتاب حافظه خود را باز کنید: همه چیز را به خاطر بسپارید! نویسنده مولر استانیسلاو

حافظه تداعی همان بازی (یا تمرین) در پیوند انجمنی کلمات، اما با صداها و لمس ها. یک یا چند داستان شامل پنجاه کلمه بیاورید به همین ترتیب از کلمات دشوار می گذریم. هر چند در صورت تمایل و

از کتاب حافظه خود را باز کنید: همه چیز را به خاطر بسپارید! نویسنده مولر استانیسلاو

حافظه تداعی یک داستان شامل تمام پنجاه کلمه یا چند کلمه کوتاه بیایید. کلمات دشوار اکنون نادیده گرفته نمی شوند. تدوین یک داستان دیگر نباید برای شما سخت باشد.کلمات یا داستان ها را در این مرحله از رشد انجمنی به خاطر بسپارید

نویسنده مولر استانیسلاو

قسمت اول چگونه حافظه خود را در 45 دقیقه دو برابر کنیم، یا مقدمه ای بر حافظه هولوگرافیک "در آغاز اعمال باشکوه ..." چندین سال پیش، پس از اتمام آخرین درس در مورد رشد حافظه، یکی از دانش آموزان از من شکایت کرد: - استانیسلاو، مردم به سمت شما می آیند، به

از کتاب به یاد داشته باشید همه چیز [رازهای حافظه فوق العاده. کتاب آموزشی] نویسنده مولر استانیسلاو

حافظه تداعی می گویند که حافظه بر سه پایه استوار است: تداعی ها، حک شدن، تکرار. اما آیا رعایت این مدل الزامی است؟ خوانندگان باهوش می توانند به راحتی قیاسی با ایده های باستانی در مورد نظم جهانی و زمین که دارای یک تخت است ببینند.

از کتاب بیایید از نو شروع کنیم، یا چگونه فردا خود را ببینیم نویسنده کوزلوف نیکولای ایوانوویچ

خاطره گذشته و خاطره آینده، روانشناسان همکار من، پژوهشگران حافظه، معتقدند که ذخایر حافظه ما عملاً پایان ناپذیر است. سرمان کافی است که همه چیز و همیشه به یاد بیاوریم: آن گفتگوی تصادفی در خیابان و تکان خوردن هر شاخه آن

برگرفته از کتاب روانشناسی بزرگسالی نویسنده ایلین اوگنی پاولوویچ

روش شناسی انجمنی برای تشخیص بلوغ شخصی نویسندگان: E. V. Kalyaeva, T. V. Prokofieva Instruction. توجه شما به تعدادی از کلمات دعوت می شود. به این فکر کنید که هر یک از این کلمات چه تداعی هایی را برمی انگیزد، آنها را یادداشت کنید. 35 ویژگی ارائه شده است که این مفهوم را آشکار می کند.

برگرفته از کتاب روانشناسی رشد [روش تحقیق] توسط میلر اسکات

حافظه «روزانه» و حافظه بلندمدت دو سؤال دیگر مرتبط با مبحث «حافظه» را در نظر بگیرید. تاکنون تمرکز بر روش‌های استاندارد آزمایشگاهی بوده است که اغلب در مطالعه حافظه در هر سنی مورد استفاده قرار می‌گیرند. دو مورد آخر

برگرفته از کتاب روانشناسی عمومی نویسنده Dmitrieva N Yu

8. روانشناسی انجمنی در فرآیند شکل گیری روانشناسی، رویکرد انجمنی به ادراک رواج یافت. روانشناسی انجمنی یکی از گرایش های اصلی در روانشناسی قرن هفدهم تا نوزدهم است. اصل توضیحی اصلی زندگی ذهنی مفهوم بود

از کتاب همه بهترین هایی که با پول نمی توان خرید. جهانی بدون سیاست، فقر و جنگ نویسنده فرسکو ژاک

توسط نیوبرگ اندرو

برگرفته از کتاب راز خدا و علم مغز [عصب شناسی ایمان و تجربه دینی] توسط نیوبرگ اندرو

برگرفته از کتاب راز خدا و علم مغز [عصب شناسی ایمان و تجربه دینی] توسط نیوبرگ اندرو
حافظه تداعی یک حافظه توزیع شده است که بر اساس تداعی ها، مشابه مغز موجودات زنده یاد می گیرد. در فناوری اطلاعات، حافظه نه از طریق آدرس، بلکه از طریق محتوا قابل دسترسی است. مدلی که حافظه انجمنی را پیاده سازی می کند باید الگوی مورد نیاز را تشخیص داده و آن را بازیابی کند.

برخلاف حافظه معمولی ماشین که در آن کاربر یک آدرس حافظه را مشخص می کند و RAM کلمه داده ذخیره شده در آن آدرس را برمی گرداند، UA طوری طراحی شده است که کاربر کلمه داده را مشخص می کند و UA تمام حافظه را جستجو می کند تا ببیند آیا در کجا ذخیره شده است یا خیر. هر چیزی در آن اگر یک کلمه داده پیدا شود، UA لیستی از یک یا چند آدرس ذخیره سازی را که کلمه در آن پیدا شده است، برمی گرداند (و در برخی از معماری ها، خود کلمه داده یا سایر داده های مرتبط را نیز برمی گرداند). بنابراین، AP یک پیاده سازی سخت افزاری است که از نظر برنامه نویسی، آرایه انجمنی نامیده می شود.

حافظه خودتداعی

حافظه مرتبط خودکار حافظه ای است که می تواند یک تصویر را تکمیل یا تعمیر کند، اما نمی تواند تصویر حاصل را با تصویر دیگری مرتبط کند. هنگام حل مشکل حافظه خودکار، شبکه عصبی تصاویر (بردارها) ارسال شده به آن را به خاطر می آورد. سپس توضیحات ناقص یا نمایش نویز تصاویر اصلی ذخیره شده در حافظه به صورت متوالی وارد این شبکه می شود و وظیفه تشخیص یک تصویر خاص تعیین می شود. یادگیری بدون نظارت برای تنظیم شبکه های عصبی طراحی شده برای حل مشکلات حافظه خودکار استفاده می شود.

حافظه ناهمسانی

حافظه Heteroassociative حافظه ای است که در آن مجموعه دلخواه از تصاویر ورودی (محرک) با مجموعه دیگری از سیگنال های مشتق خروجی (پاسخ) مرتبط است. در این حالت، ابعاد فضای سیگنال های خروجی می تواند یا با ابعاد فضای سیگنال های ورودی متفاوت باشد یا منطبق باشد. یک مدل یادگیری نظارت شده برای تنظیم شبکه های عصبی طراحی شده برای حل مشکلات حافظه غیرهمبستگی استفاده می شود.

دو مرحله در عملکرد حافظه انجمنی را شرح دهید

فاز حافظه مطابق با فرآیند یادگیری شبکه مطابق با فرمول، جایی که

- تصویر کلیدی

-بردار الگوی حفظ شده،

-تعداد تصاویر (ظرفیت). تصویر کلید نه تنها به عنوان محرکی عمل می کند که مکان تصویر به یاد مانده را تعیین می کند، بلکه حاوی کلید بازیابی آن نیز می باشد.

مرحله بهبودی مربوط به فرآیند بازیابی یک تصویر ذخیره شده در پاسخ به ارائه یک نسخه نویز یا خراب از یک کلید به شبکه است.

فرآیند تشخیص الگو را تعریف کنید

تشخیص الگو فرآیندی است که در آن تصویر (سیگنال) به دست آمده باید به یکی از کلاس ها (دسته ها) از پیش تعریف شده اختصاص داده شود. برای اینکه یک مجموعه عصبی بتواند مشکلات تشخیص الگو را حل کند، ابتدا باید آموزش داده شود.

دو نوع ماشین تشخیص الگو را توضیح دهید.

نوع 1 دستگاه.

این سیستم از دو بخش تشکیل شده است: یک شبکه استخراج ویژگی (بدون نظارت) و یک شبکه طبقه بندی (با نظارت). تصویر - مجموعه ای از
مشاهدات، هر مشاهده را می توان به عنوان یک نقطه در نظر گرفت در فضای بعدی مشاهدات (داده ها). استخراج ویژگی با استفاده از تبدیلی که به یک نقطه میانی ترجمه می شود، توصیف می شود فضای ویژگی های بعدی
. این تبدیل را می توان به عنوان یک عملیات کاهش ابعاد (فشرده سازی داده ها) مشاهده کرد که کار طبقه بندی را ساده می کند. طبقه بندی - تبدیلی که یک نقطه میانی را به یکی از کلاس ها ترسیم می کند فضای بعدی راه حل ها (- تعداد کلاس های انتخاب شده).

نوع دوم دستگاه

این سیستم به عنوان یک شبکه پیشخور چند لایه تکی با استفاده از یکی از الگوریتم های یادگیری تحت نظارت طراحی شده است. با این رویکرد، وظیفه استخراج ویژگی ها توسط گره های محاسباتی لایه پنهان شبکه انجام می شود.

روشی را برای حل مشکل شناسایی سیستم توضیح دهید.

اجازه فرمول

رابطه بین ورودی و خروجی را در یک سیستم ناشناخته با ورودی های متعدد و خروجی های بدون حافظه (تغییر زمانی سیستم) توصیف می کند. سپس مجموعه ای از نمونه های برچسب گذاری شده را می توان برای آموزش یک شبکه عصبی که مدلی از این سیستم را نشان می دهد استفاده کرد. اجازه دهید - خروجی شبکه عصبی مربوط به بردار ورودی . سیگنال خطا ( =(پاسخ مطلوب) - (خروجی شبکه)) برای تنظیم پارامترهای آزاد شبکه به منظور به حداقل رساندن ریشه میانگین مربعات خطا استفاده می شود.

روشی را برای ساختن یک سیستم معکوس توضیح دهید

احتمالاً یک سیستم MIMO (با چندین ورودی و خروجی) بدون حافظه وجود دارد که برای آن تبدیل فضای ورودی به فضای خروجی با رابطه توضیح داده شده است. لازم است سیستمی ساخته شود که در پاسخ به بردار

یک پاسخ تولید می کند که به عنوان یک بردار مشخص می شود. سیستم معکوس را می توان به صورت زیر توصیف کرد:

تابع برداری

- معکوس بر اساس بسیاری از نمونه های برچسب گذاری شده (

) می توانید یک شبکه عصبی بسازید که تابع معکوس را با استفاده از این طرح تقریبی می کند:

() - پاسخ مورد نظر، () - سیگنال ورودی (بردارها، - مکانها تغییر کرده اند). بردار سیگنال خطا برابر است با اختلاف بین بردار مورد نظر و خروجی واقعی شبکه عصبی که در پاسخ به اغتشاش به دست می آید. در اینجا، بردار سیگنال خطا برای به حداقل رساندن مجموع اختلاف مجذور بین خروجی های سیستم معکوس ناشناخته و شبکه عصبی به معنای ایستا (یعنی محاسبه شده در کل مجموعه مثال های آموزشی) استفاده می شود.

یک بلوک دیاگرام از یک سیستم کنترل بازخورد ارائه دهید

این سیستم از یک بازخورد واحد استفاده می کند که کل شیء کنترل را پوشش می دهد. بنابراین، خروجی شی کنترل از سیگنال مرجع () دریافت شده از یک منبع خارجی کم می شود. سیگنال خطا (e) به دست آمده از این طریق به کنترل کننده عصبی برای تنظیم پارامترهای آزاد داده می شود. وظیفه اصلی کنترلر حفظ چنین بردار شی ورودی است که سیگنال خروجی (y) با مقدار مرجع (d) مطابقت دارد. به عبارت دیگر، وظیفه کنترلر این است که نگاشت ورودی-خروجی شی کنترل را معکوس کند.

عملیات جمع منطقی و حاصلضرب منطقی روی مجموعه های فازی را شرح دهید

مجموعه فازی تعمیم مجموعه های معمولی (روشن) است. روش سنتی برای نمایش یک عنصر از مجموعه A استفاده از تابع مشخصه است

، که اگر عنصر متعلق به مجموعه A باشد برابر با 1 یا در غیر این صورت برابر با 0 است. در سیستم های فازی، یک عنصر می تواند تا حدی به هر مجموعه ای تعلق داشته باشد. درجه عضویت در مجموعه A که تعمیم تابع مشخصه است تابع عضویت نامیده می شود و

، و

یعنی x به مجموعه A تعلق ندارد و

- مالکیت کامل مقدار خاص تابع عضویت را درجه یا ضریب عضویت می گویند.

عملیات جمع بولی:

اجازه دهید
کوچکترین زیر مجموعه فازی است که هر دو را شامل می شود بنابراین با عملکرد عضویت:

عملیات منطقی محصول در مجموعه های فازی:

اجازه دهید
- بزرگترین زیر مجموعه فازی که به طور همزمان در و در موجود است، سپس تابع عضویت به شکل زیر است:

نفی مجموعه و عملیات عادی سازی مجموعه را برای مجموعه های فازی توصیف کنید

تنظیم عملیات نفی:

اجازه دهید - تمام مجموعه ای که نیست ، سپس عنصر متعلق به مجموعه با توجه به تابع تعیین می شود:

عادی سازی مجموعه های فازی:

SUPERMUM: Sup - حد بالایی دقیق (حداکثر مقدار عضویت موجود در مجموعه).

NORMALIZATION: یک مجموعه فازی نرمال است اگر مازاد مجموعه برابر با یک باشد. برای عادی سازی، تعلقات عناصر را دوباره بخوانید:

M "a (x) \u003d Ma (x) / (Sup Ma (x))

عملیات تمرکز و کشش را برای مجموعه های فازی شرح دهید

عملیات تمرکز:

عملیات تاری:

یک متغیر زبانی را تعریف کنید

متغیری که مقادیر آن می تواند هم اعداد و هم کلمات و ترکیب آنها باشد. به عنوان مثال، متغیر زبانی "سرعت" می تواند دارای مقادیر "بالا"، "متوسط"، "بسیار کم" و غیره باشد. عباراتی که متغیر مقدار آنها را می گیرد، به نوبه خود نام هستند. متغیرهای فازیو شرح داده می شوند مجموعه فازی.

تعریف ریاضی متغیر زبانی:
، نام متغیر کجاست.
- مجموعه ای از نام مقادیر زبانی یک متغیر که هر کدام یک متغیر فازی در مجموعه هستند.
; - قانون نحوی برای تشکیل نام مقادیر؛
یک قاعده معنایی برای مرتبط کردن هر مقدار ارزش با مفهوم آن.

عملیات محصول جبری را برای مجموعه های فازی شرح دهید

عملیات محصول جبری برای مجموعه و توسط تابع عضویت زیر در قالب یک محصول جبری توصیف می شود: (تجمیع در سطح ضمنی). جایی که، به نوبه خود، هر یک از توابع عضویت برای و شکل یک محصول جبری را به خود می گیرد:

(تجمیع مقدمات).

اندازه گیری جیگر را که درجه مبهم بودن مجموعه ها را مشخص می کند، توصیف کنید

برای تعیین درجه فازی بودن یک مجموعه، مفهوم معیار فازی معرفی شده است که به اندازه گیری سطح تفاوت بین مجموعه فازی و نفی آن خلاصه می شود. محبوب ترین معیار جیگر این است:

تعداد عناصر در
فاصله بین مجموعه ها و در متریک (که برابر با 1 یا 2 است). متریک Hamming با مقدار مطابقت دارد

متریک اقلیدسی را توصیف کنید که اندازه گیری فازی بودن یک مجموعه را مشخص می کند

اندازه گیری یاگر در مقدار متریک

متریک اقلیدسی نامیده می شود:

اندازه گیری آنتروپی فازی مجموعه Kosko را شرح دهید

این معیار که توسط B. Kosko پیشنهاد شده است، بر اساس اعداد اصلی مجموعه ها است:

شماره اصلی را تنظیم کنید

مجموع ضرایب عضویت تمام عناصر این مجموعه، یعنی.

سیستم استنتاج فازی ممدانی زاده را شرح دهید

عناصر نظریه مجموعه های فازی، قواعد استلزام و استدلال فازی یک سیستم استنتاج فازی را تشکیل می دهند. قابل تشخیص است:

مجموعه ای از قوانین فازی استفاده شده؛
یک پایگاه داده حاوی توضیحات توابع عضویت؛
مکانیسم استنتاج و تجمع، که توسط قواعد کاربردی استلزامی شکل می گیرد.

در مورد اجرای فنی، کمیت های اندازه گیری شده به عنوان سیگنال ورودی و خروجی عمل می کنند و مقادیر ورودی را به طور واضح با مقادیر خروجی مربوطه مقایسه می کنند.

برای اطمینان از تعامل این دو نوع، یک سیستم فازی با به اصطلاح فازی فایر (مبدل مجموعه داده های ورودی به یک مجموعه فازی) در ورودی و یک dehasifier (تبدیل مجموعه های فازی به مقدار مشخصی از متغیر خروجی) در خروجی.

سیگنال خروجی ماژول خروجی می تواند به صورت مجموعه های فازی باشد که محدوده تغییر متغیر خروجی را تعیین می کند. دیفازیفایر این محدوده را به یک مقدار مشخص تبدیل می کند که به عنوان خروجی کل سیستم در نظر گرفته می شود.

مدل استنتاج ممدانی زاده شامل عملگرهای زیر است:

شکل 1. نمونه سیستم استنتاج ممدانی زاده

روی انجیر شکل 1 روش تجمیع دو متغیر ورودی را نشان می دهد.

فازیفایر را مشخص کنید

یک مجموعه واضح را به یک مجموعه فازی تبدیل می کند که با یک تابع عضویت مشخص می شود.

مفهوم تابع عضویت را شرح دهید

تابع عضویت فازی یک تقریب پیوسته از تابع آستانه عضویت دقیق است.

ضریب عضویت مقداری از محدوده ای است که درجه عضویت یک عنصر در یک مجموعه فازی را مشخص می کند.

یک عدد واقعی که مقداری را در محدوده (0،1) می گیرد، در حالی که 1 به معنای عضویت 100% (بی قید و شرط) a در مجموعه و 0 - عدم وجود مطلق در . مقادیر بین 0 و 1 عناصر شامل فازی را مشخص می کند.

نگاشت مجموعه ای از عناصر به مجموعه ای از مقادیر، یک تابع عضویت را تشکیل می دهد.

تابع را می توان به طور صریح به شکل، به عنوان مثال، یک عبارت جبری یا به شکل جدولی (گسسته) به عنوان یک آرایه از جفت تعریف کرد.

تابع عضویت گاوسی تعمیم یافته را شرح دهید

تابع عضویت گاوسی برای یک متغیر متمرکز

و پارامتر عرض

به نظر می رسد:

یک تابع گاوسی تعمیم یافته نیز وجود دارد:
پارامتر فرم

برنج 3. نمودار تابع گاوسی تعمیم یافته برایc=1،

تابع گاوسی تعمیم یافته نیز می تواند به شکل منطقی باشد:
.

مفهوم فازی زدایی مجموعه فازی را شرح دهید

فرآیند غیرفازی سازی تبدیل یک مجموعه فازی داده شده توسط تابع عضویت به اسکالر است.

فاززدایی را با توجه به مرکز میانگین توصیف کنید

فازی زدایی نسبت به مرکز میانی:

جایی که

مرکز

-امین تابع عضویت واحد که در تابع جمع نهایی شرکت می کند.

فاززدایی را با توجه به مرکز منطقه توصیف کنید

فاززدایی نسبت به مرکز منطقه:

یا به صورت گسسته

یک بلوک دیاگرام از عملکرد الگوریتم ژنتیک ارائه دهید.

الگوریتم ژنتیک یک روش اکتشافی است که برای حل مسائل بهینه‌سازی و مدل‌سازی از طریق انتخاب متوالی و ترکیب پارامترهای مورد نظر با استفاده از مکانیسم‌های یادآور تکامل بیولوژیکی استفاده می‌شود. بلوک دیاگرام الگوریتم ژنتیک:

مفاهیم کدگذاری عدد صحیح و واقعی را شرح دهید.

انتخاب روش رمزگذاری یکی از مهم ترین مراحل در استفاده از الگوریتم های تکاملی است. به ویژه، شرط زیر باید برآورده شود: باید امکان رمزگذاری (با یک خطای قابل قبول) در کروموزوم هر نقطه از منطقه در نظر گرفته شده از فضای جستجو وجود داشته باشد. عدم رعایت این شرط می تواند هم منجر به افزایش زمان جستجوی تکاملی و هم عدم امکان یافتن راه حلی برای مشکل شود.

به عنوان یک قاعده، پارامترهای عددی محلول در کروموزوم کدگذاری می شوند. برای این کار می توان از کدگذاری اعداد صحیح و واقعی استفاده کرد.

رمزگذاری عدد صحیح

در یک الگوریتم ژنتیک کلاسیک، کروموزوم یک رشته بیت است که پارامترهای حل یک مسئله معین را رمزگذاری می کند.

کد نویسی واقعی

اغلب راحت تر است که در یک ژن نه یک عدد صحیح، بلکه یک عدد واقعی رمزگذاری شود. این به شما امکان می دهد تا از شر عملیات رمزگذاری و رمزگشایی مورد استفاده در رمزگذاری اعداد صحیح خلاص شوید و دقت راه حل را افزایش دهید.

روش های انتخاب را شرح دهید.

انتخاب (انتخاب) برای انتخاب افراد سازگارتر برای عبور ضروری است. گزینه های انتخاب زیادی وجود دارد، ما معروف ترین آنها را شرح خواهیم داد.

انتخاب رولتدر این نوع انتخاب، احتمال شرکت i امین فرد در عبور از پی، متناسب با مقدار تناسب فی آن است و برابر است با.

فرآیند انتخاب افراد برای عبور شبیه یک بازی رولت است.

دایره رولت به بخش هایی تقسیم می شود و مساحت بخش i با مقدار پی متناسب است. پس از آن، رولت n بار می چرخد، که در آن n اندازه جمعیت است، و فردی که برای عبور انتخاب می شود، توسط بخشی که رولت روی آن متوقف می شود، تعیین می شود.

انتخاب با برشهنگام انتخاب برش، پس از محاسبه مقادیر تناسب برای عبور، Ln بهترین افراد انتخاب می شوند، جایی که L "آستانه برش" است، 0
به عنوان یک قاعده، L را در محدوده 0.3 تا 0.7 انتخاب کنید.

انتخاب مسابقاتدر مورد استفاده از انتخاب مسابقات برای عبور، مانند انتخاب رولت، n نفر انتخاب می شوند.

برای انجام این کار، t افراد به طور تصادفی از جامعه انتخاب می شوند و مناسب ترین آنها اجازه عبور داده می شود. می گویند یک تورنمنت از t فرد تشکیل می شود، t اندازه مسابقات است. این عمل n بار تکرار می شود.

هر چه مقدار t بزرگتر باشد، فشار انتخاب بیشتر است. نوع انتخاب مسابقات، زمانی که t = 2 باشد، یک تورنمنت باینری نامیده می شود. مقادیر معمولی اندازه مسابقات t = 2، 3، 4، 5 است.
28. اصل عملکرد عملگرهای متقاطع یک نقطه ای، دو نقطه ای و همگن را برای کدگذاری عدد صحیح شرح دهید.

برای رمزگذاری اعداد صحیح، اغلب از عملگرهای متقاطع 1 نقطه، 2 نقطه و یکنواخت استفاده می شود.

متقاطع 1 نقطه ای مشابه عملیات متقاطع کروموزوم هنگام عبور از موجودات بیولوژیکی عمل می کند. برای انجام این کار، یک نقطه شکست دلخواه انتخاب می شود و بخش هایی از کروموزوم های والدین برای ایجاد فرزندان مبادله می شوند.

برای عملگر متقاطع 2 نقطه ای، 2 نقطه شکست تصادفی انتخاب می شود، پس از آن، برای ایجاد فرزندان، کروموزوم های والدین مناطق بین نقاط شکست را مبادله می کنند. توجه داشته باشید که برای عملگر 2 نقطه ای متقاطع، ابتدا و انتهای کروموزوم "چسبیده" در نظر گرفته می شود که در نتیجه یکی از نقاط شکست می تواند به ابتدا / انتهای کروموزوم ها بیفتد و در این مورد نتیجه عبور از 2 نقطه با نتیجه عبور از 1 نقطه منطبق خواهد شد.

هنگام استفاده از عملگر متقاطع همگن، بیت های کروموزوم های والدین مستقل از یکدیگر به ارث می رسند. برای انجام این کار، احتمال p0 را تعیین کنید که رقم i-ام کروموزوم والدین اول به فرزند اول و والد دوم به فرزند دوم برسد. احتمال رخداد مخالف (1 – p0) است. هر بیت از کروموزوم های والدین مطابق با مقدار p0 بین کروموزوم های فرزندان "بازی" می شود. در بیشتر موارد، احتمال هر دو رویداد یکسان است، یعنی. p0 = 0.5.
29. اصل عملکرد یک متقاطع دو نقطه ای را برای کدگذاری واقعی شرح دهید.

متقاطع 2 نقطه ای برای کدگذاری واقعی اساساً همان متقاطع 2 نقطه ای برای کدگذاری اعداد صحیح است. تفاوت این است که نقطه شکست را نمی توان "در درون" ژن انتخاب کرد، بلکه باید بین ژن ها قرار گیرد.
30. مفهوم توانایی تخریب کراس اوور را شرح دهید.

اپراتورهای متقاطع با توانایی تخریب کروموزوم های والدین مشخص می شوند.

متقاطع برای کدگذاری اعداد صحیح اگر در نتیجه کاربرد آن، فاصله همینگ بین کروموزوم‌های حاصل از فرزندان و کروموزوم‌های والدین زیاد باشد، مخرب‌تر در نظر گرفته می‌شود.

به عبارت دیگر، توانایی یک عدد صحیح برای از بین بردن به این بستگی دارد که چقدر محتویات کروموزوم‌های والدین را «مخلوط» (بازترکیب) می‌کند. بنابراین، متقاطع 1 نقطه ای ضعیف در نظر گرفته می شود، در حالی که متقاطع همگن، در بیشتر موارد، یک اپراتور به شدت مخرب است. بر این اساس، گذرگاه 2 نقطه ای از نظر قدرت تخریب نسبت به اپراتورهای گذرگاه 1 نقطه ای و همگن موقعیت متوسطی را به خود اختصاص می دهد.

در مورد متقاطع برای کدگذاری واقعی، توانایی تخریب با توجه به فاصله زیاد در فضای جستجو بین نقاط مربوط به کروموزوم های والدین و فرزندان تعیین می شود. بنابراین، اثر مخرب متقاطع 2 نقطه ای به محتوای کروموزوم های والدین بستگی دارد. توانایی تخریب متقاطع حسابی به مقدار پارامتر l بستگی دارد، به عنوان مثال برای l >> 1 و l >> 0، توانایی تخریب کم خواهد بود. برای BLX-a cross over، توانایی تخریب هم به مقدار a و هم به تفاوت در مقادیر ژن های مربوطه افراد والدین بستگی دارد.

توجه داشته باشید که در کنار توانایی تخریب، از توانایی ایجاد (آفرینش، ساختن) با عبور از افراد جدید نیز صحبت می شود. بنابراین، تأکید می شود که با از بین بردن کروموزوم های افراد والدین، عبور از آن می تواند کروموزوم های کاملا جدیدی ایجاد کند که قبلاً در روند جستجوی تکاملی با آنها مواجه نشده اند.
31. الگوریتم ژنتیک متعارف را شرح دهید.

الگوریتم ژنتیک متعارف توسط جان هالند توسعه داده شد و در کتاب سازگاری در سیستم‌های طبیعی و مصنوعی، 1975 توضیح داده شد. یکی از مدل های اساسی جستجوی تکاملی را نشان می دهد که در دهه 70-80 قرن بیستم به طور مفصل مورد مطالعه قرار گرفت.

GA متعارف دارای ویژگی های زیر است:

رمزگذاری عدد صحیح؛

طول همه کروموزوم های یک جمعیت یکسان است.

اندازه جمعیت ثابت؛

انتخاب رولت؛

اپراتور متقاطع تک نقطه ای.

جهش بیتی؛

نسل جدید فقط از افراد نسل تشکیل می شود (شکاف نسلی T = 1).
32. چه مدل هایی از بازنمایی دانش را می شناسید؟

رایج ترین مدل های بازنمایی دانش در سیستم های خبره عبارتند از:

مدل بازنمایی دانش با استفاده از منطق محمولات مرتبه اول.

مدل تولید؛

مدل قاب;

مدل بازنمایی دانش در قالب یک شبکه معنایی.

مدل بازنمایی دانش در قالب تابلوی اعلانات.

مدل بازنمایی دانش در قالب یک سناریو؛

مدل نمایش دانش بر اساس منطق فازی.

مدل شبکه عصبی بازنمایی دانش

33. مدل منطقی دانش چیست؟

مدل منطقی بازنمایی دانش مبتنی بر منطق محمولات است. یک محمول یا تابع منطقی، تابعی از هر تعداد آرگومان است که مقدار درست یا نادرست می گیرد. آرگومان های تابع - مقادیر از یک مجموعه دلخواه، محدود یا نامحدود
حوزه موضوعی نامیده می شود. محمول از آرگومان ها را محمول محلی می نامند. مدل نمایش دانش از منطق محمول مرتبه اولی استفاده می کند که Prolog بر آن استوار است.
34. یک سیستم تولید از چه چیزی تشکیل شده است؟

سیستم تولید یک سیستم پردازش دانش است که از بازنمایی دانش توسط قوانین تولید استفاده می کند. قوانین تولید عباراتی مانند "اگر (شرط) پس (عمل)" هستند. "شرط" - یک جمله نمونه که جستجو توسط آن در پایگاه دانش انجام می شود. "اقدام" اقدامی است که باید در صورت موفقیت آمیز بودن جستجو انجام شود. نتیجه گیری در مورد چنین پایگاه دانشی می تواند مستقیم (از داده ها تا جستجوی یک هدف) و معکوس (از هدف برای تأیید آن - به داده) باشد. داده ها حقایق اولیه ذخیره شده در پایگاه واقعیت است که بر اساس آن موتور استنتاج یا مفسر قوانین راه اندازی می شود و قوانین را از پایگاه دانش تولید مرتب می کند.

سیستم تولید شامل یک پایه قوانین، یک پایگاه داده و یک مفسر قوانین است. پایگاه قانون یک ناحیه حافظه است که شامل یک پایگاه دانش است - مجموعه ای از دانش ارائه شده در قالب قوانین به شکل IF ... THEN; پایگاه داده ناحیه ای از حافظه است که حاوی داده های واقعی (حقایق) است. مفسر یک مکانیسم استنتاج است، این جزء سیستم است که نتیجه گیری را با استفاده از پایه قوانین و پایگاه داده تشکیل می دهد.
35- مدل بازنمایی دانش را در قالب قاب توضیح دهید

در یک سیستم فریم، واحد نمایش دانش شیئی است که فریم نامیده می شود. فریم شکلی از نمایش یک موقعیت معین است که می تواند توسط مجموعه معینی از مفاهیم و موجودیت ها توصیف شود. فریم به عنوان شناسه یک نام داده می شود. این نام باید در کل سیستم فریم منحصر به فرد باشد. یک قاب دارای ساختار داخلی خاصی است که از عناصر بسیاری به نام اسلات تشکیل شده است که نام‌هایی نیز به آن داده می‌شود. هر شکاف به نوبه خود توسط یک ساختار داده خاص نشان داده می شود. گاهی اوقات یک اسلات شامل مؤلفه ای به نام وجه است که محدوده یا فهرستی از مقادیر ممکن آن را مشخص می کند. وجه همچنین مقادیر حدی پرکننده شکاف را مشخص می کند (به عنوان مثال، حداکثر تعداد مجاز برادران

36. دانش در وب معنایی چگونه نمایش داده می شود؟

شبکه معنایی دانش را در قالب یک نمودار نشان می دهد که گره های آن با واقعیت ها یا مفاهیم مطابقت دارند و کمان ها مربوط به روابط بین مفاهیم هستند. گراف مجموعه ای از رئوس و مجموعه ای از کمان است که چند جفت رئوس را به هم متصل می کند. نمودار برچسب گذاری شده برای هر رأس حاوی توصیفگرهایی (برچسب) است که به دلیل آن رئوس نمودار با یکدیگر متفاوت است. برای یک نمودار حالت-فضای، توصیفگرها حالت‌ها را در فرآیند حل یک مسئله شناسایی می‌کنند. برچسب های قوس در شبکه های معنایی برای تعریف روابط نامگذاری شده استفاده می شوند.
37. معماری سیستم های خبره را شرح دهید

گروهی از کارشناسان یا منبع دیگری از تخصص اطمینان حاصل می کنند که حقایق، مشاهدات و روش های تجزیه و تحلیل موقعیت ها در پایگاه دانش بارگذاری می شوند. کاربر از طریق رابطی که امکان برقراری ارتباط با استفاده از عبارات عادی را فراهم می کند، از سیستم در مورد مشکلات خاص سؤال می کند.

اطلاعات موجود در پایگاه دانش توسط یک موتور استنتاج پردازش می‌شود که از انجمن‌های تجربی یا قوانین «IF...THEN» برای تشکیل و آزمایش راه‌حل‌های ممکن استفاده می‌کند. رابط کاربری در یک فرم قابل دسترس نتایج را به اپراتور منتقل می کند.

در سیستم‌های هوشمند قدرتمند، یک رابط زبان طبیعی وجود دارد که به شما امکان می‌دهد سؤالات خود را بپرسید و پاسخ‌ها را به زبان انگلیسی یا روسی ساده دریافت کنید. در مورد سیستم‌های هوشمند معمولی، رابط کاربری کمتر اصلاح‌شده، اما با این وجود «دوستانه» به کاربر ارائه می‌شود.

38. وظایف ماشین خروجی (مکانیسم) را شرح دهید.

نکته اصلی در ES مکانیزمی است که پایگاه دانش را بر اساس قواعد منطق عقلانی برای به دست آوردن راه حل جستجو می کند. این مکانیسم که موتور استنتاج نامیده می شود، زمانی فعال می شود که درخواست کاربر دریافت می شود و وظایف زیر را انجام می دهد:

اطلاعات موجود در درخواست کاربر را با اطلاعات پایگاه دانش مقایسه می کند.

به دنبال اهداف خاص یا روابط علّی است.

اطمینان نسبی حقایق را بر اساس عوامل اطمینان مربوطه مرتبط با هر واقعیت ارزیابی می کند.

همانطور که از نام آن پیداست، موتور استنتاج برای نتیجه گیری طراحی شده است. عملکرد آن مشابه استدلال یک متخصص انسانی است که یک مشکل را ارزیابی می کند و راه حل های فرضی را پیشنهاد می کند. در جستجوی اهداف بر اساس قوانین پیشنهادی، موتور استنتاج به KB مراجعه می کند تا زمانی که یک مسیر احتمالی برای یک نتیجه قابل قبول پیدا کند.
39. یک بلوک دیاگرام که مراحل فناوری ایجاد سیستم های خبره را شرح می دهد ارائه دهید

در مرحله شناسایی، وظایفی که باید حل شوند مشخص می شوند، اهداف توسعه، منابع، کارشناسان و دسته های کاربران مشخص می شوند.

در مرحله اکتساب دانش، سه راهبرد متمایز می شود: کسب دانش، استخراج دانش و کشف دانش. کسب دانش به عنوان روشی برای پر کردن خودکار پایگاه دانش از طریق گفتگو با یک متخصص و یک برنامه خاص درک می شود. استخراج دانش فرآیند تعامل بین یک مهندس دانش و یک منبع دانش (یک متخصص، ادبیات تخصصی و غیره) بدون استفاده از فناوری رایانه است. اصطلاح کشف دانش با ایجاد سیستم‌های کامپیوتری مرتبط است که روش‌های کسب دانش خودکار را پیاده‌سازی می‌کنند. اکنون این جهت امیدوار کننده ترین است. در عین حال، فرض بر این است که خود سیستم قادر خواهد بود الگوهای حوزه موضوعی را آشکار کند و دانش لازم را بر اساس مواد تجربی موجود فرموله کند.

در مرحله مفهوم سازی، تجزیه و تحلیل منطقه مشکل انجام می شود، مفاهیم مورد استفاده و روابط آنها شناسایی می شود و روش هایی برای حل مشکلات تعیین می شود.

مرحله رسمی‌سازی راه‌های نمایش انواع دانش را تعیین می‌کند، مفاهیم اساسی را رسمی می‌کند، راه‌های تفسیر دانش را تعیین می‌کند و عملکرد سیستم را مدل‌سازی می‌کند. در این مرحله، کفایت اهداف سیستم مفاهیم ثابت، روش های حل، ابزار بازنمایی و دستکاری دانش ارزیابی می شود.

در مرحله اجرا، پایگاه دانش سیستم پر می شود. در مرحله آزمایش، کارشناس (و مهندس دانش) به صورت تعاملی، با استفاده از ابزارهای تعاملی و توضیحی، صلاحیت ES را بررسی می کند. روند آزمون تا زمانی ادامه می یابد که ممتحن تصمیم بگیرد که سیستم به سطح صلاحیت لازم رسیده است.

در مرحله عملیات آزمایشی، مناسب بودن ES برای کاربران نهایی بررسی می شود. بر اساس نتایج این مرحله و همچنین مرحله آزمایش، ممکن است نیاز به تغییر قابل توجهی در ES باشد.

فرآیند ایجاد یک ES محدود به دنبال کردن یک توالی دقیق از مراحل ذکر شده در بالا نیست. در طول توسعه، باید بارها و بارها به مراحل قبلی بازگردید و تصمیمات اتخاذ شده در آنجا را تجدید نظر کنید.

صفحه 1