Мета пропонованого навчального посібника - комплексний аналіз теоретичних основ, інформаційних технологій, моделей та стратегій проектування архітектур та компонентів спеціалізованих коми 'ютерних систем, висвітлення наукового та навчального змісту дисципліни "Проектування спеціалізованих комп 'ютерних систем". Навчальний посібник характеризується новизною теоретичного, методологічного та технолого-інформаційного матеріалу. Більша частина посібника у системно впорядкованому вигляді публікується вперше в Україні. Глибокому засвоєнню курсу сприятимуть навчальні тренінги, до складу яких входять контрольні запитання, завдання та приклади рішення задач, пов 'язаних з технологією проектування спеціалізованих комп 'ютерних систем (СКС) на базі розроблених авторами інформаційних основ побудови сімейства моделей та епюр руху даних в однорівневих та багаторівневих СКС. У додатках наведено умови завдань розробки проектних рішень та приклади проектування розподілених СКС. Навчальний посібник належить до методичного забезпечення дисципліни "Проектування спеціалізованих комп 'ютерних систем" напряму "Комп 'ютерна інженерія" професійного спрямування "Спеціалізовані комп'ютерні системи" і може використовуватися у ВНЗ під час вивчення суміжних дисциплін: "Основи побудови спеціалізованих комп 'ютерних систем", "Проектування комп 'ютерних систем", "Проблемно-орієнтовані комп 'ютерні системи" та інш. Для студентів, аспірантів, наукових співробітників, проектантів КС та інших категорій спеціалістів у галузі комп'ютерних систем та інформаційних технологій. ЗМІСТ СПИСОК СКОРОЧЕНЬ 8 ПЕРЕДМОВА 9 РОЗДІЛ 1 ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ, ВИЗНАЧЕННЯ ТЕРМІНІВ ТА ПРОЦЕСІВ ПРОЕКТУВАННЯ КОМП'ЮТЕРНИХ СИСТЕМ 16 1.1. Теорія та методологія побудови систем 16 1.2. Комп'ютерні системи 22 1.3. Спеціалізовані комп'ютерні системи (СКС) 24 Контрольні запитання і завдання 25 РОЗДІЛ 2 ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ МЕРЕЖ ПЕТРІ ТА ЇХ ЗАСТОСУВАННЯ ПРИ ПРОЕКТУВАННІ СКС 26 2.1. Теорія мереж Петрі 26 2.1.1. Графи та мережі 26 2.1.2. Дерева графів 28 2.2. Мережі 31 2.3. Матриці суміжності та інциденцій мереж Петрі 33 Контрольні запитання і завдання 34 Рекомендована література до 2 розділу 35 РОЗДІЛ З АРХІТЕКТУРИ СПЕЦІАЛІЗОВАНИХ КОМП'ЮТЕРНИХ СИСТЕМ 36 3.1. Класифікація архітектур та характеристики СКС 36 3.1.1. Системи концентрованого опрацювання інформаційних потоків 38 3.1.1.1. Монопольна СКС 38 3.1.1.2. СКС розділеного часу 39 3.1.1.3. Мультипрограмна СКС 39 3.1.1.4. Мультипроцесорна СКС 40 3.1.2. Мережеві однорівневі СКС 40 3.1.2.1. Магістральна архітектура СКС 40 3.1.2.2. Кільцева архітектура СКС 41 3.1.2.3. Зіркова архітектура СКС 42 3.1.2.4. Систолічна архітектура СКС 43 3.1.3. Багаторівневі архітектури СКС 43 3.1.3.1. Ієрархічна СКС 43 3.1.3.2. Мережно-ієрархічна СКС 45 3.1.3.3. Багаторівнева магістральна СКС 46 3.1.3.4. Зірково-магістральна СКС 46 3.1.3.5 Поняття, архітектура та функції мережевої станції СКС 48 3.2. Характеристики емерджентності різних структур СКС 49 3.3. Характеристики архітектур процесорів формування та цифрового опрацювання даних 56 3.3.1. Архітектури процесорів послідовного та послідовно-паралельного типу 59 3.3.2. Векторні, потокові та конвеєрні архітектури процесорів 60 3.3.3. Паралельні та матричні архітектури спецпроцесорів 63 3.3.4. Архітектури процесорів за класифікацією Шора 66 3.3.5. Процесори на основі вертикальної інформаційної технології 69 Контрольні запитання і завдання 71 Рекомендована література до 3 розділу 72 РОЗДІЛ 4 СТРАТЕГІЯ, КРИТЕРІЇ ЕФЕКТИВНОСТІ ТА ЗАКОНИ ДОЦІЛЬНОСТІ ПРОЕКТНИХ РІШЕНЬ СКС 75 4.1. Поняття та характеристики руху даних в СКС 75 4.2. Стратегія проектування СКС 75 4.3. Закони доцільності та ефективності проектних рішень СКС 78 4.3.1. Закон фрактальності 78 4.3.2. Закон Гроша 79 4.3.3. Закон максимального прибутку 80 4.3.4. Закон якості 81 4.3.5. Закон собівартості 82 Контрольні запитання і завдання 84 Рекомендована література до 4 розділу 85 РОЗДІЛ 5 ФУНКЦІЇ, СИСТЕМНІ ТА ФУНКЦІОНАЛЬНІ ОБ'ЄКТИ ГЛОБАЛЬНОЇ МОДЕЛІ СКС 87 5.1. Формалізація опису характеристик системних об'єктів СКС 88 5.2. Системні характеристики процесора 90 5.3. Системні характеристики даних 91 5.4. Системні характеристики СПД 92 5.4.1. Архітектури та характеристики каналів зв'язку СПД 109 5.4.2. Теорія та методологія передавання сигналів в сучасних СПД 113 5.4.2.1. Теоретичні основи ДІ на основі псевдовипадкових кодових послідовностей та сигналів 113 5.4.2.2. Системні характеристики одновимірних шумоподібних сигналів 115 5.4.3. Вдосконалення аналітики цифрових кореляційних приймачів джерел одновимірних ШПС 120 5.4.4. Теорія та системні характеристики двовимірних шумоподібних ДІ 124 5.4.5. Моделювання автокореляційних характеристик ДІ на основі двовимірних кодів Баркера 128 5.4.6. Теорія впливу помилок на двовимірні псевдовипадкові ДІ 135 5.5. Системні характеристики операторів 144 Контрольні запитання і завдання 145 Рекомендована література до 5 розділу 147 РОЗДІЛ 6 СИСТЕМНІ ВЛАСТИВОСТІ ОБ'ЄКТІВ УПРАВЛІННЯ СКС 151 6.1. Класифікація системних характеристик об'єктів управління СКС 151 6.2. Складність ОУ СКС 151 6.3. Ділимість ОУ СКС 152 6.4. Полікритеріальність ОУ СКС 153 6.5. Кібернетичність ОУ СКС 153 6.6. Замкнутість ОУ СКС 155 6.7. Ієрархічність ОУ СКС 158 6.8. Емерджентність ОУ СКС 159 6.9. Стаціонарність ОУ СКС 161 6.10. Динамічність ОУ СКС 163 6.11. Стійкість ОУ СКС 164 6.12. Адаптивність ОУ СКС 164 6.13. Післядія ОУ СКС 165 Контрольні запитання і завдання 166 Рекомендована література до 6 розл ілу 167 РОЗДІЛ 7 МОДЕЛІ ОБ'ЄКТІВ УПРАВЛІННЯ СКС 168 7.1. Решітчасті моделі джерел інформації ОУ 168 7.1.1. Сигнальна 168 7.1.2. Інтегральна 169 7.1.3. Диференціальна 170 7.1.4. Центрована ' 170 7.2. Статистичні моделі ОУ 171 7.2.1. Вибіркове математичне сподівання 171 7.2.2. Ковзне математичне сподівання 172 7.2.3. Вагове математичне сподівання 172 7.2.4. Дисперсія 173 7.2.5. Середньоквадратичне відхилення 173 7.3. Кореляційні моделі ОУ 174 7.3.1. Знакова 174 7.3.2. Релейна 174 7.3.3. Кореляційна 175 7.3.4. Коваріаційна 176 7.3.5. Структурна 176 7.3.6. Модульна 177 7.3.7. Еквівалентна 177 7.4. Нелінійні решітчасті модеї і ОУ 180 7.4.1. Одновимірні адаптивні моделі ОУ у базисі Радемахера 180 7.4.2. Адаптивні моделі ОУ у базисі Галуа 181 7.4.3. Нелінійні моделі ОУ у базисі Крестенсона 185 7.4.4. Нелінійні моделі ОУ у базисі Крестенсона-Галуа 187 7.4.5. Моделі ОУ на основі вертикальної інтегрально-імпульсної технології 190 7.4.6. Кодові шкали в базисі Галуа 191 7.5. Спектральні моделі ОУ у різних теоретико-числових базисах 191 7.6. Моделі структуризованих джерел інформації 193 7.7. Кластерні моделі квазістаціонарних ОУ 195 7.8. Логіко-статистичні інформаційні моделі діагностики станів ОУ 200 7.9. Ентропійні моделі станів ОУ 206 Контрольні запитання і завдання 206 Рекомендована література до 7 розділу 219 РОЗДІЛ 8 ІНФОРМАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ ФОРМУВАННЯ ЦИФРОВИХ, АЛФАВІТНО-ЦИФРОВИХ ТА ТЕХНОЛОГІЧНИХ ДАНИХ В СКС 222 8.1. Аналіз та обгрунтування вибору багатоканальних аналого-цифрових кодерів технологічних даних на низових рівнях СКС 222 8.2 Оцінка впливу старіння інформації на кореляційні моделі багатоканальних ДІ при аналого-цифровому перетворенні 242 8.3. Аналіз апаратно-програмних засобів вводу алфавітно-цифрових даних 249 8.4. Критерії ефективності та дослідження системних характеристик клавіатур для вводу алфавітно-цифрових даних 256 8.5. Метод синтезованого формування алфавітно-цифрових даних 261 8.6. Клавіатура синтезованого формування а7фавітно-цифрових даних мобільного адаптера низових рівнів СКС 264 8.7. Структура та функції мобільного адаптера СД низових рівнів СКС 269 8.8 Реалізація принципів синтезованого вводу алфавітно-цифрових даних на низових рівнях СКС 271 Контрольні запитання і завдання 273 Рекомендована література до 8 розділу 274 РОЗДІЛ 9 МАТРИЧНІ МОДЕЛІ РУХУ ДАНИХ В КОМП'ЮТЕРНИХ СИСТЕМАХ 279 9.1. Атрибути матричної моделі 279 9.2. Тримірні матричні моделі 281 9.3. Модифіковані двомірні матричні моделі 283 9.4. Аналіз топології промислового об'екта управління 284 Рекомендована література до 9 розділу 286 РОЗДІЛ 10 ФОРМАЛІЗАЦІЯ МОДЕЛЕЙ АРХІТЕКТУР СКС 287 10.1. Формалізація моделей СКС концентрованого опрацювання інформаційних потоків 287 10.2. Формалізація моделей СКС з однорівневим мережевим опрацюванням інформаційних потоків 289 10.3. Формалізація моделей СКС з багаторівневими архітектурами 291 Контрольні запитання і завдання 295 РОЗДІЛ 11 ПОХІДНІ МОДЕЛІ РУХУ ДАНИХ СКС 296 11.1. Розробка похідних моделей на основі матричних моделей руху даних 296 11.1.1. Граф - розгалужене дерево 297 11.1.2. Часові інформаційні моделі 297 11.1.2.1. Параметрична часова модель 297 11.1.2.2. Структурно-часова модель 298 11.1.2.3. Модель "мережевий графік" 299 11.1.2.4. Модель "суміщений часовий граф" 300 11.1.3. Модель "блок-схема алгоритму оброблення даних" 301 11.1.4. Граф-алгоритмічна модель опрацювання даних 306 Контрольні запитання і завдання 307 Рекомендована література до 11 розділу 309 РОЗДІЛ 12 ІНФОРМАЦІЙНА ТЕХНОЛОГІЯ ПОБУДОВИ ЕПЮР РУХУ ДАНИХВСКС 310 12.1. Методи побудови ЕРД на основі продукційних моделей подання знань 310 12.2. Алгоритми побудови однорівневих моделей руху даних 321 12.3. Програмні засоби побудови епюр собівартості руху даних та оцінки глобальної ефективності комп'ютерних систем 323 12.4. Організація інтерфейсного діалогу САПР моделей руху даних 325 Контрольні запитання і завдання 327 Рекомендована література до 12 розділу 328 РОЗДІЛ 13 МОДЕЛІ РУХУ ДАНИХ БАГАТОРІВНЕВИХ СКС 329 13.1. Багаторівнева матрична модель СКС 329 13.2. Цикли руху даних багаторівневих СКС 334 13.3. Багаторівнева модель "граф - розгалужене дерево" 335 13.4. Інтегрована модель "граф - розгалужене дерево" 337 13.5. Параметрична часова модель багаторівневої СКС 338 13.6. Структурно-часова модель багаторівневої СКС 340 13.7. Багаторівнева модель "мережевий графік" 342 13.8. Модель "суміщений часовий граф" багаторівневої СКС 343 13.9. Модель "блок-схема алгоритму" руху даних багаторівневої СКС 344 13.