О построении пользовательского интерфейса для знание-ориентированных систем с использованием ПЛИС

О построении пользовательского интерфейса для знание-ориентированных систем с использованием ПЛИС

Предложен программно-аппаратный вариант пользовательского интерфейса с использованием ПЛИС. Это снизит время реакции системы и увеличит степень ее адаптации к пользователю....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2016
1. Verfasser: Курзанцева, Л.И.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України 2016
Schriftenreihe:Комп’ютерні засоби, мережі та системи
Online Zugang:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/122864
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:О построении пользовательского интерфейса для знание-ориентированных систем с использованием ПЛИС / Л.И. Курзанцева // Комп’ютерні засоби, мережі та системи.— 2016.— № 15.— С. 59-66.— Бібліогр.: 7 назв.— рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-122864
record_format dspace
spelling irk-123456789-1228642017-07-22T03:03:51Z О построении пользовательского интерфейса для знание-ориентированных систем с использованием ПЛИС Курзанцева, Л.И. Предложен программно-аппаратный вариант пользовательского интерфейса с использованием ПЛИС. Это снизит время реакции системы и увеличит степень ее адаптации к пользователю. Запропоновано програмно-апаратний варіант інтерфейсу користувача з використанням ПЛІС. Це знизить час реакції системи і збільшить її ступінь адаптації до користувача. A hardware and software version of the user interface with the FPGA is offered. This will reduce response time and increase the degree of adaptation to the user. 2016 Article О построении пользовательского интерфейса для знание-ориентированных систем с использованием ПЛИС / Л.И. Курзанцева // Комп’ютерні засоби, мережі та системи.— 2016.— № 15.— С. 59-66.— Бібліогр.: 7 назв.— рос. 1817-9908 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/122864 004.5; 004.8 ru Комп’ютерні засоби, мережі та системи Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description Предложен программно-аппаратный вариант пользовательского интерфейса с использованием ПЛИС. Это снизит время реакции системы и увеличит степень ее адаптации к пользователю.
format Article
author Курзанцева, Л.И.
spellingShingle Курзанцева, Л.И.
О построении пользовательского интерфейса для знание-ориентированных систем с использованием ПЛИС
Комп’ютерні засоби, мережі та системи
author_facet Курзанцева, Л.И.
author_sort Курзанцева, Л.И.
title О построении пользовательского интерфейса для знание-ориентированных систем с использованием ПЛИС
title_short О построении пользовательского интерфейса для знание-ориентированных систем с использованием ПЛИС
title_full О построении пользовательского интерфейса для знание-ориентированных систем с использованием ПЛИС
title_fullStr О построении пользовательского интерфейса для знание-ориентированных систем с использованием ПЛИС
title_full_unstemmed О построении пользовательского интерфейса для знание-ориентированных систем с использованием ПЛИС
title_sort о построении пользовательского интерфейса для знание-ориентированных систем с использованием плис
publisher Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
publishDate 2016
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/122864
citation_txt О построении пользовательского интерфейса для знание-ориентированных систем с использованием ПЛИС / Л.И. Курзанцева // Комп’ютерні засоби, мережі та системи.— 2016.— № 15.— С. 59-66.— Бібліогр.: 7 назв.— рос.
series Комп’ютерні засоби, мережі та системи
work_keys_str_mv AT kurzancevali opostroeniipolʹzovatelʹskogointerfejsadlâznanieorientirovannyhsistemsispolʹzovaniemplis
first_indexed 2025-07-08T22:37:58Z
last_indexed 2025-07-08T22:37:58Z
_version_ 1837120125332881408
fulltext Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2016, № 15 59 L.I. Kurzantseva ON THE CONSTRUCTION OF USER INTERFACE USING FPGA FOR KNOWLEDGE- ORIENTED SYSTEMS A hardware and software version of the user interface with the FPGA is offered. This will reduce response time and increase the degree of ad- aptation to the user. Key words: user interface, know- ledge-oriented systems. Запропоновано програмно-апа- ратний варіант інтерфейсу кори- стувача з використанням ПЛІС. Це знизить час реакції системи і збільшить її ступінь адаптації до користувача. Ключові слова: інтерфейс кори- стувача, знання-орієнтовані сис- теми. Предложен программно-аппарат- ный вариант пользовательского интерфейса с использованием ПЛИС. Это снизит время реакции системы и увеличит степень ее адаптации к пользователю. Ключевые слова: пользователь- ский интерфейс, знание-ориенти- рованные системы.  Л.И. Курзанцева, 2016 УДК 004.5; 004.8 Л.И. КУРЗАНЦЕВА О ПОСТРОЕНИИ ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКОГО ИНТЕРФЕЙСА ДЛЯ ЗНАНИЕ-ОРИЕНТИРОВАННЫХ СИСТЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЛИС Введение. Знание-ориентированные системы (ЗОС) – одно из наиболее перспективных на- правлений Сomputer Science [1]. Особенность таких систем: получение и систематизация новых знаний, что обеспечивается наличием в составе системы онтологии предметной об- ласти и средств поддержки работы с ней. В настоящее время концептуально-методо- логический аспект создания ЗОС недостаточ- но представлен в отечественных и зарубеж- ных публикациях. То же самое относится и к разработке пользовательского интерфейса для ЗОС, от которого зависит эффективность ис- пользования систем. Постановка задачи. Существующие поль- зовательские интерфейсы информационных систем не полностью удовлетворяют потреб- ностям пользователей знание-ориентиро- ванных систем, поскольку при их разработке не учитываются особенности этих систем (ориентация на технологию реконфигури- руемого процессинга и средства поддержки, позволяющие производить как автоматизи- рованное построение онтологии предметной области, так и автоматизированное наполне- ние ее информацией, получаемой через Internet и из других источников для получе- ния новых знаний) [1]. ЗОС должна обеспе- чить каждого пользователя индивидуальным интерфейсом со своим набором функций, включая такие, как динамический контроль процессов умственной (интеллектуальной) психологической и физиологической нагруз- ки пользователя; возможность прогнозиро- Л.И. КУРЗАНЦЕВА 60 Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2016, № 15 вания поведения пользователя; создание психологического портрета пользова- теля; работу пользователей разного образовательного уровня, разных физиче- ских возможностей, разных культур и пр. Кроме этого, интерфейс должен быть ориентирован на работу с редактором базы знаний со стандартными инструмен- тами разработки онтологий и средствами предоставления доступа к знаниям. Необходимо учитывать, что поддержка каждого пользователя индивиду- альным интерфейсом базируется на создании и ведении его модели. Это доста- точно трудоемкий процесс и включает затраты на обработку тестов и анкет для определения параметров пользователя; на наблюдение за ним в процессе рабо- ты с системой с целью корректировки параметров; на поддержку при замене тестов и анкет и т.д. При этом снижается быстродействие пользовательского интерфейса, что сказывается на эффективности взаимодействия пользователя и системы. Вышеприведенное свидетельствует об актуальности разработок по созда- нию пользовательского интерфейса для ЗОС. В данной работе предлагается программно-аппаратное построение такого интерфейса с использованием ПЛИС, применение которого снизит время реак- ции системы, увеличит степень адаптации системы к пользователю и снизит за- траты на информационную поддержку системы. Возможности программно-аппаратного построения пользовательского интерфейса. В работе [2] представлен макет программного адаптивного челове- ко-машинного интерфейса для информационной обучающей системы. Его осо- бенностью является взаимная адаптация пользователя и системы, которая осу- ществляется, в том числе, и за счет мониторинга параметров обучаемого, вхо- дящих в модель пользователя и отражающих его информационную компетент- ность и психофизиологические характеристики (работоспособность), а также коррекции режима работы обучаемого с системой. Проведен анализ работы интерфейса, который показал, что функциониро- вание некоторых программ происходит только в момент входа пользователя в систему, а в остальное время текущего сеанса работы пользователя с системой они не задействованы. Такая особенность дает возможность реализовать эти программы, в частности, алгоритмы оценки характеристик пользователя в виде отдельного модуля на ПЛИС, что позволит выполнить пользовательский ин- терфейс в программно-аппаратном варианте. Алгортим взаимодействия пользователей со знание-ориентированной системой. Поскольку одной из областей, в которых широко раскрываются пре- имущества знание-ориентированных систем, является образование, рассмотрим применение такого интерфейса для системы этого типа. На рис. 1 показан алго- ритм взаимодействия пользователей со знание-ориентированной обучающей системой (ЗООС). Данный алгоритм является обобщенным для этих систем, и более подробно рассмотрен в [3]. О ПОСТРОЕНИИ ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКОГО ИНТЕРФЕЙСА ДЛЯ ЗНАНИЕ-ОРИЕНТИРОВАННЫХ... _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Комп’терні засоби, мережі та системи. 2016, № 15 61 Выбор фрагмента курса (предмет) Начало Постановка обучающей задачи Формирование плана занятий по фпагменту курса Формирование лекций, практических занятий, тесты в соответствии с планом Определение индивидуальных характе- ристик, которые имеют значение для обучения данному предмету. Выбор оценочной системы тестирования обучаемых Составление тестов для определения характеристик обучаемых Составление психологического портрета обучаемого Моделирование возможных ошибок обучаемого при обучении данному предмету Выдача рекомендаций относительно возможностей обучаемого и метода преподавания и др. в том числе скорость подачи материала Составление индивидуального плана обучаемого на основании плана занятий Определение необходимых характеристик обучаемых для создания модели обучаемого Установка показателей для ограничений на работу с системой обучаемого Формирование тестов для определе- ния недостающих показателей Выдача пароля обучаемому Формирование модели обучаемого Установка параметров для наблюдения Установка необходимых значений показателей для ограничения работы с системой Установка наблюдения за обучаемым Работа с лекциями Работа с практи- ческими занятиями Тестирование пред- метной области Анализ работы с системой Анализ результатов тестирования Анализ состояния Выдача лекций в соответ- ствии с рекомендациями Выдача практических заданий Выдача тестов A Анализ работы с лекциями Анализ работы с практическими занятиями Создание онтологии дан- ного курса и наполнение ее A Тестирование обучаемых Тестирование обучаемыхB B РИС. 1. Укрупненный алгоритм взаимодействия пользователей с ЗООС Для проверки работоспособности аппаратной части интерфейса разработан алгоритм взаимодействия программной и аппаратной частей интерфейса (рис. 2). Он включен составной частью в алгоритм взаимодействия пользователей с ЗООС и показан на рис. 1 процессами «Тестирование обучаемых», которые вы- делены двойной рамкой и обозначены буквой «В» в кружке. Л.И. КУРЗАНЦЕВА 62 Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2016, № 15 Начало Вывод на экран формы с тестом для оценки характеристики пользователя Ожидание информации от пользователя Получена информация ? П Л И С Обработка информации Определение количественного значения характеристики пользователя Запись полученных данных в базу данных о пользователе Ошибка? Выдача сообщения пользователю, что форма заполнена неверно Выдача пользователю результатов теста Да Да Нет Нет Передача информации для обработки на ПЛИС через интерфейс «ПК-ПЛИС» Передача полученных данных в систему через интерфейс «ПК-ПЛИС» Конец РИС. 2. Алгоритм взаимодействия программной и аппаратной частей интерфейса Тестирование пользователей. Предлагаемый аппаратный модуль состоит из двух блоков, реализующих алгоритмы оценки характеристик пользователей, test1 (оценка информационной компетентности) и test2 (оценка работоспособно- сти) аппаратного модуля и промоделированы в базисе САПР ПЛИС ISE Design Suite Win 13.2 фирмы Xilinx. Оценка тестируемых характеристик пользователей осуществляется методом стереотипов, согласно которому идентификация пользователя на принадлеж- ность соответствующей категории/группе происходит в соответствии с исход- ными условиями, составленными на основе заключений экспертов перед разра- боткой системы. Так, разделение пользователей в зависимости от уровня ин- формационной компетентности осуществляется на категории: «новичок», «поль- зователь», «специалист», а в зависимости от уровня физиологического состоя- ния на группы: «высокое рабочее», «нормальное рабочее», «низкая работоспо- собность», «тревожное» [2]. О ПОСТРОЕНИИ ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКОГО ИНТЕРФЕЙСА ДЛЯ ЗНАНИЕ-ОРИЕНТИРОВАННЫХ... _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Комп’терні засоби, мережі та системи. 2016, № 15 63 В данной статье подробно освещается создание блока test2 – отбора пользо- вателей по группам в зависимости от уровня работоспособности пользовате- лей. Работоспособность пользователя является одним из наиболее важных фак- торов успешности целенаправленной деятельности и относится к психофизиоло- гическим характеристикам пользователя. Анализ отечественных и зарубежных публикаций в области разработок информационных систем показал, что вопрос о внедрении в состав модели пользователя психофизиологической компоненты поставлен давно [4–6]. Несмотря на положительные результаты, эти работы не получили массового распространения, поскольку приводят к продолжительным временным затратам за счет тестирования большого количества характеристик. При этом не рассматривается вопрос о контроле текущего психофизиологиче- ского состояния пользователя с последующей коррекцией режима его работы, что благоприятно сказалось бы на комфортность его работы с системой. Что ка- сается интерфейса для знание-ориентированной системы, то исходя из особен- ностей системы, наличие психофизиологической компоненты в составе модели пользователя является обязательным. Для определения работоспособности предлагается использовать метод цве- тового выбора, представляющий собой адаптированный вариант восьмицвето- вого теста М. Люшера [7]. Суть тестирования заключается в выборе испытуемым пользователем цве- тового эталона самого приятного для него цвета из ряда разложенных перед ним восьми эталонов. Причем первые четыре эталона считают основными цветами, а последующие – дополнительными. Испытуемый должен его выбрать не потому, что данный цвет является любимым цветом одежды, а потому, что он предпочи- таемый по сравнению с другими при данном выборе и в данный момент. Для определения работоспособности программным путем разработан алго- ритм с использованием правил, предложенных Т.Н. Бояршиновой [7]. Однако, для проверки возможности аппаратной реализации данного алгоритма, исход- ные условия были упрощены: – наличие основных цветов на 1-м – 4-м местах указывает на устойчивость саморегуляции, отсутствие эмоциональной напряженности, что определяет вы- сокую работоспособность (HW); – наличие седьмого и восьмого дополнительных цветов на 1-м месте указы- вает на присутствие эмоциональной напряженности в психофизиологическом состоянии пользователя (TR); – наличие основных цветов на на 1-м – 2-м месте, на 3-м месте – кроме ос- новных цветов возможно наличие пятого и шестого дополнительных цветов, на 4-м месте – возможен любой цвет. Такое сочетание указывает на нормальную работоспособность (NW); – наличие основных цветов на на 1-м – 2-м месте, на 3-м месте – седьмой или восьмой указывает на низкую работоспособность (LW). В табл. 1 приведены варианты возможных выборов цветовых эталонов и оп- ределены соответствующие этому выбору группы пользователей: с высокой ра- Л.И. КУРЗАНЦЕВА 64 Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2016, № 15 ботоспособностью (HW), нормальной работоспособностью (NW), низкой рабо- тоспособностью (LW), тревожностью (TR). ТАБЛИЦА 1. Варианты возможных выборов цветных эталонов № m1 m2 m3 m4 Группа № m1 m2 m3 m4 Группа 1. а b c d HW 7. а b g h LW 2. b c d а HW 8. d а g h LW 3. d а b c HW 9. b c h g LW 4. c d e h NW 10. e f g а TR 5. b а d g NW 11. g e f h TR 6. c b f d NW 12. h f e b TR Создание блока аппаратного модуля с использованием ПЛИС. Назначе- ние блока test2 – выполнить обработку данных, полученных от пользователя и выдать результат. Для этого исходные условия тестирования были преобразова- ны в последовательность функций, выполняющих эти условия, и разработана принципиальная схема (рис. 3). В качестве ПЛИС выбрана микросхема Spartan-6 FPGA XC6S1X25, Package FGG 484. РИС. 3. Принципиальная схема блока test2 аппаратного модуля Схема состоит из следующих групп регистров данных: четырех входных восьмиразрядных регистров группы А, четырех восьмиразрядных регистров О ПОСТРОЕНИИ ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКОГО ИНТЕРФЕЙСА ДЛЯ ЗНАНИЕ-ОРИЕНТИРОВАННЫХ... _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Комп’терні засоби, мережі та системи. 2016, № 15 65 группы В и выходного четырехразрядного регистра С; двух двоичных счетчи- ков: двухразрядный SH1 и четырехразрядный SH2; двух дешифраторов DH1 и DH2; восьми четырехвходовых мультиплексоров, восьми восьмиразрядных компараторов, триггера ТR; набора входных и выходных буферов; набора логи- ческих элементов, реализующих вышеприведенные функции и набора констант. Результатом обработки является получение четырехразрядного числа, пока- зывающее, к какой группе относится показатель по уровню работоспособности. При моделировании в базисе САПР ПЛИС были выполнены следующие ви- ды работ, которые показали корректность схемотехнических решений: - предварительное размещения блока test1 на кристалле; - создание файла UCF для блока test1; - создание файла тестового воздействия для блока test1; - предварительное функциональное моделирование блока test1; - предварительное размещения проекта блока test2 на кристалле; - создание файла UCF для блока test2; - создание UGO модуля тестирования характеристик обучаемого. На рис. 4 показана блок-схема модуля тестирования характеристик пользо- вателя, а в табл. 2 приведены функциональные назначения входных и выходных сигналов, поступающих через интерфейс «ПК- ПЛИС» (рис. 2). На блок-схеме модуля блоки test1 (оценка информационной компетентности) и test2 (оценка ра- ботоспособности) представлены в виде условных графических образов (UGO). РИС. 4. Блок-схема модуля тестирования характеристик пользователя на ПЛИС ТАБЛИЦА 2. Функциональные назначения сигналов (рис. 4) Назначение сигнала Функциональное назначение сигналов START1 Стартовый импульс подается на test1 со стороны ПК F_TAKT1 Тактовые импульсы подаются на test1 и test2 со стороны ПК INF_DAT(7:0) С ПК на test1 поступает результат выбора пользователем ответа анкеты, либо на test2 – цветовой эталон, выбранный пользова- телем START2 Стартовый импульс подается на test2 со стороны ПК Л.И. КУРЗАНЦЕВА 66 Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2016, № 15 Окончание табл. 2 Назначение сигнала Функциональное назначение сигналов F_TAKT2 Тактовые импульсы, которые подаются на test2 со стороны ПК S_READY1 Сигнал на ПК со стороны test1 о готовности результата оценки характеристики пользователя S_READY2 Сигнал на ПК со стороны test2 о готовности результата оценки характеристики пользователя QT(3:0) Результат оценки характеристики пользователя END_WRITE Сигнал на ПК со стороны test2 о записи всех цветовых эталонов READY_WRITE Сигнал на ПК со стороны test2 о записи одного цветового эталона Выводы. Таким образом, одним из направлений развития пользовательско- го интерфейса для знание-ориентированных систем может служить его создание в программно-аппаратном исполнении, т. е. реализация некоторых программ в виде отдельных модулей, что не только снизит время реакции системы, увели- чит степень адаптации системы к пользователю, но и снизит затраты на инфор- мационную поддержку системы при замене блоков аппаратного модуля. При этом значительно расширятся области применения интерфейса за счет реализа- ции на ПЛИС разнообразных алгоритмов оценки характеристик пользователей, что в свою очередь, повысит эффективность использования системы. Применение данного интерфейса особенно эффективно в системах профес- сионального образования, профотбора, управления, различного рода тренаже- ров, т. е. там, где необходима оценка профессиональных качеств пользователя для прогноза эффективности его деятельности, а также для оптимизации про- цессов обучения и воспитания, диагностики знаний обучаемых и анализа осо- бенностей их познавательных процессов, темперамента, характера. 1. Палагин А.В., Кривой С.Л., Петренко Н.Г. Онтологические методы и средства обработки предметных знаний: монография. Луганск: ВНУ им. В. Даля, 2012. 323 с. 2. Курзанцева Л.И. Макет адаптивного интерфейса для учебно-тренировочных целей. Комп'ютерні засоби, мережі та системи. 2011. № 10. С. 112–118. 3. Курзанцева Л.И. Онтология – основа для построения интеллектуального человеко- машинного интерфейса для знание-ориентированных обучающих систем. Інформаційні технології та комп’ютерна інженерія. 2015. Том 2, № 33. С. 58–66. 4. Брусиловский П.Л. Модели обучаемого в интеллектуальных обучающих системах. УСиМ. 1992. № 7/8. С. 109 – 119. 5. Тулова С.А. Структура модели обучаемого в автоматизированной обучающей системе. Компьютерные технологии в управлении, диагностике и образовании. Сборник трудов международной научно-технической конференции. Тверь. Тверской государственный технический университет. 2002. С. 72–75. 6. Филатова Н.А., Тулова С.А. Разработка и исследование программно-методического ком- плекса для построения ПФК модели обучаемого. Educational Technology & Society. – 7(1). 2004. С. 182–197. 7. Собчик Л.Н. Модифицированный восьмицветовой тест Люшера. СПб: ”Речь”. 2001. 112 с. Получено 25.10.2016

Ähnliche Einträge