О построении онтологии предметной области «реконфигурируемые PIM-cистемы»
Предложены схемы онтологии, отражающие особенности архитектуры и структуры, организации вычислительного процесса и применения реконфигурируемых PIM-систем. Schemes of ontology, reflecting features of architecture and structure, the organization of computing process and application reconfigurable PIM...
Saved in:
| Date: | 2007 |
|---|---|
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
2007
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/6471 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | О построении онтологии предметной области «реконфигурируемые PIM-cистемы» / Ю.С. Яковлев // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2007. — № 6. — С. 21-28. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859657769368420352 |
|---|---|
| author | Яковлев, Ю.С. |
| author_facet | Яковлев, Ю.С. |
| citation_txt | О построении онтологии предметной области «реконфигурируемые PIM-cистемы» / Ю.С. Яковлев // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2007. — № 6. — С. 21-28. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | Предложены схемы онтологии, отражающие особенности архитектуры и структуры, организации вычислительного процесса и применения реконфигурируемых PIM-систем.
Schemes of ontology, reflecting features of architecture and structure, the organization of computing process and application reconfigurable PIM-systems are offered.
|
| first_indexed | 2025-11-30T09:34:38Z |
| format | Article |
| fulltext |
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2007, № 6 21
Ju.S. Jakovlev
ABOUT CONSTRUCTION OF
ONTOLOGY OF THE SUBJECT
DOMAIN "RECONFIGURABLE
PIM-SYSTEMS"
Schemes of ontology, reflecting fea-
tures of architecture and structure,
the organization of computing
process and application reconfigur-
able PIM-systems are offered.
Предложены схемы онтологии,
отражающие особенности архи-
тектуры и структуры, организа-
ции вычислительного процесса
и применения реконфигурируемых
PIM-систем.
Ю.С. Яковлев, 2007
УДК 681.3; 004.274
Ю.С. ЯКОВЛЕВ
О ПОСТРОЕНИИ ОНТОЛОГИИ
ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ
«РЕКОНФИГУРИРУЕМЫЕ
PIM-СИСТЕМЫ»
Введение. Исследование в онтологии стано-
вится все более распространенным в таких
областях: искусственный интеллект; инфор-
мационное моделирование; проектирование
агенто-ориентированных систем, баз данных;
техника представления знаний; языковая ин-
женерия; информационная интеграция, а так-
же интеграция предприятия; медицина; ме-
ханический инжинеринг; электронная ком-
мерция; географические и другие информа-
ционные системы [1]. Далее рассматривается
вариант построения схемы онтологии в об-
ласти реконфигурируемых PIM-систем.
Реконфигурация средств вычислительной
техники – это перспективное направление
создания и применения компьютерных сис-
тем и комплексов, обеспечивающее перена-
стройку их архитектуры на оптимальное ре-
шение пользовательских задач [2]. Реконфи-
гурируемая PIM-система (РК-PIM) включает
в себя реконфигурируемую среду, например,
специально организованную память Field
Programmable Gate Arrays (FPGA), средства
коммуникации как необходимую компоненту
для создания требуемой архитектуры систе-
мы, а также специальный инструмент для ре-
конфигурации. Под FPGA понимают крем-
ниевое изделие (чип), состоящее из массива
коммутируемых элементов и некоммутируе-
мых ресурсов, подлежащих конфигурации
пользователем с помощью средств програм-
мирования. Реконфигурация архитектуры
PIM - систем существенно отличается от
реконфигурации архитектуры компьютерной
Ю.С. ЯКОВЛЕВ
22 Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2007, № 6
системы (КС) в классическом исполнении вследствие того, что при выполнении
процедуры реконфигурации пытаются сохранить преимущества PIM-систем пе-
ред обычными системами [3] по ширине полосы пропускания процессор-память,
по производительности, потребляемой мощности и пр.
Можно выделить три основных подхода к решению проблем, сопутствую-
щих реконфигурации:
1) реконфигурация с использованием FPGA [2]. Такие системы обозначим
РК- PIM1;
2) реконфигурация без использования FPGA. При этом реконфигурация
осуществляется за счет заведомо заложенной в архитектуру PIM-систем аппа-
ратной и программной избыточности и выбора путем коммутации необходимых
ресурсов для их распределения под реализуемые приложения. Такие системы
обозначим РК- PIM2;
3) комбинированный способ реконфигурации, использующий как заведомо
внесенную избыточность ресурсов и выбор их под реализуемое приложение, так
и применение FPGA. Такие системы обозначим РК- PIM3.
Для решения задач моделирования сложных систем существуют соответст-
вующие методологии и стандарты, например, методологии семейства IDEF
(Icam DEFinition или Integrated Definition) [4]. В настоящее время к семейству
IDEF можно отнести набор методологий от IDEF0 (Function Modeling) – методо-
логии функционального моделирования до IDEF14 (Network Design) – методо-
логии сетевого проектирования.
Главной единицей представления моделей IDEF является диаграмма, кото-
рая оперируют такими элементами как объекты, действия, связи (отношения
между объектами и действиями), соединения, а также указатели (ссылки на дру-
гие разделы описания процесса).
Применительно к предметной области “реконфигурируемые PIM-системы”
наиболее приемлемым для построения онтологии является IDEF5, с помощью
которой можно наглядно и эффективно разрабатывать, поддерживать, докумен-
тировать и изучать сложные системы [5, 6].
Для поддержания процесса построения онтологий в IDEF5 существуют спе-
циальные онтологические языки: схематический язык (Schematic Language – SL)
и язык доработок и уточнений (Elaboration Language – EL). Язык SL позволяет
строить разнообразные типы диаграмм и схем и представлять основную инфор-
мацию как в начальном развитии онтологии, так и дополнять существующие
онтологии новыми данными. Язык EL – это структурированный текстовой язык,
который позволяет детально характеризовать элементы онтологии. Ниже пред-
лагается онтология предметной области “реконфигурируемые PIM-системы”
(в сокращенном варианте) с использованием языка SL. При этом некоторые оп-
ределения отношений между объектами представлены в интерпретации автора,
которые в принципе не нарушают сущности представления адекватных понятий
языка EL.
О ПОСТРОЕНИИ ОНТОЛОГИИ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ ...
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Комп’терні засоби, мережі та системи. 2007, № 6 23
Схемы онтологий РК-PIM. Схемы онтологий, представленные на рис. 1– 4,
дают достаточно прозрачное представление об особенностях данной предметной
области, несмотря на то, что некоторые объекты (из-за ограничения количества
страниц публикации) не раскрыты. Эти объекты изображены пунктирными ли-
ниями. Причем на схемах онтологий изображены лишь те объекты и процессы,
которые отражают только особенности реконфигурируемых PIM-систем.
РИС. 1. Вариант схемы онтологии PIM-систем со скрытыми объектами и их отношениями
(отмечены двойными линиями, раскрыты на рис. 2 – 4)
Высокие требования
к производительности,
потребляемой мощности,
габаритам и др. пара-
метрам системы
Высокий
уровень инте-
гральной техно-
логии
Целевое
назначение ис-
пользования
PIM-системы
Параметры
задач пользова-
теля
Методологию
применения
PIM-системы
определяют
Методологию
построения
PIM-систем
Возможность
широкого распаралле-
ливания
задач пользователя
&
определяют
Организацию
вычислитель-
ного про-
цесса
Програм-
мное
обеспечение
часть из
&
определяют
Архитектуру и
структуру
PIM-системы
Отсутствие КС
с требуемыми па-
раметрами
часть из
влияет
Методы
проектирования
PIM-систем
Определяют
Ю.С. ЯКОВЛЕВ
24 Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2007, № 6
РИС. 2. Вариант схемы онтологии скрытого объекта “Архитектура и структура PIM-
системы” (см. рис. 1): БОУП – блок обработки управляющего пакета; Коммутац.
среда – коммутационная среда; Избыточ. ресурсы – избыточные ресурсы
С однораз-
рядными канала-
ми обработки и
хранения
С многораз-
рядными канала-
ми обработки и
хранения
Х
разновид-
ность
Аппарат-
ная плат-
форма
РК-PIM
Програм-
мная плат-
форма
РК-PIM
С примене-
нием FPGA
(РК-PIM1)
Система
команд
РК-PIM1
Аппара-
тура
РК-PIM1
Без приме-
нения FPGA
(РК-PIM2)
часть из
&
использует
Архитектура и
структура
PIM-системы
Неперест-
раиваемая ар-
хитектура
(НП-PIM)
Реконфи-
гурируемая
архитектура
(РК-PIM)
разновидность
Х
Х
содержит
Х
разновид-
ность
Система
команд
РК-PIM2
Аппара-
тура
РК-PIM2
&
часть из
определяют
компоненты из
Ведущий
процессор
Внешняя
память
Среда реконфи-
гурации (FPGA)
Средства ре-
конфигурации
БОУП
Интер-
фейсы
Коммутац.
среда
использует
определяют
Банки
памяти
Коммутац.
среда
БОУП
Интерфей-
сы
Ведущий
процессор
Процессор-
ные ядра
Избыточ.
ресурсы
Подсист. выбо-
ра ресурсов
компоненты из
Со сложной
коммутацион-
ной средой
(куб, тор и т.д)
С простой
коммутацион-
ной средой
(общая шина)
О ПОСТРОЕНИИ ОНТОЛОГИИ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ ...
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Комп’терні засоби, мережі та системи. 2007, № 6 25
Исход-
ные ресурсы
РК-PIM1
реализуют
Стандарт-
ные пакеты
прикладных
программ
часть из
включают
Настройка
ресурсов
для
процесса
Распределе-
ние памяти
Распределе-
ние данных
Разделение
приложений
Х
Разделе-
ны при-
ложения
Распреде-
лены
данные
Запуск про-
цесса
Исходные
ресурсы
РК-PIM2
Выбраны
ведущие
процес-
соры
Выбраны
банки
памяти
Выбраны
подбанки
памяти
Выбраны
процес-
сорные
ядра
Селекция
ведущих
процессоров
Селекция
процессор-
ных ядер
Селекция
банков
памяти
Селекция
подбанков
памяти
С помощью
макросер-
веров
О
С помо-
щью сете-
вых тра-
фиков
С помо-
щью управ-
ляющих па-
кетов
&
Стандарт-
ные методы
Организа-
ция вычис-
лительного
процесса
Управле-
ние про-
цессом
Управле-
ние наст-
ройкой
ресурсов
определяет
Модифи-
цирован-
ная ОС
Специаль-
ные пакеты
прикладных
программ
часть из
Пакеты
для рас-
пределе-
ния
памяти
Програм-
мное обес-
печение
Пакеты
для распре-
деления
данных
Пакеты
для разде-
ления при-
ложений
использованы
использованы
РИС. 3. Вариант схемы онтологии скрытых объектов “Организация вычислительного
процесса” и “Программное обеспечение” (см. рис. 1)
Аппарат-
ные плат-
формы
Програм-
мные
плат-
формы
Интер-
фейсы
&
часть из
Специаль-
ные
методы
использованы
часть из
Распреде-
лена па-
мять
часть из
использует
Ю.С. ЯКОВЛЕВ
26 Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2007, № 6
Объекты, отображенные на конкретной схеме онтологии кружками с двой-
ной линией, относятся к так называемой категории “скрытых” объектов для
данной схемы. Они могут быть раскрыты вместе с соответствующими отноше-
ниями далее на последующих схемах онтологий. При этом символы “&”, “O”,
“X ”, вписанные в малые кружки, соответственно означают: & – реализация
функции “И” между всеми объектами (событиями) в точке их соединения или
РИС. 4. Вариант схемы онтологии скрытого объекта «Методология применения
PIM-cистем” (см. рис. 1)
PIM в качестве
базиса для
построения новых
систем
PIM в качестве рас-
ширителя основной
памяти
Х
PIM в каче-
стве при-
ставки к КС
Методология
применения
PIM-системы
разновидность
PIM
CIMA
V-IRAM
IRAM
MIND
Базовые эле-
менты архи-
тектуры
Области
примене-
ния
Обработ-
ка графики
Область
генетики
Обработка
радарных
сигналов
Область ме-
дицины
Управление
космическими
объектами
определяет
часть из
часть из
Реализа-
цию
РК-PIM
разновидность
часть из
влияют
ReCon-
figME
РИК-PIM
PIM-ДНР
РК-ПП
О ПОСТРОЕНИИ ОНТОЛОГИИ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ ...
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Комп’терні засоби, мережі та системи. 2007, № 6 27
переход одновременно ко всем объектам (событиям) в точке их разъединения;
символ “O” обозначает функцию “ИЛИ” при переходе от общей линии в точке
их разъединения одновременно к одному или нескольким объектам (событиям)
или в точке соединения объектов – переход от одного или нескольких объектов
к общей линии; символ “X ” обозначает также функцию “ИЛИ” как и символ
“O”, но с переходом при соединении одновременно только одного из множества
объектов к общей линии, а при разъединении – от общей линии к одному из
множества объектов в данной точке. Зачерненная точка соединения линий от
нескольких объектов в одну линию означает одновременное подключение этих
объектов при соединении и одновременное разделение от общей линии по на-
правлениям всех объектов. Кружок со вставленным в него заштрихованным
кружком меньшего размера отображает единичный объект (событие, действие)
последнего условно принятого разработчиком уровня онтологии без дальнейшей
детализации этого объекта на более низком уровне.
В качестве базовых элементов для построения PK-PIM (рис. 4) выделены
следующие наиболее яркие типы, при построении которых используются из-
вестные стратегии их архитектурно-структурной организации: процессор-в-
памяти (PIM) как простейший вариант исходной стратегии реализации такого
класса устройств, вычисления в архитектуре памяти (Сomputing-in-Memory
Architecture) – CIMA, интеллектуальные RAM (IRAM), векторные DRAM
(V-DRAM), интеллектуальные векторные (V-IRAM), архитектура типа MIND
(Memory, Intelligence and Networking Device – память, интеллект и сетевое уст-
ройство), интегрированный чип CPU/FPGA/DRAM и др. [7 – 9].
На рис. 4 показаны типовые модели реализованных РК-PIM: модель рекон-
фигурируемого PIM-компьютера типа ReConfigME, использующая FPGA [10];
модель PIM-системы, использующая реконфигурацию информационного канала
(РИК- PIM) [11], модель реконфигурируемой процессорной памяти (РК-ПП)
[12], а также проектная модель с динамической настройкой ресурсов (PIM-ДНР)
[13]. В каждом из обозначенных РК-PIM реализован соответствующий подход к
решению проблемы реконфигурации.
Выводы. Из схем онтологии, отражающих особенности построения и при-
менения реконфигурируемых PIM-систем (см. рис. 1– 4) очевидно, что для по-
строения РК-PIM применить заделы по созданию КС с классической архитек-
турой без соответствующей их модификации невозможно. Это означает, что по-
мимо общей теории построения систем такого типа должны быть созданы: соот-
ветствующая методология построения архитектуры и структуры РК-PIM, мето-
дология организации вычислительного процесса и соответствующие методоло-
гии их проектирования и применения. Это, в свою очередь, влечет за собой оп-
ределенную модификацию операционной системы (в частности – в аспектах ад-
ресации), создание соответствующих прикладных программ по оценке и распре-
делению ресурсов, методов управления реконфигурацией и подготовкой ресур-
сов для приложений и непосредственно методов реализации приложений при их
глубоком распараллеливании. Однако трудности, возникающие при решении
этих проблем, с “лихвой окупаются” параметрами РК-PIM по производитель-
Ю.С. ЯКОВЛЕВ
28 Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2007, № 6
ности, потребляемой мощности, габаритам и весу, что часто является не дости-
жимым для систем, построенных по классическим принципам.
1. Guarino N. Formal Ontology and Information Systems. http://www.google.com/Google
&lr.html.
2. Палагин А.В., Опанасенко В.Н. Реконфигурируемые вычислительные системы: Основы и
приложения. – Киев: Просвіта, 2006. – 280 с.
3. Палагин А.В., Яковлев Ю.С., Тихонов Б.М. Системы памяти с интеграцией функций хра-
нения и обработки информации (PIM-системы)/ – Киев. 2006. – 33 с. – (Препр./ НАН Ук-
раины, Ин-т кибернетики им. В.М. Глушкова; 2006-3).
4. Модели ИС и методики проектирования. Диаграммы переходов состояний (STD). –
http:// cs.karelia.ru\~sigovtse\study_pr\inf_sys\inf_s_book\kons\15_1k.html.
5. Верников Г. Методология онтологического исследования IDEF 5. – http://consulting.ru/
econs_wp_3651
6. Perakath C. Benjamin, Ph.D; Christopher P. and others. IDEF5 Method Report. Information
Integration for Concurrent Engineering. (IICE). – http://p2.mac.edu.pl /przedmioty/
BPR/Idef5.pdf .
7. Палагин А.В., Яковлев Ю.С., Тихонов Б.М. Основные принципы построения вычисли-
тельных систем с архитектурой “Процессор-в-памяти”(Processor-in-Memory) // Управ-
ляющие системы и машины. – 2004. – № 5. – С. 30 – 37.
8. Архитектурно-структурная организация компьютерных средств класса “Процессор-в-па-
мяти” / А.В. Палагин, Ю.С. Яковлев, Б.М. Тихонов и др. // Математичні машини і сис-
теми. – 2005. – № 3. – С. 3 –16.
9. Oliker L., Husbands P. Evaluation of Architectural Paradigms or Addressing the Processor-
Memory Gap. – http://ftg.lbl.gov/LdrdArch/emerg_arch_eval_draft.pdf.
10. Brian G. An Operating System for Reconfigurable Computing. April 2005. – .
http://www.library.unisa.edu.au/adt-root/uploads/approved/adt-SUSA-03062005-
155342/public/02whole.pdf.
11. Lanuzza M., Margala М., Corsonello P. Cost-Effective Low-Power Processor-In-Memory-
based Reconfigurable Datapath for Multimedia Applications. –
http://portal.acm.org/ft_gateway.cfm. pdf.
12. Iobst J., Kenneth W, Resnick N. and others. Reconfigurable memory processor. United States
Patent № 5.396.641, Intern'l Class: G06F 013/00, U.S. Class: 713/100, March 7, 1995. – 14 р.
13. Сергієнко І.В., Кривонос Ю.Г., Палагін О.В., Коваль В.М., Яковлєв Ю.С., Тихонов Б.М.
Система пам’яті з інтеграцією функцій зберігання та обробки інформації на одному кри-
сталі: Деклараційний патент на корисну модель. № 6259, G06F 13/00, G06F 12/00,
15.04.2005. Бюл. № 4. – 27 с.
Получено 07.02.2007
http://p2.mac.edu.pl/przedmioty/BPR/Idef5.pdf
http://portal.acm.org/ft_gateway.cfm
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-6471 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1817-9908 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-30T09:34:38Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Яковлев, Ю.С. 2010-03-04T14:22:15Z 2010-03-04T14:22:15Z 2007 О построении онтологии предметной области «реконфигурируемые PIM-cистемы» / Ю.С. Яковлев // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2007. — № 6. — С. 21-28. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. 1817-9908 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/6471 681.3; 004.274 Предложены схемы онтологии, отражающие особенности архитектуры и структуры, организации вычислительного процесса и применения реконфигурируемых PIM-систем. Schemes of ontology, reflecting features of architecture and structure, the organization of computing process and application reconfigurable PIM-systems are offered. ru Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України О построении онтологии предметной области «реконфигурируемые PIM-cистемы» About construction of ontology of the subject domain "reconfigurable PIM-systems" Article published earlier |
| spellingShingle | О построении онтологии предметной области «реконфигурируемые PIM-cистемы» Яковлев, Ю.С. |
| title | О построении онтологии предметной области «реконфигурируемые PIM-cистемы» |
| title_alt | About construction of ontology of the subject domain "reconfigurable PIM-systems" |
| title_full | О построении онтологии предметной области «реконфигурируемые PIM-cистемы» |
| title_fullStr | О построении онтологии предметной области «реконфигурируемые PIM-cистемы» |
| title_full_unstemmed | О построении онтологии предметной области «реконфигурируемые PIM-cистемы» |
| title_short | О построении онтологии предметной области «реконфигурируемые PIM-cистемы» |
| title_sort | о построении онтологии предметной области «реконфигурируемые pim-cистемы» |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/6471 |
| work_keys_str_mv | AT âkovlevûs opostroeniiontologiipredmetnoioblastirekonfiguriruemyepimcistemy AT âkovlevûs aboutconstructionofontologyofthesubjectdomainreconfigurablepimsystems |