ПРОГРАММА V. НОВЫЕ ПОКОЛЕНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ, МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ


Тема: "Системы автоматизации проектирования и программирования".

N гос. регистрации 01960002065.
Научный руководитель – д.ф.-м.н. А.Г.Марчук.

Институт систем информатики им. А.П. Ершова СО РАН

Проект "Разработка средств автоматического порождения символьной топологии СБИС"

Целью исследования является изучение возможностей автоматической трансформации топологии (геометрического чертежа) СБИС (сверхбольших интегральных схем) под новые технологические маршруты производства и конструкторско-технологические ограничения. Задача важна для производителей микросхем, которые вынуждены производить коммерческие приборы 10–20–летней давности, используя устаревшие технологические маршруты, поскольку отсутствуют средства адаптации проектов к быстро меняющейся технологии.

Предложенный подход заключается в осуществлении следующих преобразований над проектом СБИС. Исходными данными является "плоская" топология микроприбора. На первом этапе осуществляется восстановление принципиальной схемы, т.е. создание списка цепей, составляющих схему. Информация о цепях используется для разметки изначально неупорядоченного множества прямоугольников, составляющих топологию СБИС.

Рис. 12. Тестовый фрагмент топологии.

Вторым этапом является использование специальных алгоритмов декомпозиции схемы на иерархию блоков и подблоков, что позволяет уменьшить размерность задачи для последующих этапов трансформации. Вся топология распадается на множество прямоугольных фрагментов и цепи их соединения.

На следующем этапе осуществляется символизация топологии фрагментов, т.е. выделяются (распознаются) элементарные объекты типа: транзистор, контакт, линия связи, определяются их геометрические, функциональные и схемные атрибуты. Фрагмент той же топологии после символизации показан на рис. 13.

Рис. 13. Текстовый фрагмент после символизации.

На следующем этапе символьная топология подвергается трансформациям и сжатиям в соответствии с новыми конструкторско-технологическими ограничениями. В трансформации входят различные виды чисток лишних соединений и цепей, возможны также нетривиальные схемные преобразования. Использован достаточно простой алгоритм сжатия поскольку более сложные алгоритмы плохо работают с большими фрагментами топологии.

Рис. 14. Сжатый вариант предыдущего фрагмента
символьной топологии.

Полученное символьное представление деформируется так, чтобы не нарушить технологические ограничения используемой технологии, поэтому возможет прямой перевод символьного чертежа в множество прямоугольников в различных слоях.

Рис.15. Сгенерированная топология рассматриваемого фрагмента.

На завершающих этапах полученные топологии фрагментов нормализуются для приведения топологии к специфическим требованиям и собираются в единую топологию процессом "размещение-трассировка", который может быть выполнен стандартными средствами.

Разработаны и реализованы соответствующие алгоритмы. В качестве тестовых данных использовалась топология реального кристалла: 8-битного процессора шифрования разработки ИАЭ СО РАН. Проведенные эксперименты и исследования показали, что задача адаптации топологии под меняющуюся технологию реальна. Однако существует много трудностей, которые необходимо преодолеть перед созданием коммерческой программной системы.


Тема: Методы и средства обучения информатике и программированию в рамках многоуровневого образования.

N гос. регистрации 01960002064
Научный руководитель - д.ф.-м.н., профессор В.Н.Касьянов

Институт систем информатики им. А.П. Ершова СО РАН

Выполнен цикл работ по исследованию систем учебной информатики, ориентированных на работу в среде Internet, и развитию функционального и трансформационного подходов к созданию систем с удаленным доступом.

Проведены эксперименты по компиляции программ GNU Linux на разных платформах. Основное внимание уделено компиляции исходных текстов CLisp (GNU Common Lisp) на платформы Linux, Windows, MS DOS.

Выделено минимальное "ядро" файловой системы GNU Linux и подготовлен минимальный набор файлов, пригодный для загрузки и нормального функционирования Linux с программами mc, clisp. Набор применяется в обстановке "Кентавр" и в легко тиражируемом комплекте Linux (в помощь студенческим проектам на CLisp+Linux).

В исходные тексты системы CLisp внесены изменения, в результате которых получена русская версия CLisp, поддерживающая корректную работу с символьными данными, содержащими русские буквы. Вывод диагностики также руссифицирован. Это позволило более широко применять CLisp для обучения студентов функциональному программированию в НГУ и ВКИ.

В плане исследования методов трансляции и отладки функциональных программ в среде функционального программирования проведены эксперименты по реализации самоопределения Лиспа средствами CLisp, осуществлено повторение авторской (J.McCarty) реализации в новой (CLisp) среде, расширены возможности и улучшены рабочие характеристики созданной ранее реализации языка Рапира.

Создана среда "Кентавр", ориентированная на защиту системных ресурсов пользователей DOS и Windows в местах общего пользования компьютерами, например в учебных классах. В основе системы лежит идея В.Г.Полякова по использованию дисковых разделов Linux, не видимых из DOS и Windows, как место для резервного копирования учебных обстановок. Этим обеспечивается возможность оперативного и надежного восстановления поврежденной ОС или смены учебной обстановки (вплоть до смены ОС или версии ОС). Программы для "Кентавра" были реализованы на CLisp в системе GNU Linux. Пользовательские характеристики системы могут быть найдены по адресу:
http://www.iis.nsk.su/edu/Centaur/index.htm. Продолжалась работа над толковым словарем по теории графов для программистов, начатая изданием в НГУ трех частей словаря. Создана начальная Web-версия словаря, поддерживающая взаимодействие с пользователем с помощью HTML-документов со встроенными сценариями на языках Java и С++ и доступная по адресу http://pco.iis.nsk/grapp.

Подготовлена рукопись сводного тома словаря для издательства "Наука", по сравнению с изданным в НГУ существенно переработанного, расширенного и дополненного иллюстрациями. В сводном издании словаря-справочника впервые собраны наиболее употребительные термины по теории графов и ее приложениям в информатике и программировании.

Рукопись словаря в 1998 г. победила в конкурсе издательских проектов ученых Сибирского отделения по физико-математическим наукам и отобрана для издания за счет Президиума СО РАН и издательства "Наука".

Важнейшие публикаци по теме:

Городняя Л.В., Харитонов Э.В. Вопросы применения ОС Linux в школе и других образовательных учреждениях // Методы прикладной математики и информационные технологии в междисциплинарных исследованиях и проектах. – Омский филиал Института математики СО РАН. –1998.

Касьянов В.Н., Евстигнеев В.А., Малинина Ю.В., Бирюкова Ю.В., Маркин В.А., Харитонов Э.В., Цикоза С.Г. Поддержка супервычислений и интернет-ориентированные технологии // Новые информационные технологии в университетском образовании. - Новосибирск: НИИ МИОО НГУ. –1998. – С.135–136.


Тема: "Поддержка и развитие информационно телекоммуникационной среды СО РАН".

N гос. Регистрации 01960011632.
Научный руководитель – академик Ю.И.Шокин
.

Институт систем информатики им. А.П. Ершова СО РАН

Проект "Разработка средств поддержки и администрирования баз данных через WWW с использованием HTTP-SQL интерфейса"

Цель исследования – разработка средств для обеспечения унифицированного доступа к разнородным коллекциям и информационным ресурсам на основе технологии CORBA.

Предлагаемый подход позволяет объединить существующие библиотечные системы в единое информационное пространство. Перед решением этой задачи стоят следующие основные проблемы:

В данной ситуации стандартные решения не позволяют справиться с задачей в полном объеме и приводят к очень громоздким, дорогостоящим и неудобным в эксплуатации системам. В связи с этим в качестве основной технологии для решения проблемы целесообразно строить систему на основе технологии CORBA.

Технология CORBA разработана Object Management Group (OMG; http://www.omg.org), организацией, членами которой являются такие фирмы, как Sun, IBM, Cray и др. Технология CORBA была разработана с целью усовершенствования технологии разработки распределенных информационных систем, распределенных вычислений и др. С помощью CORBA программа может использовать объект, реализованный на удаленном сервере так, как если бы он находился на локальной машине. Технология CORBA успешно решает проблему объединения в единую сеть разнородных информационных ресурсов.

Вся информация, хранимая в библиотеке, с точки зрения системы представляется в виде коллекции документов. Каждый элемент информации при этом может содержать разные виды информации и представляться с помощью разных видов документов. Понятия абстрактного документа позволяет объединить все возможные виды хранимой информации, как то: статьи, книги, рефераты, отчеты, списки литературы, каталоги и т.д. Каждый такой элемент хранимой информации представляется в виде специального типа документа, причем система не накладывает никаких ограничений на их сложность и количество. В любой момент множество возможных документов может быть расширено. Документом может быть как некий информационный блок, содержащийся в электронном виде (например статья), так и объект, хранящий некоторую информацию о существующей только в твердой копии книге, статье и т.д. и реализующий функцию заказа твердой копии с динамически генерируемым по запросу объемом информации и пр.

Понятие коллекции документов представляет набор документов, объединенных по некоторому принципу. С точки зрения системы отдельно взятая библиотека является коллекцией документов. Коллекция документов – практически самое основное понятие системы. Введение этого понятия позволяет превратить разнородные библиотеки со своими форматами данных в единообразно устроенное множество коллекций документов. С точки зрения системы коллекция документов должна выполнять практически единственную функцию: по пришедшему из системы запросу найти и вернуть набор удовлетворяющих запросу документов. Естественно, что для каждой включенной в систему библиотеки необходимо реализовать функцию поиска документов, работающую с реально хранимыми данными.

Запрос – это унифицированный критерий для поиска конкретных документов. Каждая коллекция документов может обрабатывать разные виды запросов с помощью обработчиков запросов. Все запросы могут быть сведены к нескольким разным типам, и каждый тип запросов должен обрабатываться своим обработчиком запросов.

Объект, адресующий запросы различным кластерам, исходя из территориальных, тематических и прочих критериев, содержащихся в запросе, производит первичную обработку запроса и объединяет списки ссылок на документы, полученные в результате обработки запроса хранилищами данных, в один документ. Информация в документе представляется в удобном виде (HTML-страница, формат Adobe Acrobat (PDF) и т.п.). Возможно, каждый тип документа должен реализовывать хотя бы одно стандартное представление, например в виде HTML-страницы.

Общая схема системы представлена на рис.16. Все коллекции документов объединяются в библиотечные кластеры по принципу территориального расположения или близости тематики хранимой информации. В принципе, одна и та же коллекция документов может входить в несколько различных кластеров. Кластеры, в свою очередь, объединены в сеть с помощью диспетчеров запросов. Таким образом, для получения необходимой информации пользователю нет необходимости знать, как связаться с конкретным кластером и тем более с конкретной коллекцией документов. Запрос отправляется на ближайший кластер и с помощью диспетчеров распространяется по сети связанных кластеров. Результатом исполнения кластером запроса пользователя является множество ссылок на документы, каждый из которых пользователь может просмотреть с помощью демонстраторов документов в любом удобном для него виде (в том числе и создать свой собственный демонстратор документа).

Рис. 16. Общая схема системы.

Проект "WWW–страница ИСИ СО РАН"

Создана база данных о сотрудниках ИСИ СО РАН, содержащая информацию о фамилии, имени, отчестве сотрудников, их ученом звании и степени, дне рождения, телефоне, электронном адресе и т.д. Разработаны средства для редактирования этой базы данных. Структура базы данных представлена на рис. 17. Для представления данных в WWW-доступном виде разработан язык программирования QHTL, являющийся расширением языка HTML средствами работы с базой данных.

Рис. 17. Структура базы данных.

Язык значительно облегчает разработку однообразных HTML страниц, поскольку не требует от разработчика знания языков программирования, кроме HTML и SQL, и с его точки зрения дизайн страницы параметризуется результатами включаемых в структуру документа SQL–запросов. Использование этой технологии особенно продуктивно применительно к небольшим, редко изменяемым базам данных, а также для построения статического "каркаса" доступа к большим базам данных.


Тема "Разработка автоматизированных систем поддержки принятия решений"

N гос. регистрации 01960011633.
Научный руководитель – д.ф.-м.н., профессор А.М. Федотов

Институт вычислительных технологий СО РАН,
отдел информационных технологий,
отдел моделирования природных явлений

Обоснован интервальный метод Гаусса-Зейделя для внешнего интервального оценивания обобщенных множеств решений интервальных линейных систем (до сих пор он широко использовался в вычислительной практике только для оценивания объединенных множеств решений).

Теоретически исследовано новое обобщение интервального метода Гаусса-Зейделя, дано доказательство его оптимальности для интервальных линейных систем с М-матрицами.

Для системы уравнений с интервальными параметрами получен критерий внутренней интервальной оценки множества решений (в виде системы включений в полной интервальной арифметике).

Исследованы новые аппроксимативные свойства интервальнных сплайн-функций. Получены неулучшаемые на различных классах функций оценки погрешности интерполяции интервальными сплайнами и сплайнами с дополнительными узлами, позволяющие строить двусторонние приближения интерполируемой функции с заданой гарантированной точностью.

Получены оценки повышенной точности для приближения функций интервальными сплайн-функциями в хаусдорфовой метрике.

Исследовано поведение поперечника интервальных сплайн-функций некоторых новых классов. Для него получены точные оценки, позволяющие теоретически оценивать поведение погрешностей при проведении вычислений.

Разработана система правил вывода на основе правил продукции в рамках систем нестандартных и нечетких логик.

Проведены работы по созданию Геоинформационной системы обеспечивающей картографическую объектно-ориентированную поддержку и управление объектами на основе имеющейся табличной базы данных объектов Территориального управления автомобильных дорог по Новосибирской области. Система предназначена для повышения эффективности управления, оперативности обработки и получения визуальной информации, а также для ведения кадастра инженерной инфраструктуры и анализа объектов территории, обслуживаемых Территориальным управлением автомобильных дорог по НСО.

Создана электронная схема территории г.Новосибирска. Система позволяет оперативно обрабатывать и получать визуальную информации, а также вести кадастр инженерной инфраструктуры и анализ объектов территории г.Новосибирска.

Создан электронный атлас "Автомобильные дороги НСО" для Территориального управления автомобильных дорог по Новосибирской области и WWW сервер Территориального управления автомобильных дорог по НСО.

Исследованы различные способы организации вычислительного эксперимента. Предложен гибридный подход, в котором вычислительная система имеет два программных уровня: уровень управления задачей и уровень вычислительных алгоритмов. Уровень управления позволяет формулировать некоторую численную задачу математического моделирования и гибко строить алгоритм ее решения из имеющихся в наличии вычислительных алгоритмов. Уровень вычислительных алгоритмов является пополняемым набором вычислительных подпрограмм, объединенных по различным признакам и доступных всем приложениям, функционирующим в операционной системе.

Этот подход основывается на современных технологиях построения программного обеспечения, при использовании которых достигается баланс между эффективным конструированием, гибким управлением вычислительной системой и ее высоким быстродействием.

Проведены имитационные расчеты построения областей влияния для различных регионов Сибири на основе решения сопряженного уравнения переноса атмосферного аэрозоля. Сопряженное уравнение решается с использованием однопараметрической модели пограничного слоя атмосферы и монотонной конечно-разностной схемы Ботта.

Разработана система визуализации геофизической информации, работающая в рамках операционной системы Windows 95 и состоящая из графического процессора (пакета программ машинной графики) и диалоговой интерфейсной системы, выполняющей функции менеджера задач и графического редактора.

Важнейшие публикации по теме.

Гибадуллин А.З. Организация пользовательского интерфейса с вычислительной программой в WWW // Современные проблемы технических наук. // Сборник тезисов докладов новосибирской межвузовской научной студенческой конференции "Интеллектуальный потенциал Сибири". 28-30 апреля 1998 г. –Новосибирск.: НГАСУ. –С. 60-61.

Куценогий К.П., Ривин Г.С. Мониторинг, база данных и математическое моделирование переноса аэрозолей в Сибири // Вычислительные технологии - 1998. – Т. 3, N 5. –С. 51 - 62.

Ривин Г.С., Воронина П.В. Математическое моделирование для оценки областей воздействия мощных выбросов загрязняющих веществ в атмосферу // Доклады Первой Международной конференция "Цифровая обработка информации и управление в чрезвычайных ситуациях" (22–25 сентября 1998г. Минск) –т 2. – Минск. - 1998. - С. 215-220.

Ривин Г.С., Воронина П.В. Перенос аэрозоля в атмосфере: имитационные эксперименты // Оптика атмосферы и океана. - 1998. - N 7. - С. 741 - 746.

Шкуропацкий Д.А. Концепция единой среды для исследования моделей и проведения вычислительного эксперимента // Тезисы Третьего сибирского индустриального конгресса по прикладной и индустриальной математике (ИНПРИМ-98). –Новосибирск. –1998. –с. 76.

Шкуропацкий Д.А., Чубаров Л.Б. Организация вычислительного эксперимента на основе потоков данных // Тезисы докладов XV Международной школы-семинара "Информационные технологии в задачах математического моделирования"
// http://www.ict.nsc.ru/comp_tech/tesises/Technologies/chubarov.pdf
Rivin G.S., Voronina P.V. Transport of aerosols in Siberian region: imitative experiments // Research activities in atmospheric and oceanic modelling. - 1998. - WMO/TD-No. 865. - P. 5.42-5.43.


Нач. раздела. Далее


Webmaster
Обратная связь

© 1999 Institute of Computational Technologies SB RAS, Novosibirsk
    Last update: Tuesday, 01-Jun-1999 18:05:00 NOVST