Имитационный анализ возможностей иерархических клиент-серверных архитектур в конструкторском проектировании электронных схем

Список использованной литературы:

1.Кочетов О С. Расчет виброзащитного сиденья оператора. Безопасность труда в промышленности. 2009. № 11.С.32-35.

2. Кочетов О С., Гетия П.С. Математическая модель виброзащитной системы человека-оператора. Техника и технологии: Пути инновационного развития. Сборник научных трудов 4-ой Международной научно-практической конференции. 2014. С. 156-161.

3. И.Г.Гетия, Л.Н. Скребенкова, О.С.Кочетов. Влияние биомеханических характеристик человека-оператора на эффективность виброзащитных систем. Символ науки. 2015. № 5. C. 29-31.

4.Кочетов О С. Виброизолирующие подвески сидений для человека-оператора. Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2015. № 1-1. с. 83-85.

5.Кочетов О С. Системы защиты человека-оператора от вибрации. Вестник Академии знаний. 2015. № 12 (1). с. 6-14.

6.Кочетов О С. Исследование систем виброзащиты человека-оператора. Охрана и экономика труда. 2014. № 1 (14). с. 70-75.

7.Кочетов О С. Исследование системы защиты человека-оператора от вибрации на базе нелинейных упругих элементов. Science Time. 2014. № 9. с. 137-147.

© Гетия И.Г., Гетия С.И., Кочетов О.С., 2016

УДК 004.942

В.М. Глушань1

д.т.н., профессор Институт компьютерных технологий и информационной безопасности (ИКТИБ) ЮФУ E-mail: gluval07@rambler.ru И. А. Дубровский, О.И. Красюк студенты 3 курса ИКТИБ ЮФУ г. Таганрог, РФ

ИМИТАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ИЕРАРХИЧЕСКИХ КЛИЕНТ-СЕРВЕРНЫХ АРХИТЕКТУР В КОНСТРУКТОРСКОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ

Аннотация

Приводятся сравнительные результаты имитационного моделирования дихотомической и трихотомической клиент-серверных архитектур, используемых для конструкторского проектирования электронных схем. В качестве моделей схем используются гиперграфы с соответствующими параметрами: числом вершин, мощностью гиперребер и числом контактов вершин. Показано, что одно и двухуровневая трихотомическая клиент-серверная архитектура обладает большим быстродействием относительно дихотомической. Но уже при трех уровнях иерархии её быстродействие сравнивается с дихотомической архитектурой, а при четырех и пяти уровнях оно становится меньшим, чем у дихотомической архитектуры.

Ключевые слова

Гиперграф, дихотомическая и трихотомическая клиент-серверные архитектуры.

Введение. Автоматизированное проектирование объектов радиоэлектронных схем, и особенно БИС и СБИС, является одной из сложнейших задач среди всех объектов, которые проектируются с помощью САПР. Это связано с тем, что число компонентов (транзисторов), из которых состоят такие схемы, достигает

1 Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект № 15-01-05669).

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №11-3/2016 ISSN 2410-700Х_

огромных величин, исчисляемых сотнями миллионов и даже миллиардами [1, с. 8; 2, с. 153]. Это обстоятельство привело к появлению в среде пользователей и разработчиков САПР емкого и меткого словосочетания «проклятия размерности» [3, с. 188]. Для преодоления этого проклятия используют различные подходы совершенствования как алгоритмического, так и аппаратного обеспечений САПР. В основе совершенствования алгоритмического обеспечения лежат различные эвристические подходы построения алгоритмов для решения схемотехнических и конструкторских задач проектирования. Эвристические алгоритмы позволяют находить близкие к оптимальным решения за приемлемое время [4].

Один из подходов совершенствования аппаратного обеспечения связан со специализированными процессорами (акселераторами), бурное развитие получившими в 70-90-е гг. прошлого столетия. Особенность акселераторов состоит в том, что их структура специализирована на решение узкого круга задач проектирования путем замены чисто вычислительного процесса процессом моделирования задач на электронных цифровых моделях, которые они решают на порядки быстрее, чем чисто программными средствами [5, с.16, 21]. Другой подход совершенствования аппаратного обеспечения связан с использованием современных сетевых архитектур, в частности клиент-серверных [1, с.48; 6, с.141].

Исследования последнего подхода, детально изложенные в монографии [1], показали, что одноуровневая клиент-серверная архитектура обладает оптимальным числом компьютеров-клиентов, при котором может быть получен максимальный выигрыш в быстродействии. Причем «с увеличением сложности схемы оптимальное число компьютеров-клиентов растет очень медленно и их число достигает величины всего лишь нескольких единиц» [1, с. 173]. Поэтому получить выигрыш в быстродействии более 3-4-х раз практически невозможно. Там же была выдвинута гипотеза, что более существенное увеличение скорости проектирования сложных схем можно получить, используя иерархический принцип проектирования, когда сложная схема строится из нескольких десятков или сотен схем первого уровня. Схема первого уровня строится из нескольких десятков или сотен схем второго уровня и т.д. В работах [7, с.54-56, 8, с.456] приведены результаты исследований дихотомической иерархической клиент-серверной архитектуры. В такой архитектуре на каждом k-ом уровне иерархии используется 2k компьютеров, где k ={0, 1, 2,...}, а в качестве модели схемы - гиперграф.

Исследования показали, что наименьшая временная сложность процесса проектирования дихотомической иерархической архитектурой во всех исследуемых случаях оказалась значительно меньшей, чем одноуровневой архитектурой. В частности, уже на 5-ом уровне (на всех 5-ти уровнях используется 63 компьютера) временная сложность стабилизируется, достигнув минимального значения в 29 874 662 шагов. Если же процесс проектирования аналогичных по сложности схем осуществляется одноуровневой распределенной системой проектирования, то минимум временной сложности процесса проектирования достигается при 5-ти компьютерах и составляет величину 235 198 864 шагов, что почти на порядок больше чем в дихотомической иерархической архитектуре [7, с. 56].

В данной статье ставилась задача проведения сравнительных исследований дихотомической и трихотомической клиент-серверных архитектур распределенного конструкторского проектирования сложных электронных схем.

Условия и результаты проведения эксперимента. Как и в работе [7, с. 55], исследование осуществлялось путем имитационного моделирования, в котором в качестве модели схемы использовался гиперграф. Целью экспериментов было установление зависимости временной сложности проектирования от числа уровней в дихотомической и трихотомической клиент-серверных архитектурах. Чтобы достоверность результатов исследований была практически достаточной, случайным образом генерировалось по 10 серий случайных гиперграфов. Число вершин гиперграфа было постоянным в пределах одной серии, но различным между ними. Максимальная мощность гиперребер и максимальное число контактов вершин варьировалось от 2 до 5. Непосредственное число гиперребер определялось на этапе генерации гиперграфа. По результатам усреднения каждой серии из 10 экспериментов строились зависимости числа внешних связей при разбиении гиперграфов на части и числа шагов, необходимых для проектирования соответствующей схемы, в зависимости от числа уровней иерархии.

Заметим, что в данной модели в качестве основного показателя сложности проектирования используется число связей (соединений), так как именно от него в большей степени зависит время

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №11-3/2016 ISSN 2410-700Х_

проведения соединений (трассировка) как внутри каждой подсхемы, так и между подсхемами. Время проектирования также зависит от сложности используемых алгоритмов. Чтобы учесть этот фактор полагалось, что основные процедуры проектирования - разбиение схемы на части, размещение элементов схемы и трассировка соединений осуществляются полиномиальными алгоритмами. Полиномиальность алгоритмов задавалась степенными функциями с показателями степени 2 и 3, т.е. предполагалось, что в проектировании используются алгоритмы квадратичной и кубической временной сложности. Именно с такой временной сложностью чаще всего используются алгоритмы в процессе проектирования.

Номер уровня

Рисунок 1 - Число внешних связей при квадратичных размещении и трассировке

S.COE-4S 6,03E-U»

¡5

а

1,00Е+0Э О.ОЗЕЧХ)

012345Б7

Номер уровня

Рисунок 2 - Трудоемкость при квадратичных размещении и трассировке

3 \

Рисунок 3 - Число внешних связей при квадратичном размещении и кубической трассировке

3 4

Номер уровня

Рисунок 4 - Трудоемкость при квадратичном размещении и кубической трассировке

На рисунках 1- 4 приведены зависимости соответственно числа внешних связей и числа шагов от числа иерархических уровней клиент-серверной архитектуры для гиперграфа с 30000 вершин при использовании разного сочетания алгоритмов размещения и трассировки. На всех графиках цифрами 2 и 3 отмечены дихотомическая и трихотомическая архитектуры соответственно

На рисунках 5-8 приведены те же зависимости, но для гиперграфа со 100000 вершин и в таком же сочетании использования алгоритмов размещения и трассировки 45

40

35

аг

" 30

Ё 25 и ь

3 /

2

\ у/

_ 20 I

15

х

ш

10 5 О

0 12 3 4 5 6 7

Номер уровня

Рисунок 5 - Число внешних связей при квадратичных размещении и трассировке

9,00Е+10 5,00Е-!-10 7,ООЕ-ь1В 6,О0Е+1О е 5,ООЕ+Ю 3 4,СОЕ-!-10 3,О0Е+1О 2;<ЙЁ+1Д

О.СОЕ+ОЭ

-

а <

з А

3 4

Номер уровня

Рисунок 6 - Трудоемкость при квадратичных размещении и трассировке

45

40

35

30

5 И

2П

15

10

__—

3 \/

/

2 \ / / / /

у/

Номер уровня

Рисунок 7 - Число внешних связей при квадратичном размещении и кубической трассировке

Ноллер уровня

Рисунок 8 - Трудоемкость при квадратичном размещении и кубической трассировке

Выводы и заключение. Во всех приведенных случаях оказалось, что трихотомическая клиент-серверная архитектура при использовании одного или двух уровней иерархии обладает большим быстродействием. Но уже при использовании трех уровней иерархии её быстродействие сравнивается с дихотомической архитектурой, а при четырех и пяти уровнях оно становится меньшим, чем у дихотомической архитектуры. Причем это уменьшение тем больше, чем большей сложностью обладает используемый алгоритм трассировки. Исходя из полученных результатов, можно заключить, что окончательный и однозначный вывод об абсолютных скоростных возможностях исследуемых архитектур можно будет делать, построив и исследовав реальную подсистему конструкторского проектирования электронных схем, как это сделано в работе [1]. Список использованной литературы:

1. Глушань В.М., Лаврик П.В. Распределенные САПР. Архитектура и возможности: монография/В.М. Глушань, П.В. Лаврик. - Старый Оскол: ТНТ, 2015 - 188 с.

2. Асмаков С.В., Пахомов С.О. Железо 2010. КомпьютерПресс рекомендует. - СПб.: Питер, 2010. - 416 с.

3. Глушань В.М. Математическая логика и теория алгоритмов. Учебное пособие. - 2-е изд., испр. и доп. -Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2009. - 236 с.

4. Шкатова Г.И. Алгоритмические стратегии. [Электронный ресурс] http://portal.tpu.ru/f_ic/files/ school/materials/ppt/2.pdf (дата обращения 4.11.2016).

5. Курейчик В.М. и др. Комбинаторные аппаратные модели и алгоритмы в САПР/В.М. Курейчик, В.М. Глушань, Л.И. Щербаков. - М.: «Радио и связь», 1990. - 216 с.

6. Глушань В.М. Использование GRID-технологий для построения подсистемы автоматизированного проектирования СБИС. Труды Конгресса по интеллектуальным системам и информационным технологиям

«AIS-IT'11». Научное издание в 4-х томах. - М.: Физматлит, 2011. - Т. 2. - с. 138-144.

7. Глушань В.М., Рыбальченко М.В., Лаврик П.В. О возможностях иерархической клиент-серверной архитектуры для топологического проектирования СБИС. Труды Конгресса по интеллектуальным системам и информационным технологиям «IS&IT'15». Научное издание в 3-х томах.- Таганрог.: Изд-во ЮФУ, 2015.-Т.1, с. 50-56.

8. V.M. Glushan, P.V. Lavrik, M.V. Rybalchenko. Hypergraph model of hierarchical client-server architecture for distributed computing. 9th International Conference Application of Information and communication technologies -AICT2015.- Rostov-on-Don, 2015. - pp. 454-457.

© Глушань В.М., Дубровский И.А., Красюк О.И., 2016

УДК 628.5

О.С. Гурова

к.т.н., доцент кафедры ИЗОС Донской Государственный Технический Университет

Н.А. Волочаева студент 1 курса магистратуры Донской Государственный Технический Университет

г. Ростов-на-Дону, РФ E-mail: volochaeva.nata@yandex.ru

АНАЛИЗ СТЕПЕНИ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРЕДПРИЯТИЯ МП «САХ» НА ВОЗДУШНУЮ СРЕДУ Г. БАТАЙСКА РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Аннотация

Проведен анализ воздействия древесной пыли на воздушную среду. Раскрыта суть процесса деревообработки и основные свойства древесины, способствующие ее широкому использованию. Рассмотрены вопросы, связанные с загрязнением воздушной среды древесной пылью.

Ключевые слова Пыль древесная, деревообработка, физическая модель загрязнения, свойства древесины, загрязнение атмосферы.

В настоящее время актуальной является задача защита окружающей среды. Особого внимания заслуживает деревообработывающее производство как вносящее значительный вклад в уровень загрязнения городов.

Свой вклад в загрязнение воздушной среды г.Батайска Ростовской области вносит предприятие МП «САХ», на территории которого расположен деревообрабатывающий цех. Основным загрязняющим веществом (ЗВ) является пыль древесная, образующаяся при ремонте столярных изделий и обработке древесины на различных деревообрабатывающих станках [1].

На столярном участке для ремонта деревянных изделий имеются шлифовальные станки. Пиломатериалы, столярные плиты, древесностружечные, древесноволокнистые, фанера и шпон являются основным конструкционным материалом столярных изделий. Широкому использованию древесины способствуют ее высокие физико-механические качества, хорошая обрабатываемость, а также эффективные способы изменения отдельных свойств путем химической и механической обработки.

Для детального анализа воздействия столярного участка МП «САХ» на окружающую среду нами построена физическая модель процесса загрязнения воздушной среды древесной пылью, выделяющейся при эксплуатации шлифовальных станков.