Современные информационные технологи/1.Компьтерная инженерия

к.т.н. Чорненький В.І., к.т.н. Чешун В.М.

Хмельницький національний університет

Експериментальна модель двошарової штучної нейронної мережі

Запропонована методика застосування позитивних властивостей штучних нейронних мереж (ШНМ) для аналізу отримуваних відповідних реакцій та формування тест-векторів в процесі виконання умовних алгоритмів діагностування [1] дозволяє досягти підвищення ефективності діагностування за рахунок скорочення вживаних тестових послідовностей. Подальшим розвитком зазначеної методики постала задача розробки апаратних засобів для її апробації та впровадження.

Загальний опис призначення та принципу дії функційних складових системи діагностування розглянуто при визначені структури нейромережних засобів тестового діагностування [2]. Розглянемо більш детально внутрішню організації основного її вузла - блоку нейромережного керування (БНК).

БНК реалізований апаратно у вигляді двошарової штучної нейронної мережі. Розроблений експериментальний БНК реалізує процес умовного діагностування цифрових пристроїв по 6 діагностичним каналам, 4 з яких призначені для подання на ОД тест-векторів, а 2 – для отримання відповідних реакцій. Даний блок передбачає можливість використання 16 допоміжних ознак для вирішення конфліктних ситуацій при реалізації умовного алгоритму діагностування і забезпечує восьмикратну зміну вагових коефіцієнтів і порогів збудження штучних нейронів (ВКЗ і ПЗ ШН). БНК містить в рецепторному шарі 6 елементів, в прихованому - 16 і в ефекторному - 10. Елементи рецепторного шару виконують узгодження навантажувальної здатності вхідних сигналів з розподіленням та транспортуванням всіх вхідних сигналів з входів ШНМ до кожного елемента прихованого шару. Елементи прихованого та ефекторного шарів виконують обробку інформації використовуючи операції арифметичного множення, додавання та порівняння.

Структуру штучного нейрона прихованого шару відображено на рис. 1.

Рис. 1 - Структура елемента прихованого шару БНК

Для зберігання значень ВКЗ і ПЗ ШН прихованого шару використовуються 7 регістрів: для зберігання значень вагових коефіцієнтів зв’язків з 6 елементами рецепторного шару і один для порогу збудження.

Інформація в регістри записується з блоку зберігання динамічно змінюваних параметрів (БЗДЗП) згідно сигналів вибірки, які надходять від спецпроцесора керування введенням-виведенням (СП КВВ). Оскільки сигнали, які поступають від елементів рецепторного шару, приймають двійкові значення, в якості елемента множення використовуються кон’юнктори. Блок додавання забезпечує отримання зваженої суми сигналів рецепторного шару. Цифровий комутатор порівнює результат додавання з порогом збудження (Регістр 7) і формує двійкове значення сигналу на виході y_j^H, яке поступає на входи елементів ефекторного шару.

Аналогічно реалізована структура елемента ефекторного шару. Відмінність в його структурі в порівнянні з розглянутою для прихованого шару зумовлена особливістю включення в ШНМ і полягає в наступному. Елементи ефекторного шару обробляють інформацію, що поступає від 16 елементів прихованого шару. Тому, враховуючи ще й значення порогу збудження, для зберігання значень ВКЗ і ПЗ ШН ефекторного шару використовуються 17 регістрів. Інформація в регістри, як і у випадку елемента прихованого шару, записується з БЗДЗП згідно сигналів вибірки від СП КВВ. На кон’юнктори надходять сигнали від елементів прихованого шару. Цифровий комутатор формує двійкове значення сигналу на виході y_k^E, який і є вихідним сигналом.

Основні функційні складові БВУА ШНМ при виготовлені реалізовані за допомогою мікросхем ПЛІС FLEX 6000 фірми Altera, для яких характерна висока швидкодія (до 166 МГц), потужні можливості програмування цифрових схем (до 250 тисяч вентилів), гнучке програмне забезпечення.

Література:

1. Чорненький В.І. Загальна методика використання засобів діагностування цифрових пристроїв на базі штучних нейронних мереж // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах.–2001.- №4.– С.112-116

2. Чорненький В.І., Чешун В.М., Яковчук О.М., Сікорський Д.В. Структурні та функціональні особливості побудованих на базі теорії штучних нейронних мереж засобів діагностування цифрових мікропроцесорних пристроїв // ВОТТП: збірник наукових праць (випуск №9). – Хмельницький: ТУП, том 2, 2002. – С.175-178.