Lab3_moya

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Ижевский Государственный Технический университет имени М. Т. Калашникова

Кафедра «Вычислительная техника»

Отчет

по лабораторной работе №3

по дисциплине Вычислительные Системы

на тему «Систолический процессор для распознавания образов»

Выполнил: студент гр. М02-781-01

Парыгин М.А.

Проверил: Петухов К. Ю.

Ижевск, 2013

1. ЗАДАНИЕ

1. Задачи:

1. Необходимо провести экспериментальные исследования работы систолического процессора для распознавания образов.

2. Путем многократных исследований добиться устойчивого распознавания искаженных символов.

3. Найти максимальное количество вводимых искажений, при котором обеспечивается устойчивое распознавание символов.

4. Результаты исследований свести в таблицу.

5. Вычислить конвейерный такт. Сделать вывод о работе систолического процессора, доказать повышение производительности по сравнению с обычным процессором.

2. Исходное задание:

Количество символов: 4;

Количество эталонов: 4;

Количество ошибок: 2.

Рисунок 1.2.1 – Изображение эталонов

Рисунок 1.2.2 - Зашумленные символы (количество ошибок = 2)

2. ТЕОРИЯ

   1. Сравнивающая ячейка

Рисунок 2.1.1 – Структурная схема сравнивающей ячейки.

2. Вычислительная ячейка

Рисунок 2.2.1 – Структурная схема вычислительной ячейки.

3. Описание работы процессора

Частичные суммы продвигаются слева направо с накопле­нием, и затем из крайних правых ячеек поступают в сравнивающие ячейки. Идентификаторы полных сумм в сравнивающих ячейках задерживаются на 17 тактов (l0+к-1=10+8-1, k-размер по вертикали). Начало загрузки идентификатора отмечается сообще­нием "НАЧАЛО ЗАГРУЗКИ ИДЕНТИФИКАТОРОВ".

В каждую сравнивающую ячейку (за исключением самой первой верхней) слева поступает частичная сумма и справа идентификатор этой суммы. Сверху поступает из верхней сравнивающей ячейки сумма и соответствующий ей идентификатор. Из этих двух сумм выбирается наименьшая сумма и соответствующий идентификатор и предается в нижнюю сравнивающую ячейку.

Рисунок 2.3.1 – Структурная схема систолического процессора

Рисунок 2.3.2 – Схема систолического процессора

Все ячейки, представленные на экране, кроме крайнего правого ряда, являются вычисляющими. Крайний правый ряд представляет собой сравнивающие ячейки.

Вычислительные ячейки состоят из следующих полей:

1) Первое сверху число - матрица X (распознаваемый символ).

2) Второе число - частичная сумма.

З) Третье число - матрица M (эталон).

Сравнивающие ячейки:

1) Верхнее число - расстояние эталонного вектора от неизвестного.

2) Нижнее число - идентификатор соответствия между эталонным вектором и неизвестным.

Стрелки, направленные вниз, означают продвижение компонентов входных векторов Xf и выделены желтым цветом в активном состоянии.

Стрелки, направленные влево, означают продвижение идентификаторов и выделены желтым цветом в активном состоянии.

Стрелки, направленные вправо, означают продвижение частичных сумм и выделены желтым цветом в активном состоянии.

Стрелки, направленные вверх, означают продвижение компонентов векторов эталонов Mi и выделены желтым цветом в активном состоянии.

В крайнем правом ряду, где находятся сравнивающие ячейки, две стрелки направлены вниз. Крайняя левая стрелка означает продвижение вычисленного расстояния Kjf f-го входного вектора Xf до ближайшего j-го эталона. Стрелки выделены желтым цветом в активном состоянии и серым цветом в пассивном состоянии.

Диагональное смещение входных и эталонных компонентов на вводе осуществляется для обеспечения взаимно синхронизации, т.е. для обеспечения их встречи в нижний момент времени в требуемой по алгоритму ячейке ВЯ. При этом необходимо синхронизировать потоки компонент входных векторов. Это достигается следующими способами :

1) Диагональным смещением входных данных при вводе в систолическую матрицу.

2) Разделением элементов при загрузке в матрицу входных данных ( и ) одним временным интервалом-подциклом продвижения в матрице.

3) Диагональной начальной загрузкой векторов эталонов.

4) Поочередным постраничным продвижением компонентов векторов в каждом подцикле в течении первых L подциклов.

Тем самым гарантируется, что первая входная компонента X11 встретится с требуемой компонентой эталона m11 в левый верхний угол ВЯ. В дальнейшем ввод всех эталонных векторов повторяется циклически в виде организованного в ромб массива из LxK компонент.

3. ХОД РАБОТЫ

   1. Вводим в программу syst_dc входные данные:

Задаем эталоны:

Рисунок 3.1.1 - Эталоны

Задаем символы (количество ошибок =2):

Рисунок 3.1.2 – Символы

2. Демонстрация работы систолического процессора в пошаговом режиме:

Рисунок 3.2.1 – Результаты распознавания

Рисунок 3.2.2 – Результаты прогона систолического алгоритма

3. Повышение уровня зашумленности.

Повышаем уровень зашумленности (увеличиваем значение количества ошибок) распознаваемого символа.

3.3.1. Количество ошибок равно 6:

Рисунок 3.3.1.1 – Результаты распознавания (Все символы правильно распознаны)

3.3.2. Количество ошибок равно 10

Рисунок 3.3.2.1 – Результаты распознавания (Все символы правильно распознаны)

3. 3. Количество ошибок равно 13

Рисунок 3.3.3.1 – Результат распознавания (Все символы правильно распознаны)

3.3.4. Количество ошибок равно 15

Рисунок 3.3.4.1 – Результат распознавания (При уровне зашумленности, равном 15, символ «М» распознан не правильно, установлено соответствие с эталоном №2 (Символ «Ш»))

3.3.5. Количество ошибок равно 18

Рисунок 3.3.5.1 - Результат распознавания (При уровне зашумленности, равном 18, символы «М», «И» распознаны не правильно, установлено соответствие с эталонами №2, 3 соответственно (Символы «Ш», «А»))

3.3.6. Количество ошибок равно 20

Рисунок 3.3.6.1 - Результат распознавания (При уровне зашумленности, равном 20, символы «М», «И», «Ш» распознаны не правильно, установлено соответствие с эталонами №2, 3,1 соответственно (Символы «Ш», «А», «И»))

Прекращаем увеличивать количество ошибок. При уровне зашумленности, равном 20 распознается только один символ, т.е. 25%.

ВЫВОДЫ

В ходе выполнения лабораторной работы были распознаны заданные эталонные образы с помощью систолического процессора при разных уровнях зашумления. В результате можно сделать вывод, что систолический процессор позволяет распознать до 100% символов при низком уровне зашумленности, до 13 ошибок, в зависимости от точки наложения ошибки. При высоком уровне зашумленности, до 20 ошибок, возможность распознавания составляет 25-50%. Систолический процессор ускоряет процесс выполнения задачи распознавания образов в сравнении с обычным процессором за счет параллельных вычислений.