Table of Contents

وفي مجال البحوث العلمية، كثيرا ما تكون القدرة على الحصول على البيانات وتحليلها بسرعة عالية جداً هي الفرق بين المراقبة الروتينية والاكتشافات المسببة للكسر، وتنتج التجارب الحديثة في ميادين تتراوح بين الفيزياء الجسيمات وعلم الأحياء العصبية عن وجود مضاعفات من البيانات التي تُستخدم في ثانيتها، وتُحسب فيها الميزات وتُفسر في الوقت الحقيقي.

ما هي مجهزي نظام المعلومات الإدارية؟

وتحتاج أجهزة الإرسال الرقمية إلى درجة من أجهزة التجهيز الجزئي إلى أقصى حد للتنفيذ السريع للعمليات الرياضية المستخدمة عادة في تجهيز الإشارات الرقمية، مثل عمليات التجهيز المتعدد التراكمات، و " المسار الرابع " ، و " التصفيف الرقمي " ، وخلافاً لوحدات التجهيز المركزية ذات الأغراض العامة، التي تهدف إلى معالجة مجموعة واسعة من المهام ذات المنطق المعقد المتمثل في توجيه إشارات التضمين،

وتشمل السمات النموذجية لنظام الأفضليات المعمم ما يلي:

  • Hardware MAC units ] that perform multiply and accumulate in one hour cycle, essential for convolution and filtering.
  • الدائرة ] دعم التداول الفعال للبيانات المتدفقة.
  • Zero-overhead cycles] that eliminate the need for software cycle counters, reducing execution time.
  • Separate address generation units] that allow data to be fetched from memory while the arithmetic unit processes previous data.

ولا تزال الجهات الرائدة في تصنيع نظام إدارة الدعم الميداني، مثل أدوات تكساس، والأجهزة الأناولوجية، وشركة NXP، تدفع حدود الأداء، وتقدم أجهزة ذات سرعة ساعة تتجاوز 1 جيهرتز واستهلاك الطاقة المصممة خصيصا للصكوك العلمية الثابتة والناقلة على حد سواء.

دور نظم المعلومات الإدارية في نظم اقتناء البيانات العالية السرعة

ويضم نظام اقتناء البيانات السريع جداً عادة أجهزة الاستشعار، والمحولات المشابهة إلى الأرقام، ومحرك تجهيز البيانات، وجهاز إدارة الدعم الميداني، وهو يعمل كمحرك تجهيز، ويضطلع بمهام حاسمة تحول الإشارات الرقمية الخام إلى معلومات مفيدة ومفيدة، ويتبع ذلك فحص هذه الأدوار بالتفصيل.

تجهيز البيانات في الوقت الحقيقي

أما المهمة الوحيدة الأكثر أهمية في نظام إدارة شؤون المرأة في نظام إدارة شؤون المرأة فتتمثل في التجهيز في الوقت الحقيقي، حيث يمكن لدائرة إدارة الدعم الميداني أن تطبق خوارزميات على خط سريع دون أن تُعيق مجموعات بيانات كبيرة، وهذا أمر حيوي بالنسبة لتطبيقات مثل نظم مراقبة الوقت الحقيقي في التجارب المادية (مثلاً، الظواهر المتكيفة في التلسكوب) أو التغذية المغلقة في الأجهزة الطبية الأحيائية (مثلاً).

إعداد البيانات وخفض عدد المعلومات

وتلوث بيانات الاستشعار عن طريق الفم باستمرار بالضوضاء من المكونات الالكترونية أو التدخل البيئي أو عملية القياس نفسها، وتطبق نظم المعلومات الرقمية - منخفضة التجويف، والممرات العالية، والممرات، والمرشحات التكييفية - التي يمكن إعادة تشكيلها في برامجيات دون تغيير المعدات، مثلا، في عمليات رصد التقلبات، تستخدم أجهزة تصفية زلزال منخفضة المقاييس لإزالة الضوضاء من الترددات العالية.

تحليل الإشارات والتحوُّل

وبالإضافة إلى التصفيق، تقوم إدارة خدمات الدعم الميداني بإجراء تحولات رياضية معقدة مثل التحول السريع الرابع، والتحوّلات الموجية المميزة، والتحليلات الطيفية، وهذه العمليات هي أساس تحليل الترددات، المستخدم في نظام المطياف والتحليل الصوتي ورصد الاهتزاز، وفي نظام الترددات العالية السرعة، يمكن أن يقارن الباحثون في نظام إدارة العمليات الجوية والفضاء بالآلاف من المؤشرات.

الكشف عن الأحداث

وفي كثير من التجارب العلمية، لا تكون البيانات قيمة إلا عندما يحدث حدث محدد، ويمكن برمجة نظم المعلومات الإدارية لكشف أنماط محددة مسبقاً مثل المعابر العتبة، أو عمليات الانتقال إلى الحافة، أو التوقيعات الطيفية المحددة، ثم تُحدث تسجيلاً للبيانات أو تُحدث انقطاعاً، وهذه القدرة تقلل من متطلبات التخزين والزوارق في نظام DAQ وذلك بتسجيل البيانات ذات الصلة فقط.

الخفض وخفض البيانات

وبغية مطابقة ارتفاع معدل إنتاج البلدان النامية الحديثة (التي تتجاوز أحياناً 10 أجهزة استنشاق حاسوبية) مع ناتج قنوات التخزين أو النقل، تؤدي نظم إدارة الدعم الميداني إلى خفض معدل العينة مع الحفاظ على خليط الإشارات، ويتحقق ذلك من خلال التحويل الرقمي، ومرشحات أجهزة الاستكمال المكبودية، ومصارف التصفية المتعددة المراحل، مما يمكن من تقليل حجم البيانات بصورة ذكية.

مزايا استخدام مجهزي نظام المعلومات الإدارية

وفي حين يمكن استخدام صفائف البوابات المبرمجة ميدانياً، ووحدات تجهيز الرسوم البيانية، وحتى وحدات الاستهلاك العام الغرض في تجهيز الإشارات، فإن نظم الإدارة العامة توفر مزايا متميزة في تطبيقات الترددات العالية السرعة.

الأداء السريع مع انخفاض درجة الحرارة

وتُقدم برامج الدعم الميداني خدمات محددة ذات كفاءة منخفضة ضرورية للرقابة في الوقت الحقيقي، وخلافاً لوحدات تجهيز السلع الأساسية التي تقدم بيانات عن عمليات الدفع في الكناشف الكبيرة، فإن برامج الدعم الميداني تُجري عمليات عينة من البيانات أو في مجموعات صغيرة، بما يكفل أن النظام يمكن أن يستجيب في إطار ثواني دقيقة، كما أن المعدات المخصصة لعمليات MAC و FFTs تتيح للمرافق الرقمية أن تُنفذ عمليات متعددة من خلال أوامر التوريد.

المرونة والبرمجة

ومن الميزات الرئيسية التي تكتنف الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيقات القدرة على إعادة برمجة برامجيات مصغرة لمختلف الخوارزميات والتجارب، ويمكن استخدام منصة واحدة من برامج إدارة المعلومات الإدارية تستند إلى نظام إدارة الدعم الميداني لرصد الزلازل، ثم إعادة استخدامها في علم الفلك الإذاعي بمجرد تحميلها على البرمجيات الجديدة، وهذه المرونة تقلل من وقت التنمية وتكلفتها، ولا سيما في بيئات البحوث التي تتطور فيها الاحتياجات بسرعة.

كفاءة الطاقة

وبالنسبة للصكوك العلمية المحمولة أو النائية - مثل أجهزة الاهتزاز في المحيطات أو استهلاك الطاقة الساتلية - المطياف - الاصطناعية - أمر بالغ الأهمية، وتُستخدم نظم دعم البرامج في أفضل الأحوال لأداء كل واط، حيث تُوفّر عشرات من العمليات الجياغية في الثانية بينما لا ترسم سوى بضعة واط، مما يمكّن نظم إدارة المعدات والمعادن ذات الطاقة البطارية من العمل لمدة أشهر أو سنوات دون صيانة.

التنفيذ المحدد

وتستلزم التجارب العلمية توقيتاً يمكن التنبؤ به، وتصمم نظم إدارة الدعم الميداني من أجل التشغيل في الوقت الحقيقي، مع التنفيذ المحدد للمدونة (لا توجد فواتير في المخبأ، ولا نظام تشغيلي) مما يسمح للباحثين بالمواءمة الدقيقة بين مسارات البيانات من أجهزة الاستشعار المتعددة والأحداث الموثقة مع مزامير دقيقة.

تطبيقات البحث العلمي

وتمتد نظم اقتناء البيانات المعززة من قبل نظام دعم الاستراتيجية عبر المشهد العلمي، ونسلط الضوء على عدة ميادين مكنت فيها برامج الدعم من إحراز تقدم كبير.

علم الاهتزاز والفيزياء الأرضية

وفي علم الزلازل، تلتقط صفائف من السيزمومات ذات النطاق العريض حركة أرضية عبر نطاق واسع (0.001 Hz to 100 Hz).() وتطبق برامجيات DSP داخل أجهزة الرش على التصفيق في الوقت الحقيقي على موجات منفصلة من الجسم من الموجات السطحية، وتزيل الضوضاء البشرية المنشأ، وفي الدراسات الاستقصائية للأخطار السيزمية، تقوم نظم المعلومات الأساسية بعملية إشارات نشطة (مثلاً، من شاحنات الفيروس) عن طريق التر.

علم الفلك الراديوي

وتحتاج المقاريب اللاسلكية مثل جهاز الأشعة في الكيلومتري (SKA) إلى تجهيزات هائلة ومباشرة للإشارة، ويجب ربط البيانات الأولية من آلاف الهوائيات وتحويلها إلى صور، وتستخدم برامجيات DSP في المساندة الرقمية لأداء التوجيه (تنسيق الإشارة الواسعة النطاق إلى قنوات ضيقة التردد)، وتوليف الاستقطاب، وتحليل التوقيت البنفسجي.

الهندسة الطبية الحيوية

DSPs are fundamental to biomedical signal acquisition and processing. In electroencephalography (EEG) and magnetoencephalography (MEG), DSPs filter out gang artifacts and power-line interference while maintaining neural signals. In electrocardiography (ECG), portable Holter monitors use low-power DSPs for realtime arrhythcofrace.

الفيزياء العالية الطاقة

وتولد التصادمات الجسيمية، مثل ملوِّث هادرون الكبير، تصادمات كل 25 ثانية من الناموسيات، وتستخدم أجهزة الكشف الإلكترونيات ذات الوصلات الأمامية أجهزة التصعيد العالية السرعة التي تغذيها برامجيات الادخار المُعدَّدة (التي تُدمج في كثير من الأحيان في نظم التخطيط المُعدَّدة) التي تؤدي إلى عدم الاكتئاب والتجميع وتقدير الطاقة.() وتُجريب 99 في نظام الرصد والبرمجيات

الرصد البيئي

وفي مجال العلوم في الغلاف الجوي، تُظهر نظم الليزر نبضات الليزر وتلتقط الضوء المبعثرة بالأجهزة الضوئية، وتقوم أجهزة الاستطلاع بتجهيز إشارات العودة لحصر الهباء الجوي والبوحات السحابية، وتطبيق عملية حرق النطاقات، وتصوير متوسط، وبالمثل، تستخدم أجهزة قياس دوبلر الصوتية في مجال الأوقيانوغرافيا أجهزة قياس الـ دي بي إس بي إس بي إلـهـزات دوبلـر

أهم الرسوم التقنية لنظم المعلومات الإدارية للحصول على البيانات

ولتقديم تقدير لطريقة تحقيق برامج دعم التنمية لأدائها، تساعد على دراسة عدة سمات معمارية ذات صلة خاصة بنظم المقر ذات السرعة العالية.

الوحدات المتعددة التراكمات

وترمي عملية ماك - تذيب رقمين وتضيف النتيجة إلى متراكم - هو جوهر التصفيف والتبريد الرقمي، وتدمج نظم إدارة الدعم الميداني وحدة أو أكثر مخصصة من وحدات لجنة المساعدة التقنية التي يمكن أن تكمل هذه العملية في دورة واحدة على مدار الساعة، حيث يمكن لوحدات متعددة من وحدات لجنة المساعدة التقنية المعنية ببروميد الميثيل أن تحقق منافذ قياسية في إطار مجموعة " جيغا - ماك " (GMACs) 32.

الهندسة المعمارية في هارفارد ومبنى الهندسة المحدث

وباستخدام حافلات منفصلة لتعليمات وبيانات البرامج، يمكن أن تُحضر برامج الدعم الميداني التعليمات التالية في الوقت نفسه، مع الوصول إلى ذاكرة البيانات، كما أن هيكل هارفارد المعدل يسمح بمزيد من حافلات البيانات، مما يتيح تحميل البيانات المتعددة ومخازنها لكل دورة، وهذا التوازي أمر حاسم بالنسبة لتجهيز الإشارات المتحركة، حيث تتطلب كل مرحلة تدفقاً ثابتاً للبيانات.

Fixed-Point vs. Floating-Point

وتتوفر برامجيات DSPs في نسختين ثابتتين ونقطة عائمة على حد سواء.() وتستعمل نظم الإدارة المستدامة ذات النقاط الثابتة (مثل سلسلة TMS320C54x) مقياساً قياسياً عالياً من هذا النوع مع التوسع في البرامج، مما يتيح استهلاكاً أقل من التكلفة والطاقة، ولكنه يتطلب إدارة دقيقة ذات نطاق دينامي.()

حركة البيانات المتعلقة بالألغام وفعالية

وتنتقل نظم اقتناء البيانات من مركز البيانات إلى الذاكرة المجهزة ثم إلى مركز إدارة الدعم الميداني، وأخيرا إلى التخزين أو النقل، ومن أجل التقليل إلى أدنى حد من تحميل وحدة احتواء الأطفال، تشمل نظم المعلومات الإدارية أجهزة مراقبة مباشرة للذاكرة يمكن أن تنقل مجموعات البيانات دون تدخل أساسي، وتسمح محركات إدارة الشؤون الإدارية المتعددة القنوات بعمليات نقل متزامنة إلى مناطق أخرى ومنها (مثلا، مدخلات التعاون التقني، نواتج لجنة التنسيق الإدارية، موانئ الشبكة الأوروبية).

دمج برامجيات دعم التنمية مع الهياكل الحديثة للمقر

ومع تزايد التجارب البحثية بشكل أكثر تعقيداً، لا يمكن لأي مجهز واحد أن يلبي جميع الاحتياجات، وكثيراً ما تجمع نظم المقر الإدارية الحديثة بين نظم دعم البرامج وعناصر محاسبية أخرى لتحقيق أفضل توازن في الأداء والمرونة والسلطة.

DSP + FPGA Hybrid Systems

وتُعد صفائف البوابات القابلة للبرمجة في الميدان على نحو متوازي، وعمليات منخفضة الدقة مثل التحلل العالي الجودة، والتحلل الرقمي للنزول، وكشف النبضات، وفي العديد من النظم، يقوم فريق من كبار المسؤولين بفحص البيانات الأولية بمعدلات البيانات الشاملة، بينما يتولى نظام إدارة الديون والتحليل معالجة الكيميائيات العالية المستوى مثل التحليلات البينية، ومنطق التحكم، وبروتوكولات التكامل الثابتة.

SoC Solutions (System on Chip)

ويعرض العديد من البائعين في نظام إدارة الدعم الميداني الآن أجهزة على النظام على أجهزة الحاسوب تدمج النواة الأساسية لنظام إدارة الدعم الميداني مع مجهزة للتطبيقات الخاصة بآلية إدارة المخاطر المؤسسية أو المؤسسة، إلى جانب أجهزة متقدمة جداً، وأجهزة إدارة الدعم الميداني، وأجهزة طرفية، وسلسلة الاتصالات الساتلية (TI OMAP-L138) وسلسلة أجهزة الاستنشاق التابعة لشبكة الاتصالات (ADSP-SC58x) أمثلة على ذلك، وتخفض هذه المراكز من حيز اللوحات الخاصة بالمناطقوس من بعد، وتزودها بأجهزة التحكم بأجهزة الاستي بأجهزة الاستي بأجهزة قياس الترددات بأجهزة قياس الترددات بأجهزة الاستي.

مقارنة مع عملية التجهيز القائمة على أساس تعميم مراعاة المنظور الجنساني

وتتيح وحدات التوزيع العالمية التوازي على نطاق واسع لتجهيز مجموعات البيانات الكبيرة، مما يجعلها مثالية للتحليل غير المباشر أو التطبيقات في الوقت الحقيقي حيث لا يكون الرطوبة حرجا، غير أن كفاءة استخدام نظام إدارة الشؤون الإدارية العالية السرعة التي تتطلب استجابات دقيقة المستوى المحدد، تظل الخيار المفضل لدى نظم إدارة الدعم الميداني (التي غالبا ما تكون مقترنة مع نظم التخطيط المالي) كما أن كفاءة استخدام نظام إدارة الدعم الميداني تعطيها حافة في الأدوات المدمجة والقابلة للنقل.

الاتجاهات المستقبلية في مقر إدارة البحوث العلمية المعززة في مجال البحوث العلمية

وما زالت طلبات البحث العلمي تدفع الابتكار في تكنولوجيا نظام المعلومات الاستراتيجية، وستشكل عدة اتجاهات الجيل القادم من نظم اقتناء البيانات ذات السرعة العالية.

التكامل مع الاستخبارات الفنية والتعلم في مجال الآلات

وتُعرَّف الخوارزميات التقليدية لنظام الأفضليات المعمم إلى حد كبير بواسطة مرشحات وتحولات مصممة يدوياً، ويستخدم الباحثون على نحو متزايد نماذج للتعلم الآلي - مثل الشبكات العصبية الثورية والشبكات العصبية المتكررة - للكشف عن أنماط البيانات المستشعرة، كما أن الباعة الذين يستعملون نظام تبادل المعلومات عن التكنولوجيا الرقمية لا يضيفون إلى قراراتهم المتعلقة باقتناء الإشارات.

تجهيز الحواسيب والتجهيز اللامركزية

وفي شبكات الاستشعار الواسعة النطاق (مثل مراصد المحيطات، والصفوف السيزمية، وشبكات الرصد البيئي)، تنقل جميع البيانات الخام إلى خادم مركزي هو نظام تحديد النطاقات الترددية، وستؤدي نظم المعلومات في الحافة على نحو متزايد التجهيز المحلي، والضغط، واستخراج السمات، ولا ترسل سوى معلومات مخفضة وذات معنى، وهذا الاتجاه يتوافق مع مبادئ حساب الحوافات، وسيمكن من نشر المزيد من الوسائل العلمية.

المتحولون الأعلىون

ونظراً إلى أن تكنولوجيا شركة التعمير في البلدان النامية تتقدم بسرعة نحو 20+ GHz بمعدلات أخذ العينات بالنسبة للتطبيقات مثل اختبارات الـ 5G وجيل الجيل القادم من علم الفلك، يجب أن تواكب برامج التنمية المستدامة في المستقبل أوجه الوصل المتسلسلة السريعة (JESD204C، وصلات بصرية) وأن تزيد سرعة ساعات العمل الداخلية لمعالجة مشكلة تآكل البيانات، ومن المرجح أن توفر هذه البرامجيات المتعددة العناصر الأساسية التي تعمل في 2-3 GHz والتي تبلغ 16+.

تجهيز الإشارات كميا

وتتطلب الحواسيب الكهرمائية أجهزة إلكترونية للمراقبة والقراءة ذات ضوضاء منخفضة للغاية وسرعة عالية، وتؤدي هذه الأجهزة دوراً في تجهيز إشارات القراء المحتوية على عوارض، وتطبيق مرشحات متطابقة، وممارسة التمييز على صعيد الدولة، وقد تنشأ، مع وجود مقاييس حاسوبية كمية، وأجهزة متخصصة مصممة لهذه المهام المنخفضة المدة، والمتميزة بدرجة عالية، وتدمج المبادئ من تجهيز الإشارات التقليدية مع تقنيات جديدة.

خاتمة

وقد كانت أجهزة تحديد الهوية منذ زمن طويل هي أجهزة تشغيل نظم حيازة البيانات ذات السرعة العالية في البحوث العلمية، إذ أن الجمع الفريد بينها وبين الحواسيب العالية الإنتاج، والضعف في الدقة، وتحديد الهوية في الوقت الحقيقي، وقابلية البرمجة، يجعلها لا غنى عنها لاستخراج المعنى من البيانات التدفقية السريعة التي تنتجها الأدوات الحديثة، ومن أعماق المحيطات إلى المدى البعيد للضوضاء، فإن نظم إدارة الدعم العلمي ستمكن العلماء من التقاط التقدم، والتصفية،

وللمزيد من المعلومات المفصلة عن بنية نظام الأفضليات المعمم وتطبيقها في مجال اقتناء البيانات، يمكن للقراء أن يشيروا إلى الموارد التالية: