NL194520C - Op voorschriften gebaseerd expertsysteem. - Google Patents

Description

1 194520

Op voorschriften gebaseerd expertsysteem

Deze uitvinding heeft betrekking op een, op voorschriften gebaseerd expertsysteem, en meer in het bijzonder op een schakelingstechnisch geïmplementeerd op voorschriften gebaseerd expertsysteem, 5 geschikt voor het met hoge snelheid uitvoeren van deducties in kunstmatige intelligentie-applicaties.

Uit het artikel ’’VOSS-VHSIC Hosted Expert System” van M. Plutowski, gepubliceerd in "Proceedings of the IEEE 1986 National Aerospace and Electronics Conference NAECON 1986, deel 4, 19 mei 1986 Dayton, OH USA, is een dergelijk, op voorschriften gebaseerd, expertsysteem bekend. Het beschreven expertsysteem omvat een geïntegreerd hardware software-ontwerp dat toestaat berekeningsintensieve en 10 geheugenintensieve toepassingen van een expertsysteem uit te voeren in dit systeem.

Expertsystemen omvatten een klasse van computerprogramma’s met kunstmatige intelligentietechnologie voor het aanpakken van problemen waarvoor normaliter menselijke experts of specialisten nodig zouden zijn. In een op voorschriften gebaseerd expertsysteem wordt de kennis van een expert op een specifiek toepassingsgebied in de vorm van een reeks van voorschriften ’’productievoorschriften” gerepresenteerd. Bij 15 het werken met een typisch expertsysteem voedt de gebruiker, via een geschikte gebruikersinterface, het expertsysteem met bepaalde bekende informatie over een specifiek probleem, en past het expertsysteem de productievoorschriften op deze bekende informatie toe, voor het deduceren van feiten en het oplossen van problemen welke relevant zijn voor het toepassingsgebied.

De Europese octrooiaanvrage EP 0166 251 onthult een dergelijk expertsysteem dat een deductie-20 systeem en bijbehorende werkwijze omvat waarbij kennistechnologieën, zoals ”productievoorschriften”of "productiekaders” worden toegepast.

In het artikel "Rule-Based Systems” van Hayes-Roth, gepubliceerd in "Communications of the Associa-tion for Computing machinery", deel 28, nummer 9, september 1985, New York, USA, blz. 921-932, wordt een algemeen overzicht gepresenteerd van op voorschriften gebaseerde expertsystemen en hun toepassin· 25 gen.

Voorts wordt in dit artikel uitgebreid ingegaan op de karakteristieke eigenschappen van dergelijk op voorschriften gebaseerde expertsystemen.

Voor verdere achtergrondinformatie met betrekking tot expertsystemen wordt verwezen naar de volgende artikelen: Robert H. Michaelsen, et al., 'The Technology of Expert Systems", Byte Magazine, april 1985, blz. 30 308-312; Bevely A. Thompson, et al., "Inside an Expert System”, Byte Magazine, april 1985, blz. 315-330; Michael F. Deering, "Architectures for ΑΓ, Byte Magazine, april 1985, blz. 193-206.

Voor een aantal toepassingsgebieden zijn succesvolle expertsystemen ontwikkeld: voor het maken van medische diagnoses, voor het identificeren van organische mengsels, voor het selecteren van boorolie-suspensies, enz. Bovendien is een aantal toepassings-onafhankelijke expertsystemen in programmatuur-35 vorm ontwikkeld, voor het ondersteunen van het opbouwen van op voorschriften gebaseerde expertsystemen voor specifieke toepassingsgebieden. In de bovengenoemde artikelen van Michaelsen, et al. Thompson, et al., en Deering zijn een aantal commercieel beschikbare expertsysteemgereedschappen beschreven. Deze expertsystemen en expertsysteemgereedschappen zijn typisch in de vorm van computerprogramma’s ontworpen, om op een computer voor algemene doeleinden of een microcomputer te 40 draaien. Het computerprogramma verschaft een interactieve sessie tussen de gebruiker en het expertsysteem waarin het expertsysteem vragen aan de gebruiker stelt, en voor het oplossen van problemen en voor het verschaffen van advies aan de gebruiker zijn expertkennis-informatiebank gebruikt.

Er bestaat een aanzienlijke belangstelling voor het uitbreiden van de toepassing van expertsystemen naar andere praktische toepassingen en in het bijzonder in het ontwikkelen van expertsystemen welke 45 geschikt zijn om in ware-tijdapplicaties te gebruiken. Deze systemen zouden bijvoorbeeld nuttig kunnen zijn als stuursysteem voor verschillende toepassingen, zoals vervaardigingsprocessen, procesbesturing, geleidingssystemen, robotica, etc. Een ernstige beperking bij het ontwikkelen van ingewikkelde, ware-tijd kunstmatige intelligentiesystemen ("artificial intelligence (Al)systems”) vormt echter de rekensnelheid. Om effectief praktisch gebruik van de kunstmatige intelligentietechnologie te kunnen maken dienen de efficiency 50 en rekensnelheid te worden verhoogd.

Er zijn belangrijke inspanningen gedaan om de snelheid van de Al-verwerking te verbeteren door de in Al-verwerking gebruikte programmatuurgereedschappen, zoals de Al-talen, te verbeteren en te stroomlijnen. Er is ook ingezien dat kwaliteitsverbeteringen door op maat gemaakte schakelingen kunnen worden bereikt, in het bijzonder ontworpen voor kunstmatige intelligentieverwerking. Zoals aangegeven in het bovenge-55 noemde artikel van Deering, omvatte een benadering ten aahzien van schakelingstechnische architecturele verbeteringen verfijningen in de instructieset van de processor, om een snellere werking van de processor mogelijk te maken. Er is ook aandacht besteed aan het ontwikkelen van parallelverwerkingsarchitecturen, 194520 2 waarmee het mogelijk zou kunnen zijn om de Al-berekeningen parallel uit te voeren. Het artikel merkt ook op dat op maat gemaakte VLSI-schakelingen zouden kunnen worden toegepast voor het versnellen van specifieke operaties zoals vergelijkingen, het ophalen van instructies, parallelprocessorcommunicatie en signaal-naar-symbool-verwerking.

5 Een belangrijke doelstelling van de onderhavige uitvinding is het verbeteren van de snelheid en de efficiency van op voorschrift gebaseerde expertsystemen door het verschaffen van een schakelings-technisch geïmplementeerde deductiemachine. Meer in het bijzonder verschaft de onderhavige uitvinding een toepassingsgerichte geïntegreerde schakeling welke speciaal voor het met hoge snelheid uitvoeren van deducties voor een op voorschriften gebaseerd expertsysteem is ontworpen.

10 De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een hardware-geïmplementeerde op voorschriften gebaseerde expertsysteeminrichting voor het uitvoeren van deducties met hoge snelheid gebaseerd op een voorschriftenset voor een toepassingsgebied, omvattend: toegewezen werkgeheugenmiddelen voor het opslaan daarin van feiten betrekking hebbend op het toepassingengebied; 15 toegewezen voorschrift-geheugenmiddelen voor het opslaan daarin van de voorschriftenset voor het toepassingsgebied, omvattend een reeks instructies die ieder een conditie of een actie definiëren; logische middelen; een eerste communicatiebus die een de werkgeheugenmiddelen communicatief verbindt met de logische middelen; 20 een tweede communicatiebus die communicatief is verbonden met de voorschriftgeheugenmiddelen; welke logische middelen toegewezen middelen omvatten voor het achtereenvolgens uitvoeren van de instructies in de voorschriftgeheugenmiddelen welke zijn verkregen via de tweede communicatiebus, met verwijzing naar de opgeslagen feiten in de werkgeheugenmiddelen zoals verkregen via de eerste communicatiebus, teneinde daardoor nieuwe feiten te deduceren, en waarin ten minste een van de 25 genoemde instructies voor elk voorschrift een conditie representeert waaraan moet worden voldaan door de feiten van een gegeven probleem en omvattend: (i) een bewerkingscode die een logische uit te voeren bewerking definieert; (ii) een eerste operand die een eerste, door de logische bewerking te vergelijken waarde definieert; en (iü) een tweede operand die het adres in het werkgeheugen definieert, dat een tweede, door de logische 30 bewerking te vergelijken waarde bevat.

Voorts heeft de onderhavige uitvinding betrekking op een hardwaregeimplementeerde of voorschrift gebaseerde expert-systeeminrichting die geschikt is voor het uitvoeren van deducties met hoge snelheid gebaseerd op een voorschriftenset voor een toepassingsgebied, omvattend: toegewezen werkgeheugenmiddelen voor het opslaan daarin van feiten betrekking hebbend op het 35 toepassingsgebied; toegewezen voorschrift-geheugenmiddelen voor het opslaan daarin van de voorschriftenset voor het toepassingsgebied, omvattend een reeks instructies die ieder een conditie of een actie definiëren; logische middelen; een eerste communicatiebus die de werkgeheugenmiddelen communicatief verbindt met de logische 40 middelen; een tweede communicatiebus die communicatief is verbonden met de voorschriftgeheugenmiddelen; welke logische middelen toegewezen middelen omvatten voor het achtereenvolgens uitvoeren van de instructies in de voorschriftgeheugenmiddelen welke zijn verkregen via de tweede communicatiebus, met verwijzing naar de opgeslagen feiten in de werkgeheugenmiddelen zoals verkregen via de eerste 45 communicatiebus, teneinde daardoor nieuwe feiten te deduceren, en waarbij ten minste een van de instructies van elk voorschrift een actie representeert die dient te worden uitgevoerd indien aan alle condities van het voorschrift is voldaan en omvattend: (i) een bewerkingscode die de uit te voeren actie definieert; en (ii) een eerste operand die een waarde voor een feit definieert; en 50 (iii) een tweede operand die een adres definieert in de werkgeheugenmiddelen, waarin de in de eerste operand gedefinieerde waarde dient te worden opgeslagen.

De inrichting en werkwijze voor een schakelingstechnisch geïmplementeerd, op voorschriften gebaseerde expertsysteem volgens de onderhavige uitvinding wordt in het navolgende met het acronym REX ("Ruleba-sed EXpert”) aangeduid, en omvat een werkgeheugen waarin, bij het begin van een deductiehandeling voor 55 het toepassingsgebied bekende informatie of feiten zijn opgeslagen. De inrichting omvat verder een voorschriftengeheugen voor het opslaan van een voorschriftenset voor het toepassingsgebied. De voorschriftenset bestaat uit een reeks van instructies welke elk een voorwaarde of een actie bepalen. Er zijn 3 194520 middelen verschaft voor het vanuit het voorschriftengeheugen in het werkgeheugen laden van opeenvolgende instructies van de voorschriftenset en er zijn logische middelen verschaft voor het opeenvolgend uitvoeren van de instructies in het werkgeheugen met betrekking tot de in het werkgeheugen opgeslagen feiten, voor het aldus deduceren van nieuwe feiten.

5 Tijdens het deductieproces worden, wanneer nieuwe feiten zijn gededuceerd deze in het werkgeheugen opgeslagen, die tijdens het uitvoeren van opeenvolgende instructies van de voorschriftenset voor het afleiden van verdere feiten kunnen worden gebruikt. Na het voltooien van het deductieproces worden de, in het werkgeheugen opgeslagen feiten naar een uitvoerinrichting overgebracht.

Elk van de instructies van de voorschriftenset omvat een operator, een conditie/actie-vlag en een paar 10 operanden. De logische middelen omvatten een instructiedecodeerder voor het testen van de conditie/ actievlag van elke instructie, om te bepalen of de instructie een conditie of een actie is. Wanneer de instructie een conditie is, worden de operanden vergeleken in overeenstemming met de, door de operator gespecificeerde logische operatie voor het genereren van een logisch resultaat (bijvoorbeeld waar of onwaar). Wanneer de instructie een actie is wordt de, door de operator gespecificeerde actie op de 15 operanden uitgevoerd.

Het werkgeheugen en de logische middelen kunnen geschikt als een geïntegreerde schakeling worden verschaft. Het voorschriftengeheugen kan ofwel extern van de geïntegreerde schakeling via een geschikte externe geheugenbus met het werkgeheugen zijn verbonden, of het voorschriftengeheugen kan eveneens in de geïntegreerde schakeling zijn opgenomen met geschikte gegevensbusverbindingen met het werkgeheu-20 gen. Omdat de toepassingsvoorschriftenset in een geheugeninrichting is opgeslagen, is de REX-deductiemachine gebieds-onafhankelijk waardoor deze voor verschillende toepassingen kan worden gebruikt, door eenvoudigweg een andere toepassingsvoorschriftenset in het voorschriftengeheugen op te nemen. De structuur van het voorschrïftengeheugen en de gegevensstructuur van de toepassingsvoorschriftenset zijn zodanig ontworpen dat zij de efficiency van het deductieproces in grote mate verhogen. 25 Voor het illustreren van de veelzijdigheid en brede algemene toepasbaarheid van de onderhavige uitvinding, toont de navolgende gedetailleerde beschrijving op welke wijze de REX-deductiemachine als coprocessor in samenhang met een bestaande computer of microcomputer kan worden gebruikt, voor het verschaffen van een expertsysteem dat geschikt is voor het uitvoeren van deducties met snelheden welke significant groter zijn dan door een gebruikelijk programmatuur-gelmplementeerde deductiemachines zou 30 kunnen worden uitgevoerd. De REX-deductiemachine kan echter ook voor vele andere toepassingen worden gebruikt, zoals een zelfstandig werkend stelsel, indien voorzien van een geschikt inwendig stuurstelsel, een gebruikersinterface en invoer-/uitvoer-inrichtingen.

De REX-deductiemachine is geschikt voor het uitvoeren van waretijd kennisverwerking, gebaseerd op de huidige VLSI-technologie. De snelheid waarmee problemen worden opgelost wordt gemeten in logische 35 deducties per seconde (’’logical inferences per second”) (LIPS) in plaats van drijvende kommaverwerkingen per seconde (’’floating point operations per second”) (FLOPS). Een LIPS is gelijk aan ongeveer 100 tot 1000 FLOPS op een gebruikelijke computer.

Korte beschrijving van de tekeningen 40 Enkele van de eigenschappen en voordelen van de uitvinding zijn reeds genoemd, andere zullen uit de navolgende gedetailleerde beschrijving duidelijk worden, in samenhang met de tekeningen, waarin: figuur 1 een perspectivisch aanzicht is dat illustreert op welke wijze de REX-deductiemachine als een co-processor in een gebruikelijke personal computer kan worden toegepast; figuur 2 is een meer gedetailleerd aanzicht van een co-processorkaart welke van de REX-45 deductiemachine gebruik maakt; figuur 3 is een blokschema dat de gegevensstroom voor de REX-machine toont; figuur 4 is een blokschema dat de structuur van de voorschrifteninformatiebank voor de REX-machine illustreert; figuur 5 is een schema dat de gegevensstructuur van de, in het voorschriftengeheugen opgeslagen 50 instructies toont; figuur 6 is een schema dat het in de REX-chip toegepaste operatiecodeformaat illustreert; figuur 7 is een totaal blokschema van de belangrijkste functionele componenten van de REX-chip; figuur 8 is een schema dat de gegevensbus-bittoewijzing voor I/O lees/schrijf-opóraties illustreert; figuur 9 is een stroomschema dat de deductiestroom van de REX-chip toont; en 55 figuur 10 t/m 12 zijn tijddiagrammen voor de REX-chip welke respectievelijk de tijdsturing van de leesmode, schrijfmode en het externe geheugen tonen.

194520 4

Gedetailleerde beschrijving

Figuur 1 illustreert een expertsysteem dat ontworpen is voor samenwerking met een microcomputer 10, zoals een IBM AT Personal Computer met een daaraan toegevoegd, op voorschriften gebaseerde expertsysteem (REX) co-processorkaart 11. De REX-kaart 11 is opgebouwd uit een REX-chip 12, een 5 extern voorschriftengeheugen 13 en een l/O-interface 14. De REX-kaart is meer gedetailleerd in figuur 2 getoond. Een applicatie-voorschriftenset voor een specifiek toepassingsgebied, in figuur 2 aangeduid met 15, is in het externe voorschriftengeheugen 13 opgeslagen. De REX-chip 12 is bijgevolg gebieds-onafhankelijk en kan voor een groot aantal verschillende toepassingsgebieden worden toegepast.

Verwijzend naar figuur 2, elke component van de REX-co-processorkaart 11 wordt als volgt verklaard: 10 l/O-interface: De l/O-interface 14 is verantwoordelijk voor de communicatie tussen de personal computer 10 en de REX-co-processorkaart 11. Externe gegevens worden vanaf de personal computer 10 via de l/O-interface 14 naar de REX-kaart 11 overgebracht. In de hierin geïllustreerde uitvoeringsvorm verschaft een DMA-kanaal een communicatieverbinding tussen de REX-kaart 11 en de personal computer 10. Een op de personal computer draaiend computerprogramma wordt voor het verschaffen van een gemakkelijk 15 begrijpbare gebruikersinterface toegepast.

REX-chip: De REX-chip 12 is een schakelingstechnische deductiemachine en vormt het hart van de REX-co-processorkaart 11. Twee hoofdcomponenten van de REX-chip zijn het werkgeheugen en de stuurlogica. Voordat het deductieproces begint, wordt het werkgeheugen met externe gegevens van de l/O-interface geïnitialiseerd. Externe gegevens welke relevant zijn voor van het applicatiegebied bekende 20 feiten worden in speciale geheugenplaatsen van het werkgeheugen opgeslagen. Tijdens het deductieproces vormt het werkgeheugen een tijdelijke opslag voor tussengegevens. Wanneer het deductieproces is voltooid bevat het werkgeheugen de resultaten van het deductieproces, welke daarna via de l/O-interface naar de personal computer worden overgebracht.

Voorschriftengeheugen: De kennis-ingenieur onttrekt een productievoorschriftenset, een applicatie-25 voorschriftenset 15 genoemd, aan het applicatiegebied en deze voorschriftenset wordt in het voorschriftengeheugen 13 opgeslagen. Tijdens het deductieproces refereert de REX-chip 12 aan het voorschriftengeheugen 13 ten behoeve van voorschrift-informatie. De structuur van het voorschriftengeheugen is geschikt ontworpen om te voldoen aan de vereisten van de REX-chip en voor het reduceren van geheugenruimte.

De datastructuur van de, in het voorschriftengeheugen opgeslagen applicatie-voorschriftenset is ontworpen 30 voor het in grote mate verhogen van de efficiency van het deductieproces. Verdere details rond de structuur van het voorschriftengeheugen en de hierin opgeslagen applicatie-voorschriftenset worden hierna verschaft.

Het voorschriftengeheugen kan een ROM, RAM, EPROM of een andere geschikte geheugeninrichting zijn. Wanneer een RAM voor het voorschriftengeheugen wordt toegepast, wordt een initialisatieprogramma gebruikt om vooraf de applicatie-voorschriftenset 15 in het externe geheugen 13 onder te brengen.

35 Hoewel de hierin geïllustreerde specifieke uitvoeringsvorm demonstreert hoe de REX-chip 12 als een co-processor voor een personal computer kan worden gebruikt, zullen deskundigen herkennen dat het schakelingstechnisch geïmplementeerde, op voorschriften gebaseerde expertsysteem (REX) voor vele andere specifieke toepassingen kan worden gebruikt. Het kan bijvoorbeeld als een zelfstandig werkend systeem worden gebruikt. In een dergelijk geval wordt een stuursysteem verschaft voor het afhandelen van 40 de gebruikersinterface en de l/O-interface en worden extra l/O-inrichtingen zoals een toetsenbord, een grafische weergever, enz. verschaft, om communicatie tussen de REX-kaart en de gebruiker mogelijk te maken.

Deductiemechanisme 45 Er zijn verschillende soorten deductiewerkwijzen welke voor het oplossen van een probleem in een op voorschrift gebaseerd expertsysteem kunnen worden toegepast. Enkele van de belangrijkste deductiewerkwijzen zijn voorwaartse ketenvorming, achterwaartse ketenvorming en combinatieketenvorming. De hierin in het bijzonder geïllustreerde en beschreven deductiemachine maakt gebruik van de voorwaartse ketenvormingdeductiewerkwijze met productievoorschriften.

50 De voorschriften van het op voorschriften gebaseerde stelsel worden door productievoorschriften gerepresenteerd. De productievoorschriften bestaan uit een indien (”if”) deel en een als ("then") deel.

Het iFdeel is een lijst van een of meer condities of antecedenten. Het then-deel is een lijst van acties of consequenties. Een productievoorschrift kan dus als volgt worden gerepresenteerd: if conditie_1, 55 conditie_2, conditie_n 5 194520 then actie_1, actie_2, actie_n 5 Wanneer de condities (conditie_1, conditie_2,.. conditiën) door de feiten van een gegeven probleem zijn vervuld, kunnen wij zeggen dat het voorschrift is getrokken ("triggered”). Het expertsysteem kan vervolgens de gegeven acties uitvoeren. Wanneer de acties zijn uitgevoerd zegt men dat de voorschriften zijn afgevuurd ("fired"). Deze speciale acties kunnen andere condities veranderen, welke op hun beurt andere voorschriften kunnen afvuren. De stroom van afgevuurde voorschriften zal voortgaan totdat de 10 problemen zijn opgelost, of totdat er geen andere voorschriften kunnen worden vervuld. Deze werkwijze van het afvuren van voorschriften beweegt zich in voorwaartse richting door de voorschriften, bijgevolg noemt men dit voorwaartse ketenvorming. Voorwaartse ketenvorming wordt ook wel een deductiestelsel of feiten-gedreven genoemd, omdat de feiten de stroom van de afgevuurde voorschriften leiden.

Het trekken van de voorschriften betekent niet dat de voorschriften zijn afgevuurd, omdat aan de 15 condities van verscheidene andere voorschriften gelijktijdig kan zijn voldaan, en alle worden getrokken. Wanneer dit optreedt is het noodzakelijk om een conflictoplossingsstrategie toe te passen, om te beslissen welk voorschrift feitelijk is afgevuurd. Een conflictoplossingsstrategie is een proces van het selecteren van het meest gunstige voorschrift wanneer aan meer dan een voorschrift is voldaan. Voorbeelden van conflictoplossingsstrategieën zijn de volgende: 20 1. Het voorschrift dat de meest recente gegevens bevat wordt geselecteerd. Deze strategie wordt in de Engelse taal "Data Recency Ordering” genoemd.

2. Het voorschrift dat de meest ingewikkelde van de moeilijkste voorwaarden bezit wordt geselecteerd. In de Engelse taal wordt dit ook "Context Limiting Strategy" genoemd.

3. Het voorschrift dat als eerste in de lijst is opgenomen wordt geselecteerd. Dit wordt in de Engelse taal 25 "Rule Ordering" genoemd.

Voorbeeld I

Voorbeeld van voorwaartse ketenvorming

Dit voorbeeld verschaft een algemene illustratie van de werking van een op voorschriften gebaseerd 30 expertsysteem. Ten behoeve van deze illustratie wordt naar de dier-identificatievoorschriftenset in aanhangsel A verwezen. Deze voorschriftenset probeert, door het geven van zijn fysische eigenschappen, een dier te identificeren. Veronderstel dat de volgende eigenschappen zijn waargenomen: het dier heeft haar, het dier eet vlees, 35 het dier heeft een geelbruine kleur, het dier heeft zwarte strepen.

Deze waarnemingen worden in de volgende feiten vertaald: bedekking = haar, voedsel = vlees, 40 kleur = geelbruin, strepen = zwart.

Gegeven deze feiten wordt VOORSCHRIFT 1 getrokken. Volgens dit voorschrift deduceren wij dat klasse - zoogdier.

Dat het dier een zoogdier is wordt nu door het systeem als een nieuw feit aangenomen. Bijgevolg kan 45 VOORSCHRIFT 2 t/m VOORSCHRIFT 4 niet worden getrokken. De conditie van VOORSCHRIFT 5 i s geldig zodat het systeem zal deduceren dat het dier een vleeseter is. vleeseter = ja.

Het systeem heeft tot zoverre twee bruikbare nieuwe feiten gededuceerd. De eerste drie condities van VOORSCHRIFT 9 zijn waar, maar de laatste conditie niet, zodat VOORSCHRIFT 9 faalt. VOORSCHRIFT 50 10 wordt getrokken en kan worden afgevuurd. Het systeem deduceert bijgevolg dat het dier een tijger is. dier = tijger.

De deductie stopt hier niet, omdat er meerdere voorschriften zijn. In dit geval kan aan geen van de andere voorschriften worden voldaan. Het systeem identificeert het dier als een tijger.

Het voorbeeld toont een deductiewerkwijze in voorwaartse richting, vanuit de huidige situatie van feiten of 55 observaties naar een conclusie.

194520 6 REX-deductiemachine-architectuur

De hoofdcomponenten van de REX-deductiemachine zijn meer gedetailleerd in figuur 3 getoond. De REX-chip zelf heeft drie primaire functionele componenten: het werkgeheugen 16, een rekenkundige en logische eenheid (ALU) 17 en stuurlogica 18. In de hierin getoonde uitvoeringsvorm is het voorschriften-5 geheugen 13 een afzonderlijke geheugeninrichting welke via een gegevensbus 21 met het werkgeheugen 16 is verbonden. Voor een deskundige zal het daarentegen duidelijk zijn dat het voorschriftengeheugen, indien gewenst, in de REX-chip zelf zou kunnen worden geïntegreerd. De l/O-interface 14 is via een systeeminterfacebus, welke in zijn geheel met 22 is aangeduid, communicatief met het werkgeheugen verbonden. De stuurlogica is schematisch in figuur 3 weergegeven en met het verwijzingscijfer 18 aange-

10 duid. In het algemeen heeft de stuurlogica 18 tot taak de werking van de andere elementen, zoals de ALU

17 en het werkgeheugen 16 te sturen.

Gegevensstroom in de REX-deductiemachine

De gegevensstroom van de REX-machine zal het beste duidelijk worden uit figuur 3 en de navolgende 15 beschrijving. De omcirkelde cijfers in figuur 3 corresponderen met de volgende onderwerpen: 1. Invoergegevens

De gebruiker voert de feiten via een gebruikersinterfaceprogramma op de personal computer 10 aan het systeem toe. De gebruiker presenteert de feiten in een vooraf bepaalde syntax. Bij toepassing van de feitengegevens van voorbeeld I en de voorschriftenset van aanhangsel A, zou de gebruiker bijvoorbeeld het 20 volgende invoeren: bedekking = haar kleur = geelbruin .. etc.

25 Het gebruikersinterfaceprogramma zet elke feitelijke observatie om in waarden die door een paar binaire getallen worden gerepresenteerd.

Het eerste deel van het paar is een adres en het tweede deel van het paar is een waarde.

adres waarde 30

In het bovenstaande voorbeeld hebben wij: (adres o32)bedekking = (waarde %10) ohaar, (adres e58)kleur = (waarde %55)geelbruin, 35 .. etc.

waarin α en ”%” aangeven dat het cijfer waarnaar wordt verwezen respectievelijk een adres of een waarde is. In het bovenstaande geval is bedekking afgebeeld op adres 32 (er is geen ander woord op adres 32 afgebeeld). Aan elk woord is dus een uniek adresgetal toegewezen. De waarde haar is op adres 32 opgeslagen. Deze getallen worden in stap 2 gebruikt.

40 2. Het opslaan van feiten in het werkgeheugen

In stap 2 worden de feiten in het werkgeheugen opgeslagen.

3. Het plaatsen van voorschriften in het werkgeheugen

Het externe geheugen wordt voor het opslaan van voor het applicatiegebied relevante voorschriften gebruikt. Elk voorschrift wordt als volgt gerepresenteerd: 45 IF conditie 1 en conditie 2 en THEN actie 1 actie 2 50

Een conditie-element is: (klasse = zoogdier)

Gelijksoortig is een actie-element: (soort = gehoefd) 55 Elk element, zowel een conditie- als een actiedeel van het voorschrift, wordt intem als een instructie in het onderstaand getoonde formaat gerepresenteerd: 7 194520

Operandl I Operand2 I Operator I Dir/lmme I Act/Cond

Elke instructie heeft een vooraf bepaalde lengte, bijvoorbeeld 32 bits. Operandl representeert een adres 5 van het werkgeheugen. Afhankelijk van de waarde van het Dir/lmme-veld is Operand2 ofwel een adres ofwel een waarde in het werkgeheugen. Het Dir/lmme-veld specificeert of de adresseringsmode van Operand2 Direct of Immediate is. Het Act/Condveld specificeert of het element aan het conditie- of het actiedeel van een voorschrift refereert. Het Operator-veld specificeert het type operator dat in het conditie-deel van het voorschrift is gebruikt. Voorbeelden van operatoren zijn: is gelijk aan (=), groter dan (>), kleiner 10 dan (<), etc.

4-5. Deductiecyclus

De volgende stappen worden tijdens de deductiecyclus uitgevoerd.

4.1. Het bereiken van het externe geheugenelement

Een voorschrift wordt uit het voorschriftengeheugen 13 opgehaald, waarbij het Cond/Act-veld van de 75 eerste instructie wordt onderzocht om na te gaan of het een conditie of een actie is. Wanneer de instructie een conditie-element is, wordt de in sectie 4.1.1. beschreven procedure toegepast. Wanneer het een actie is, wordt de in sectie 4.1.2. beschreven procedure toegepast.

4.1.1. Het aan het werkgeheugen aanpassen van het voorschriftenconditie-element

Het adres in Operandl wordt in de ALU geladen (stap 4). Vervolgens wordt het Dir/lmme-veld onder-20 zocht om na te gaan of Operand2 Direct of Immediate is. Wanneer deze Immediate is, wordt de waarde van Operand2 direct aan de ALU toegevoerd, in het andere geval wordt de inhoud van het door Operand2 aangewezen adres aan de ALU toegevoerd. De invoer van de ALU wordt door de ALU vergeleken onder toepassing van de operator (Operator-veld) om na te gaan of de conditie waar of onwaar is. Wanneer de conditie waar is, wordt de volgende successievelijke instructie van het voorschrift onderzocht door het 2s herhalen van de, in sectie 4.1. aangegeven reeks van stappen. Wanneer het conditie-element onwaar is, wordt dit voorschrift terzijde gelegd en wordt het volgende voorschrift onderzocht door het herhalen van de reeks van stappen in sectie 4.1.

4.1.2. Actiedeel

De Dir/lmme-vlag van het actie-element wordt al s eerste gecontroleerd. Wanneer deze Direct is, wordt 20 de, in de locatie Operand2 van het werkgeheugen opgeslagen waarde naar het door Operandl gerepresenteerde adres van het werkgeheugen gecopieerd. Wanneer de Dir/lmme-vlag Immediate is, wordt Operand2 naar het door Operandl gerepresenteerde adres van het werkgeheugen gecopieerd. Na het uitvoeren van de, door de instructie aangegeven actie wordt de volgende successievelijke actieinstructie van het voorschrift gelezen en wordt de in sectie 4.1.2. beschreven procedure herhaald. Wanneer de actie-instructie 35 de laatste instructie van het voorschrift is, wordt door het herhalen van de reeks van stappen in sectie 4.1. het volgende voorschrift onderzocht.

6. Feiten naar gegevens

Wanneer alle voorschriften verwerkt zijn wordt de sturing aan de l/O-interface 14 overgedragen. De numerieke representatie van de feiten wordt in een vorm omgezet welke gemakkelijk door de gebruiker kan 40 worden begrepen.

7. Gegevensuitvoer

De l/O-interface zal vervolgens de gegevens naar de personal computer 10 uitvoeren.

Voorbeeld II

45 Voorbeeld van de REX-gegevensstroom

Dit voorbeeld illustreert de wijze waarop de REX-chip het voorgaand in voorbeeld I beschreven probleem oplost. De genummerde onderwerpen corresponderen weer met de omcirkelde cijfers in figuur 3. Zie aanhangsel A voor de volledige dier-identificatievoorschriftenset.

1. Invoer van externe gegevens 50 De gemaakte gegevens of observaties zijn: het dier heeft haar, het dier eet vlees, het dier heeft een geelbruine kleur, het dier heeft zwarte strepen.

55 De bovenstaande gegevens komen de l/O-interface binnen en worden in feiten vertaald. De gegevens worden in de volgende feiten vertaald: (adres o32) bedekking = (waarde %10) haar, 194520 8 (adres 041) voedsel = (waarde %3) vlees, (adres 058) kleur = (waarde %55) geelbruin, (adres 035) strepen = (waarde %8) zwart.

5 2. In het werkgeheugen opgeslagen feiten

Het adres representeert de locatie in het werkgeheugen. Adreslocatie 32 herbergt bijvoorbeeld de waarde 10.

3. Het laden van een instructie

Een instructie wordt uit het voorschriftengeheugen geladen. De eerste instructie van VOORSCHRIFT 1 is 10 een conditie, en heeft de vorm van: (adres 032) bedekking IS GELIJK AAN (’’EQUAL") (waarde %10) haar 4. Het laden van operanden a. Conditie

De waarde van adreslocatie 32 wordt in de ALU geladen, in dit geval 10. Het vergelijkingsproces van de 15 ALU is: (waarde %10) haar EQUAL (waarde %10) haar Dit resultaat is waar.

Wanneer de instructie is: (adres 032) bedekking EQUAL (waarde %11) veren, 20 zou de uitvoer van de ALU onwaar zijn. De sturing gaat terug naar STAP 3.

b. Actie

Wanneer de instructie een actie is, zoals: (adres 077) klasse MOV (waarde %20) zoogdier zou de ALU de waarde 20 krijgen en deze op adreslocatie 77 opslaan.

25 5. Het opslaan van feiten in het werkgeheugen

De waarde 20 is uit het VOORSCHRIFT 1 gededuceerd en dient op adreslocatie 77 te worden opgeslagen. De sturing gaat terug naar STAP 3.

6. Feiten naar gegevens

In dit voorbeeld wordt de waarde op het (adres 88) klasse naar de l/O-interface overgebracht. Uit de 30 feiten volgt dat de waarde op adreslocatie 88 (waarde %100) tijger is.

7. Uitvoer van gegevens

Door de interface wordt de waarde 100 in tijger vertaald.

Structuur van de voorschriften-informatiebank 35 De applicatievoorschriftenset 15, welke in het werkgeheugen 16 is opgeslagen, is in twee delen verdeeld -STRUCT en VOORSCHRIFTEN. In elk voorschrift is een set van condities op aangrenzende adressen gegroepeerd. Eveneens is in elk voorschrift een set van acties op aangrenzende adressen gegroepeerd. Deze groepen kunnen op de volgende wijze in het VOORSCHRIFTEN-deel van het werkgeheugen worden opgeslagen: 40 Voorschrift %1 adres xxx1 conditie_1_1 adres xxx2 conditie_1_2 45 adres xxxm conditie_1_m adres yyy1 actie_1_1 adres yyy2 actie_1_2 50 Voorschrift %2 adres zzz1 conditie_2_1

Omdat de condities en acties achtereenvolgens op verschillende geheugenadressen zijn opgeslagen kan de representatie van de voorschriften onder toepassing van het startadres van elk voorschrift worden gestructureerd. Het productievoorschrift kan bijgevolg uitgedrukt worden als: 9 194520 , if xxx 1 then yyy1 if zzz1 5 then

Dit formaat toont dat, wanneer een groep van condities op een bepaald adres WAAR is, de groep van acties op het, in het then-deel gespecificeerde adres dient te worden uitgevoerd. Wanneer vervolgens het eerste voorschrift onwaar is, springt het stuurmechanisme naar het startadres van het volgende voorschrift. Er is geen noodzaak voor eindindicatoren voor elk voorschrift, zodat bijgevolg de REX geen tijd verspilt met het zoeken naar eind-indicatoren.

De structuur van de voorschrifteninformatiebank van de REX is in figuur 4 weergegeven. In deze versie i s voor het opslaan van de applicatievoorschriftenset 15 eeh extern geheugen van 64K X 32 ROM toegepast.

Om het gebruik van het beperkte geheugen te maximaliseren zijn STRUCT en VOORSCHRIFTEN respectievelijk aan de beide einden van het voorschriftengeheugen 13 opgeslagen. STRUCT start vanaf het adres OOOOH en hoger. VOORSCHRIFTEN start vanaf het adres FFFFH en lager.

In figuur 5 is de gedetailleerde structuur van het voorschriftengeheugen getoond. STRUCT herbergt de adresindex welke naar het startadres van elk voorschrift in VOORSCHRIFTEN wijst. De afmeting van het 20 voorschriftengeheugen is 64K, zodat alleen het 16-bit onderste halve woord wordt gebruikt.

Elke conditie of actie wordt gerepresenteerd als een instructie van een 32-bit woord, verwerkt door de REX. De conditie is in de grond een logische vergelijking van twee gegeven operanden. De acties zijn op soortgelijke wijze georganiseerd. De operatoren van de acties zijn in de grond logische operatoren en een toewijzingsoperator. Voor elk proces zijn er twee operanden: operandl en operand2. Operand2 kan twee • vormen aannemen: direct of immediate. Zoals getoond in figuur 4 is de direct operand een wijzer (’’pointer”) naar een adres in het werkgeheugen, gerepresenteerd door het symbool ’o’ en is de immediate operand een integer, gerepresenteerd door ’%’.

Instructieset voor de REX-deductiemachine 30 Zoals getoond in figuur 5(b) zijn instructies van de REX steeds 32 bit lang. De Operatiecode (6 bits), OPI (13 bits) en OP2 (13 bits) zijn tot een 32-bit instructie samengevoegd. Elk voorschrift in een gegeven applicatievoorschriftenset heeft conditie- en actiedelen. De REX heeft bijgevolg twee typen instructieset: - Conditie-instructies: Dit type instructie wordt gebruikt om na te gaan of de conditie Waar of Onwaar is. Dit maakt het voor gebruikers mogelijk om verschillende logische relaties tussen twee operanden te definiëren, 35 zoals ’’Gelijk aan” ("Equal”), ’’Groter dan” (’’Greater than”), enz. Het bewerkingsresultaat van een Conditie-instructie kan alleen Waar of Onwaar zijn, hetgeen de volgende verwerkingsreeks beïnvloedt.

- Actie-instructies: Dit type instructie wordt alleen uitgevoerd wanneer alle condities van het momentane voorschrift Waar zijn. Het resultaat van het uitvoeren van de actie wordt altijd in de eerste operand opgeslagen.

40 De instructies en de bijbehorende operatiecodes zijn in tabel A samengevat.

TABEL A

REX-OPERATIECODES

40 Operatiecodes Operatie Beschrijving OXOOOO EQ Gelijk aan ("EQual to”);

Is operandl = operand2 ? OXOOOI NE Niet Gelijk aan (’’Not Equal to”); S0 Is operandl < > operand2 ? OXOOIO GT Groter dan (’’Greater Than”);

Is operandl > operand2 ? OXOOII LT Kleiner dan (’’Less Than”);

Is operandl < operand2 ? 00 OXOIOO GE Groter dan of Gelijk aan (’’Greater than or Equal to”);

Is operandl > = operand2 ? 194520 10

TABEL A

REX-OPERATIECODES (vervolg)

Operatiecodes Operatie Beschrijving 5 _____ ____ — OXOIOI LE Kleiner dan of Gelijk aan (’’Less than or Equal to”);

Is operandl < = operand2 ? IXOOOO NOT logische ontkenning operandl (’’logic NOT operandl”);

Elk bit van operandl wordt gecomplementeerd en het 10 resultaat wordt op operandl in het werkgeheugen opgeslagen.

IXOOOI AND logische EN ("AND”) operandl en operand2;

De logische EN-operatie wordt op de corresponderende bits van operandl en operand2 uitgevoerd. Het 15 resultaat wordt op perandl in het werkgeheugen opgeslagen.

IXOOIO OR logische OF (”OR”) operandl en operand2;

De logische OF-operatie wordt op de corresponderende bits van operandl en operand2 uitgevoerd. Het 20 resultaat wordt op operandl in het werkgeheugen opgeslagen.

IXOOII MOV Verplaats (”MOVe”) operand2 naar operandl;

De inhoud van operand2 wordt op operandl in het werkgeheugen opgeslagen.

25 IXOIOO SHR Schuif (’’SHift”) operandl over 1 bit naar Rechts (’’Right·’);

Het minst significante bit wordt verwijderd en op de plaats van het meest significante bit wordt een nul geschoven; het resultaat wordt op operandl in het 20 werkgeheugen opgeslagen.

IXOIOI SHL Schuif (’’SHift”) operandl over 1 bit naar Links (’’Left”);

Het meest significante bit wordt verwijderd en op de plaats van het minst significante bit wordt een nul 35 geschoven; het resultaat wordt op operandl in het werkgeheugen opgeslagen.

XXOIIO JMP Spring (”JuMP”) naar een nieuw adres van het externe geheugen;

Voor de JMP-instructie worden de minst significante 40 16 bits van de instructie in het C1-register geladen dat naar het nieuwe voorschrift in het externe geheugen wijst.

XXOIII EOR Einde van het externe geheugen (’’End of External

Memory").

45 _ - operandl is een direct-geadresseerd gegeven (WM[OP1j) uit het werkgeheugen.

- operand2 kan een direct-geadresseerd gegeven (WM[OP2j) of een immediate gegeven (OP2) zijn.

50

Het formaat van de opcode is in figuur 6 weergegeven. Het MSB (Meest Significant Bit), dat is F1, van de opcode wordt voor het specificeren van het type instructie gebruikt. Wanneer F1 0 is, betreft het een Conditie-instructie, anders is het een Actie-instructie. Een Conditie-instructie heeft steeds twee operanden. Een Actie-instructie daarentegen kan slechts een of twee operanden hebben, afhankelijk van de vereiste operatie.

De REX staat twee typen adressering toe: immediate en directe adressering. De eerste operand maakt steeds gebruik van directe adressering. De tweede operand kan een immediate gegeven of een direct- 5 11 194520 geadresseerd gegeven zijn. De adresseringswijze wordt bepaald door het onderzoeken van het tweede MSB, dat is F2, van de operatiecode. Wanneer F2 gelijk aan O is, is de tweede operand een immediate gegeven. Anders is de tweede operand een direct-geadresseerd gegeven.

Functionele beschrijving van de REX-chip

Figuur 7 verschaft een gedetailleerd blokschema van de REX-chip 12. Om herhaalde beschrijving te vermijden, zijn elementen welke in het voorgaande in samenhang met eerdere figuren zijn beschreven, met dezelfde verwijzingscijfers aangeduid.

10 Tabel B geeft de naam, l/O-type en de functie van elke, in figuur 7 geïllustreerde ingang en uitgang.

TABEL B

PEN-OMSCHRIJVING VAN DE REX ... Symbool Type Naam en functie 70 CLK I Klok Ingang ("Clock Input”): CLK stuurt de interne verwerking van de REX-chip.

De maximale klokfrequentie bedraagt 6 MHz.

CS I Chip Selectie ("Chip Select”): CS is een actief-laag ingang welke wordt gebruikt 2Q voor het selecteren van de REX-chip als een l/O-inrichting wanneer de CPU de interne registers (WM, WMC, C/S) van de REX-chip wil lezen/schrijven.

EMCS O Externe Geheugen Chip Selectie ("External Memory Chip Select”): EMCS is laag actief. Wanneer REX in de deductiemode is, wordt EMCS voor het selecteren van het externe geheugen ten behoeve van informatie omtrent het 25 voorschrift geselecteerd.

TOR I l/O-Lezen ("I/O Read”): TÖR is laag actief. Wanneer zowel CS en 1ÜR actief zijn, heeft de CPU een leestoegang tot de interne registers (WM, WMC, C/S) van de REX-chip.

1CW I l/O-Schrijven ("I/O Write”): 1ÖW is laag actief. Wanneer zowel CS en IÖW

„Q actief zijn, heeft de CPU een schrijftoegang tot de interne registers (WM, WMC, C/S) van de REX.

HLauV O Gereed ("Ready”): HEADY is laag actief. HEADY is een synchronisatiesignaal voor externe gegevensoverdracht. HEADY gaat laag wanneer REX gereed Is voor nieuwe gegevens.

RESET I Terugstellen ("Reset”): RESET is hoog actief. RESET wordt gebruikt om de toestand van de REX-chip te initialiseren. Alle registers worden teruggesteld nadat RESET is geactiveerd.

INT O Interruptie Aanvraag ("INTerrupt Request”): INT is hoog actief. De REX-chip gebruikt INT voor het onderbreken van de CPU wanneer de REX-chlp het 4q deductieproces heeft beëindigd.

AO-A1 I Adres ("Address”): Door de CPU worden de twee minst significante adreslijnen voor het sturen van de gegevensoverdracht naar de interne registers (WM, WMC, C/S) van de REX-chip gebruikt.

DO-D15 I/O Gegegevensbus ("Data Bus”): De gegevensbuslijnen zijn bidirectionele 45 drie-toestanden-signalen welke met de systeemgegevensbus zijn verbonden.

De Gegevensbus bevat uitgangssignalen wanneer TÜR actief is. De Gegevens-bus bevat ingangssignalen wanneer 1CW actief is.

MAO- O Externe Geheugen-adresbus ("External Memory Address Bus"): Wanneer de MAI5 REX-chip in de deductiemode is, wordt de externe geheugen-adresbus voor het 5q adresseren van een voorschrift in het externe geheugen gebruikt.

MDO- I Externe Geheugen-gegevensbus ("External Memory Data Bus”): Wanneer de MD31 REX-chip in de deductiemode is, zendt de externe geheugen-gegevensbus de informatie met betrekking tot elk voorschrift naar de REX-chip.

55 - WM: Werkgeheugen ("Working Memory") - WMC: Werkgeheugen-tellerregister ("Working Memory Counter register”) - C/S: Stuur/Status-vlag registers ("Control/Status flag registers”) 194520 12

De identificatie van elk register en de werking van elk is als volgt: - WM (Werkgeheugen): Het werkgeheugen 16 wordt tijdens het deductieproces voor het opslaan van de tussengegevens gebruikt. Voordat REX het deductieproces start, wordt het werkgeheugen geladen met door de gebruiker ingevoerde feiten. De afmeting van het werkgeheugen begrenst steeds de hoeveelheid invoer 5 van de gebruiker naar de REX. In de geïllustreerde uitvoeringsvorm is het werkgeheugen een 4K X 8 statisch RAM.

- WMC (Werkgeheugenteller) register: WMC is een 13-bit opteller met de mogelijkheid voor parallel laden. Tijdens de l/O-mode wordt WMC als werkgeheugenadresteller voor gegevensoverdracht gebruikt. Wanneer de gegevensoverdracht aan de gang is, zal WMC automatisch worden verhoogd. De inhoud van WMC kan 10 voorafgaand aan de start van de gegevensoverdracht door de CPU worden ingesteld.

- C1 -register: C1 is een 16-bit opteller met de mogelijkheid van parallel laden. Tijdens het deductieproces wijst C1 naar een van de adressen van de voorschriften in het STRUCT-deel van het voorschriftengeheugen 13. C1 neemt met één toe voordat REX naar het volgende voorschrift gaat. Voor een JMP-instructie wordt C1 met een nieuwe waarde geladen in plaats van het met één verhogen hiervan.

15 - C2-register: C2 is een 16-bit afteller met de mogelijkheid van parallel laden. C2 wijst naar het VOORSCHRIFTEN-deel van het voorschriftengeheugen. Wanneer geen onware conditie in een voorschrift optreedt, wordt C2 met één verlaagd voordat REX naar de volgende conditie of actie gaat. Wanneer met betrekking tot een voorschrift een onware conditie wordt gedetecteerd, wordt C2 met het startadres van het volgende voorschrift geladen, in plaats van het met één verlagen daarvan.

20 - OP-register: Het OP-register omvat drie delen: Operatiecode, OPI en OP2, welke een REX-instructie omvatten. Operactiecode is een 6-bit register dat de operator van een instructie opslaat. Zowel OPI als OP2 zijn 13-bit gegevensregisters welke respectievelijk het adres in het werkgeheugen van operandl en operand2 opslaan.

- OP’-register: Het OP’-register is een voor-ophaalregister (’’prefetch register”) dat voor het opslaan van de 25 voor-ophaalinstructie (’’prefetch instruction”) voor het OP-register wordt gebruikt. REX zal de voor- ophaalinstructie uitvoeren tenzij er een JMP-instructie of een onware conditie optreedt.

- SI (Start/lnactief) (”Start/ldle”) stuurvlag: SI wordt gebruikt om de REX-operatiestatus te identificeren: Deductiemode en l/O-mode. SI wordt door de CPU ingesteld nadat het systeem alle feiten naar het werkgeheugen heeft verzonden. SI heeft tijdens de deductiemode de waarde 1. SI wordt elke keer dat het 30 deductieproces stopt door de REX teruggesteld, waarna de REX naar de l/O-mode schakelt.

- IE (Interrupt-vrijgave) (’’Interrupt Enable”) stuurvlag: IE wordt tegelijkertijd met de Sl-vlag door de CPU ingesteld. REX kent de interrupt-vrijgave toe wanneer de REX naar de deductiemode overgaat. IE wordt met de IRQ-vlag voor het afgeven van een interruptiesignaal toegepast. De IE-vlag wordt aan het einde van de interruptieserviceroutine door de CPU teruggesteld.

35 - IRQ (Interrupt-aanvraag) (’’Interrupt ReQuest”) statusvlag: Wanneer het deductieproces stopt wordt IRQ door REX ingesteld om aan te geven dat de REX een interrupt aan de CPU vraagt. Voor het afgeven van een interruptiesignaal INT is IRQ en-verknoopt met de IE-vlag. IRQ wordt, nadat de interruptie is herkend, door de CPU teruggesteld.

Wanneer de REX in de l/O-mode is, kan de CPU registers van de REX lezen of schrijven. De signalen 40 en de beïnvloede registers zijn in tabel C aangegeven.

TABEL C

DEFINITIE VAN DE REGISTERCODES

45 Registeroperatie CS IOW IOR A1 AO

Lees status-registers 0 10 0 0 ("Read Status Registers”) 50 Schrijf stuurregisters 0 0 10 0 ("Write Control Registers”)

Lees werkgeheugenteller 0 1 0 0 1 ("Read Working Memory Counter”) 55----—

Schrijf werkgeheugenteller 0 0 10 1 13 194520

TABEL C

DEFINITIE VAN DE REGISTERCODES (vervolg)

Registeroperatie CS IOW IOR A1 AO

5 _ ("Write Working Memory Counter”)

Lees werkgeheugen 0 10 10 ("Read Working Memory”) 10 _

Schrijf werkgeheugen 0 0 110 ("Write Working Memory")

REX-chip is niet geselecteerd 1 X X X X

15 ("REX Chip is Not Selected")

Bewerkingsmodi REX heeft twee bewerkingsmodi: 20 - l/O-mode - deductiemode.

De stuurvlag SI wordt als modevlag gebruikt. REX schakelt naar de andere mode wanneer de Sl-viag wordt veranderd.

Voordat REX in de deductiemode gaat dient de REX alle door de gebruiker ingevoerde feiten vanuit het 20 hoofdsysteem in het werkgeheugen van de REX te laden. Wanneer de Sl-vlag wordt ingesteld, schakelt de REX van de l/O-mode naar de deductiemode. Nadat het deductiéproces is beëindigd, worden de resultaten vanuit het werkgeheugen naar het hoofdsysteem overgebracht.

Tijdens de l/O-bewerking kan het hoofdsysteem specifieke registers lezen of schrijven, indien de REX-chip is geselecteerd. De sturing van lees/schrijf-bewerkingen en het selecteren van registers worden 30 door een set stuurlijnen gestuurd, welke in tabel C zijn aangegeven. Tijdens het lezen en het schrijven van WMC- en C/S-registers worden slechts enkele bits van de systeemgegevensbus gebruikt Dit is in figuur 8 geïllustreerd.

Zodra het werkgeheugen met door de gebruiker ingevoerde feiten is geladen, zal de REX het deductie-proces vanaf het eerste voorschrift in het externe geheugen starten. De deductiestroom van de REX is in 35 figuur 9 getoond.

Er zijn drie verschillende machinecycli voor de REX in de deductiemode.

- T1-cyclus: T1 is een voorschrift-ophaalcyclus. De T1-cyclus wordt alleen tijdens het eerste begin van het deductieproces of wanneer een JMP-instructie optreedt uitgevoerd. In de T1 -cyclus wordt van een voorschrift in het externe geheugen het startadres in het C1 -register geplaatst. C1 is in feite een 40 voorschriftenteller, welke naar het startadres van het momentaan gededuceerde voorschrift wijst.

- T2-cyclus: T2 is een instructie-ophaalcyclus. In de T2-cyclus wordt de eerste conditie-instructie van elk voorschrift in de REX-registers geplaatst. De T2-cyclus wordt uitgevoerd wanneer een van de condities van een voorschrift onwaar is, waarbij de verwerking vanaf de eerste instructie van het volgende voorschrift start. C2 kan worden opgevat als een instructieteller die naar een conditie-instructie of een actie-instructie 45 verwijst welke momentaan in uitvoering is in de ALU.

- T3-cyclus: De T3-cyclus is een instructieverwerkingscyclus. Er zijn verschillende gevallen voor de T3-cyclus:

Conditie-instructie/lmmediate gegevens Conditie-instructie/Directe adressering 00 Actie-instructie/lmmediate gegevens Actie-instructie/Directe adressering JMP

STOP (einde van het voorschrift)

De instructie-voorophaalcyclus is overlappend met de T3-cyclus. Wanneer een JMP-instructie optreedt 02 zal de bewerkingsreeks naar de T1 -cyclus gaan. Wanneer het resultaat van een Conditie-instructie onwaar is, zal de bewerkingsreeks naar de T2-cyclus gaan. Wanneer geen JMP-instructie en geen onware conditie optreedt, zal de REX de voorophaalgegevens gebruiken om naar de T3-cyclus te gaan.

194520 14 REX zal steeds hetzelfde proces doorlopen, totdat alle voorschriften in het externe geheugen zijn gededuceerd. Wanneer het deductïeproces stopt wordt de Sl-vlag naar "O” teruggezet. De REX schakelt dan van de deductiemode naar de l/O-mode.

5

Tijddiagram

De tijddiagrammen voor de REX in de l/O-leesmode, de l/O-schrijfmode en voor het externe voorschriftengeheugen zijn respectievelijk in de figuur 10-12 getoond. De AC (wisselstroom) eigenschappen van de REX in de l/O-mode zijn in tabel D aangegeven.

10

TABEL D

AC-SPECIFICATIE

Symbool Parameter Min Min Type Max Eenheid 15 -:- TAS l/O-adresinsteltijd 20 - ns ("I/O Address Setup Time”) TAH l/O-adresvasthoudtijd 10 - - ns 20 ("I/O Address Hold Time”) TIW l/O-lees/schrijf-signaalbreedte 60 - - ns ("I/O Read/Write Signal Width”) 25 TOD Gegevensuitvoervertragingstijd - - 40 ns ("Data Output Delay Time") TOH Gegevensuitvoervasthoudtijd 10 - - ns ("Data Output Hold Time”) 30 - TDS Gegevensinsteltijd 20 - - ns ("Data Setup Time") TDH Gegevensvasthoudtijd 10 - - ns 35 ("Data Hold Time") TRS Gereed-signaal insteltijd 0 - - ns ("READY Signal Setup Time”) 40 TRD Gereed-signaal vertragingstijd 0 - CLK*1 ns ("READY Signal Delay Time”) TRW Gereed-signaal breedte CLK-10 CLK*1 CLK+10 ns ("READY Signal Width”) 45 - TMAW Extern geheugen-adressignaalbreedte - CLK*2 CLK*2+20 ns ("External Memory CLK*2-20 Address Signal Width”) 50 TMAC Extern geheugen-adrestoegangstijd ("External - - 170 ns

Memory -

Address Access Time”) TMOH Extern geheugen-gegevensuitvoervasthoudtijd - -- ns 55 ("External 0

Memory Data Output Hold Time") 15 194520

TABEL D

AC-SPECIFICATIE (vervolg)

Symbool Parameter Min Min Type Max Eenheid 5 _______ - ___ _ _ -___— TCSS Extern geheugen-chipselectieinsteltijd - - - ns ("External Memory 0 Chip Select Setup Time”) 10 TCSH Extern geheugen-chipselectievasthoudtijd ns ("External Memory 0 Chip Select Hold Time”) TMOZ Extern geheugen-uitvoerwisseling ("External - 20 - ns

Memory Output Floating”)

VERKLARENDE WOORDENLIJST

20

Antecedent Het jf (indien) deel van een productievoorschrift.

Applicatiegebied Het onderwerp of veld dat voor het expertsysteem relevant is.

Applicatie- Een set van voorschriften, welke door een kennis-ingenieur zijn geselecteerd, en voor voorschriftenset een specifiek toepassingsgebied relevant zijn.

25 ASIC Applicatie-specifieke geïntegreerde schakeling ("Application Specific Integrated

Circuit”) is een op maat gemaakte geïntegreerde schakeling voor een specifieke applicatie.

Consequentie Het then (dan) deel van een productievoorschrift.

CPU Centrale verwerkingseenheid (’’Central Processing Unit”): Een werkzame eenheid 30 welke instructies en gegevens verwerkt.

Co-processor Een gespecialiseerde processor welke met een hoofdcomputer samenwerkt om de kwaliteit van het gehele systeem te verhogen.

Stuurlogica Een op maat gemaakte schakeling welke alle, voor de REX-chip benodigde bewerkin gen stuurt.

35 DMA Directe geheugentoegang ("Direct Memory Access”): Een in de communicatietechniek gebruikelijke werkwijze tussen een hoofdcomputer en computerrandapparatuur. DMA verschaft de meest efficiënte wijze voor het overbrengen van een blok van gegevens. Externe Een blok van binaire gegevens dat in een hoofdcomputergeheugen verblijft, gegevens 40 Extern geheugen Een fysisch geheugen waarin de applicatievoorschriftenset is opgeslagen.

Feit Een waarheid welke door feitelijke ervaring of observatie bekend is. Een groep van feiten wordt verzameld voor het aangrijpen van veronderstellingen.

Deductie Het interpreteren van een voorschrift van een applicatievoorschriftenset.

Deductiemachine Een probleem-oplossend stuurmechanisme voor een expertsysteem.

45 l/O-interface Een type inrichtingsstuurorgaan dat verantwoordelijk is voor de communicatie tussen het hoofdcomputerstelsel en computerrandapparatuur.

Kennis-ingenieur Een persoon welke kennis en feiten aan een betreffend applicatiegebied onttrekt en deze in een applicatievoorschriftenset omzet.

PC Personal computer.

50 PC/DOS Het schijfbeheersysteem (’’Disk Operating System”) van een personal computer, dat de lees/schrijf-handelingen van een schijfstuurorgaan beheert.

Produktie- Een voorschrift dat in een if-then-formaat is gespecificeerd, voorschrift RAM Willekeurig toegankelijk geheugen (’’Random-Access Memory"): Een elektronisch 55 geheugen dat binaire informatie bevat welke voor lezen of schrijven toegankelijk is.

194520 16 ROM Dood geheugen (’’Read-Only Memory”): Een elektronisch geheugen dat de binaire informatie opslaat. Een ROM is alleen toegankelijk om te lezen; het heeft geen 5 schrijfmogelijkheid.

Voorschriften- Een organisatieschema waarmee de productievoorschriften op een efficiënte wijze informatie- worden opgeslagen om geheugenruimte en verwerkingstijd te besparen, bankstructuur

Werkgeheugen Een RAM dat in de REX-chip is gehuisvest voor het opslaan van de aanvangs*, tussen- en eindgegevens van een deductieproces.

Gebruikers- Een computerprogramma dat verantwoordelijk is voor de communicatie tussen de interface eindgebruikers en het computerhoofdsysteem.

Voorbeeld van een dieridentificatie-voorschriftenset VOORSCHRIFT 1 15 IF

(bedekking = haar)

THEN

(klasse = zoogdier).

VOORSCHRIFT 2 20 IF

(productie = melk)

THEN

(klasse = zoogdier).

VOORSCHRIFT 3 25 IF

(bedekking = veren)

THEN

(klasse = vogel).

VOORSCHRIFT 4 30 IF

(beweging = vliegen) en (productie = eieren)

THEN

(klasse = vogel).

35 VOORSCHRIFT 5 IF

(voedsel = vlees)

THEN

(vleeseter = ja).

40 VOORSCHRIFT 6 IF

(tanden = puntig) en (lid = klauwen) en (ogen = voorwaarts)

45 THEN

(carnivoor = ja).

VOORSCHRIFT 7 IF

(klasse = zoogdier) en 50 (leden = hoeven)

THEN

(type = gehoefd).

VOORSCHRIFT 8 IF

55 (klasse = zoogdier) en (voedsel = herkauwmassa)

THEN

17 194520 (type = gehoefd) en (tenen = even).

VOORSCHRIFT 9 IF

5 (klasse = zoogdier) en (type = vleeseter) en (kleur = geelbruin) en (vlekken = donker)

THEN

10 (dier = cheetah).

VOORSCHRIFT 10 IF

(klasse = zoogdier) en (type = vleeseter) en 15 (kleur = geelbruin) en (strepen = zwart)

THEN

(dier = tijger).

VOORSCHRIFT 11 20 IF

(type = gehoefd) en (nek = lang) en (benen = lang) en (vlekken = donker)

25 THEN

(dier = giraffe).

VOORSCHRIFT 12 IF

(type = gehoefd) en 30 (strepen = zwart)

THEN

(dier = zebra).

VOORSCHRIFT 13 IF

35 (klasse = vogel) en (beweging < > vliegen) en (nek = lang) en (benen = lang) en 40 (kleur = zwart -en- wit)

THEN

(dier = struisvogel).

VOORSCHRIFT 14 IF

45 (klasse = vogel) en (beweging = < > vliegen) en (zwemmen = ja) en (kleur = zwart -en- wit)

THEN

50 (dier = pinguïn).

VOORSCHRIFT 15 IF

(klasse = vogel) en (beweging = goed -vliegend) (dier = albatros).

55 THEN

Claims (10)

194520 18

1, Hardware-geïmplementeerde op voorschriften gebaseerde expert-systeeminrichting voor het uitvoeren van dedukties met hoge snelheid gebaseerd op een voorschriftenset voor een toepassingsgebied, 5 omvattend: toegewezen werkgeheugenmiddelen voor het opslaan daarin van feiten betrekking hebbend op het toepassingsgebied; toegewezen voorschrift-geheugenmiddelen voor het opslaan daarin van de voorschriftenset voor het toepassingsgebied, omvattend een reeks instrukties die ieder een conditie of een actie definiëren; 10 logische middelen; een eerste communikatiebus die de werkgeheugenmiddelen communicatief verbindt met de logische middelen; een tweede communicatiebus die communicatief is verbonden met de voorschriftgeheugenmiddelen; welke logische middelen toegewezen middelen omvatten voor het achtereenvolgens uitvoeren van de 15 instructies in de voorschriftgeheugenmiddelen welke zijn verkregen via de tweede communicatiebus, met verwijzing naar de opgeslagen feiten in de werkgeheugenmiddelen zoals verkregen via de eerste communicatiebus, teneinde daardoor nieuwe feiten te deduceren en waarin ten minste een van de genoemde instrukties van elk voorschrift een conditie representeert waaraan moet worden voldaan door de feiten van een gegeven probleem en omvattend: 20 (i) een bewerkingscode die een logische uit te voeren bewerking definieert; (ii) een eerste operand die een eerste, door de logische bewerking te vergelijken waarde definieert en (iii) een tweede operand die het adres in het werkgeheugen definieert, dat een tweede, door de logische bewerking te vergelijken waarde bevat.

2. Hardware-geïmplementeerde op voorschriften gebaseerde expert-systeeminrichting die geschikt is voor 25 het uitvoeren van deducties met hoge snelheid gebaseerd op een voorschriftenset voor een toepassingsgebied, omvattend: toegewezen werkgeheugenmiddelen voor het opslaan daarin van feiten betrekking hebbend op het toepassingsgebied; toegewezen voorschrift-geheugenmiddelen voor het opslaan daarin van de voorschriftenset voor het 30 toepassingsgebied, omvattend een reeks instructies die ieder een conditie of een actie definiëren; logische middelen; een eerste communikatiebus die de werkgeheugenmiddelencommunicatief verbindt met de logische middelen; een tweede communiatiebus die communicatief is verbonden met de voorschriftgeheugenmiddelen; 35 welke logische middelen toegewezen middelen omvatten voor het achtereenvolgens uitvoeren van de instrukties in de voorschriftgeheugenmiddelen welke zijn verkregen via de tweede communicatiebus, met verwijzing naar de opgeslagen feiten in de werkgeheugenmiddelen zoals verkregen via de eerste communicatiebus, teneinde daardoor nieuwe feiten te deduceren en waarbij ten minste een van de instructies van elk voorschrift een actie representeert die dient te worden uitgevoerd indien aan alle 40 condities van het voorschrift is voldaan en omvattend: (i) een bewerkingscode die de uit te voeren actie definieert en (ii) een eerste operand die een waarde voor een feit definieert en (iii) een tweede operand die een adres definieert in de werkgeheugenmiddelen, waarin de in de eerste operand gedefinieerde waarde dient te worden opgesiagen.

3. Hardware-geïmplementeerde op voorschriften gebaseerde expert-systeeminrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de voorschriftset is opgeslagen als een reeks instructies in opeenvolgende geheugenadressen te beginnen aan één einde van de voorschriftgeheugenmiddelen en bovendien middelen omvat voor het opslaan van een voorschriftenindex in opeenvolgende geheugenadressen te beginnen aan het tegenovergestelde einde van de voorschriftgeheugenmiddelen, welke voorschriftenindex een reeks 50 geheugenadressen omvat, die het begingeheugenadres van elk voorschrift van de voorschriftenset definieert.

4. Inrichting volgens een van de conclusies 1 t/m 3, met het kenmerk, dat de middelen voor het opeenvolgend uitvoeren van instructies in de voorschriftgeheugenmiddelen voorschriftgeheugentelmiddelen omvatten, die een adresregister omvatten voor het opslaan van het adres van de actuele instructie in de voorschrift- 55 geheugenmiddelen en middelen voor het actualiseren van het adresregister met het adres van de volgende instructie op elk tijdstip dat een instructie uit de voorschriftgeheugenmiddelen wordt gehaald.

5. Inrichting volgens een van de conclusies 1 t/m 4, met het kenmerk, dat de logische middelen opeenvol- 19 194520 gend de instructies in de voorschriftgeheugenmiddeien uitvoeren teneinde deducties uit te voeren met voorwaartse verketening op de opgeslagen voorschriftset en daardoor de nieuwe feiten te deduceren.

6. Inrichting volgens een van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat deze middelen omvat die funktioneren indien het logische resultaat van de logische bewerking WAAR is voor het tot stand brengen 5 van het ophalen van de volgende instructie van hetzelfde voorschrift.

7. Inrichting volgens een van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat deze middelen omvat die j functioneren indien het logische resultaat van de logische bewerking FOUT is voor het ophalen van de | eerste instructie van het volgende voorschrift.

8. Inrichting volgens een van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat elk van de instructies j 10 eveneens een directe/onmiddeilijke vlag omvat voor het specificeren van de adresmodus van een van de operanden.

9. Hardware-geïmplementeerde op voorschrift gebaseerde expertsysteeminrichting volgens een van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de eerste communicatiebus een bidirectionele communicatiebus is, de tweede communicatiebus een unidirectionele communicatiebus is; 15 waarbij de inrichting eveneens een ingangs-uitgangs-interface omvat en een bidirectionele ingangs- uitgangs-interfacebus die communicatief de werkingsgeheugenmiddelen en de ingangs-uitgangs-interface met elkaar verbindt voor het opslaan in het werkgeheugen vanuit een extern systeem van de feiten die betrekking hebben op het toepassingsgebied en voor het overdragen van de gededuceerde nieuwe feiten die zijn opgeslagen in het werkgeheugen naar een extern systeem en dat eik van de instructies van de 20 voorschriftenset een conditie/actievlag omvat en dat de logische middelen een instruktiedecodeereenheid omvatten voor het testen van de conditie/actievlag teneinde te bepalen of de instructie een conditie of een actie is, middelen die werkzaam zijn indien de instructie een conditie is voor het vergelijken van de operanden in overeenstemming met de logische bewerking die is gespecificeerd door de bewerkingscode teneinde een logisch resultaat te genereren en middelen die werkzaam zijn indien de instructie een actie 25 is voor het uitvoeren van de door de bewerkingscode gespecificeerde actie op de operanden.

10. Op een voorschrift gebaseerd expertsysteem, met het kenmerk, dat dit een hardware-geïmplementeerde op voorschriften gebaseerde expert-systeeminrichting omvat volgens conclusie 9 alsmede ”host"-computermiddelen als het genoemde externe systeem, dat communicatief verbonden is met de werkgeheugenmiddelen voor het toevoeren van de feiten die betrekking hebben op het toepassings- 30 gebied naar de werkgeheugenmiddelen en voor het accepteren van de gededuceerde nieuwe feiten uit de werkgeheugenmiddelen. Hierbij 11 bladen tekening