Computer systems synthesis inspired from biologic cells structures

Abstract

This paper deals with a synthesis method of membrane computer systems inspired from the biological cells structure. The functional concept of the computer system is based on the internal structure, chemical transformations and the way of interaction between living cells. Thus, the computer system is composed of a set of autonomous, homogeneous or heterogeneous computing cells, which communicate with each other in synchronous or asynchronous mode. The algorithmic complexity of the solved problem depends on the knowledge gained, the rules of data processing and the computer system topology. It is proposed the sequence of operations for the synthesis of membrane computer systems with implementation in reconfigurable FPGA architectures which includes: analysis of behavioural models of living organisms and their interpretation in artificial intelligence models; structure and functional description of the computing cell; cell modelling and performance evaluation using Petri nets; Van diagram of the membrane computer system topology; formal description of the membrane computer system topology by applying the JSON formatting language; validation, functional modelling and performance evaluation of the membrane computer system topology using Petri nets; Hardware Description Language (HDL) code of the cell from which the principle electrical diagram and the time diagrams are obtained; implementation of the computer system in the FPGA circuit.

În lucrare se propune o metodă de sinteză a sistemelor de calcul membranar inspirate din structura celulelor biologice. Conceptul funcțional al sistemului de calcul este bazat pe structura internă, transformările chimice și modul de interacțiune dintre celulele vii. Astfel, sistemul de calcul este compus dintr-o mulțime de celule de calcul autonome, omogene sau eterogene, care comunică între ele în regim sincron sau asincron. Complexitatea algoritmică a problemei soluționate depinde de cunoștințele acumulate, regulile de procesare a datelor și topologia sistemului de calcul. Este propusă secvența de operații pentru sinteza sistemelor de calcul membranar cu implementare în arhitecturi reconfigurabile FPGA care include: analiza modelelor comportamentale ale organismelor vii și modele de interpretare a acestora în inteligența artificială; dezvoltarea structurii și descrierea funcțională a celulei de calcul; modelarea și evaluarea performanțelor celulei prin Rețele Petri; sinteza diagramei Van a topologiei sistemului de calcul membranar; descrierea formală a topologiei sistemului de calcul membranar prin aplicarea limbajului de formatare JSON; validarea, modelarea funcțională și evaluarea performanțelor topologiei sistemului de calcul membranar prin Rețele Petri; elaborarea codului de descriere hardware a celulei în baza căreia sunt obținute schema electrică de principiu și diagramele de timp; implementarea sistemului de calcul în circuitul FPGA.