• 제목/요약/키워드: application-specific instruction

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Hardware Approach to Fuzzy Inference―ASIC and RISC―

  • Watanabe, Hiroyuki
    • 한국지능시스템학회:학술대회논문집
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    • 한국퍼지및지능시스템학회 1993년도 Fifth International Fuzzy Systems Association World Congress 93
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    • pp.975-976
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    • 1993
  • This talk presents the overview of the author's research and development activities on fuzzy inference hardware. We involved it with two distinct approaches. The first approach is to use application specific integrated circuits (ASIC) technology. The fuzzy inference method is directly implemented in silicon. The second approach, which is in its preliminary stage, is to use more conventional microprocessor architecture. Here, we use a quantitative technique used by designer of reduced instruction set computer (RISC) to modify an architecture of a microprocessor. In the ASIC approach, we implemented the most widely used fuzzy inference mechanism directly on silicon. The mechanism is beaded on a max-min compositional rule of inference, and Mandami's method of fuzzy implication. The two VLSI fuzzy inference chips are designed, fabricated, and fully tested. Both used a full-custom CMOS technology. The second and more claborate chip was designed at the University of North Carolina(U C) in cooperation with MCNC. Both VLSI chips had muliple datapaths for rule digital fuzzy inference chips had multiple datapaths for rule evaluation, and they executed multiple fuzzy if-then rules in parallel. The AT & T chip is the first digital fuzzy inference chip in the world. It ran with a 20 MHz clock cycle and achieved an approximately 80.000 Fuzzy Logical inferences Per Second (FLIPS). It stored and executed 16 fuzzy if-then rules. Since it was designed as a proof of concept prototype chip, it had minimal amount of peripheral logic for system integration. UNC/MCNC chip consists of 688,131 transistors of which 476,160 are used for RAM memory. It ran with a 10 MHz clock cycle. The chip has a 3-staged pipeline and initiates a computation of new inference every 64 cycle. This chip achieved an approximately 160,000 FLIPS. The new architecture have the following important improvements from the AT & T chip: Programmable rule set memory (RAM). On-chip fuzzification operation by a table lookup method. On-chip defuzzification operation by a centroid method. Reconfigurable architecture for processing two rule formats. RAM/datapath redundancy for higher yield It can store and execute 51 if-then rule of the following format: IF A and B and C and D Then Do E, and Then Do F. With this format, the chip takes four inputs and produces two outputs. By software reconfiguration, it can store and execute 102 if-then rules of the following simpler format using the same datapath: IF A and B Then Do E. With this format the chip takes two inputs and produces one outputs. We have built two VME-bus board systems based on this chip for Oak Ridge National Laboratory (ORNL). The board is now installed in a robot at ORNL. Researchers uses this board for experiment in autonomous robot navigation. The Fuzzy Logic system board places the Fuzzy chip into a VMEbus environment. High level C language functions hide the operational details of the board from the applications programme . The programmer treats rule memories and fuzzification function memories as local structures passed as parameters to the C functions. ASIC fuzzy inference hardware is extremely fast, but they are limited in generality. Many aspects of the design are limited or fixed. We have proposed to designing a are limited or fixed. We have proposed to designing a fuzzy information processor as an application specific processor using a quantitative approach. The quantitative approach was developed by RISC designers. In effect, we are interested in evaluating the effectiveness of a specialized RISC processor for fuzzy information processing. As the first step, we measured the possible speed-up of a fuzzy inference program based on if-then rules by an introduction of specialized instructions, i.e., min and max instructions. The minimum and maximum operations are heavily used in fuzzy logic applications as fuzzy intersection and union. We performed measurements using a MIPS R3000 as a base micropro essor. The initial result is encouraging. We can achieve as high as a 2.5 increase in inference speed if the R3000 had min and max instructions. Also, they are useful for speeding up other fuzzy operations such as bounded product and bounded sum. The embedded processor's main task is to control some device or process. It usually runs a single or a embedded processer to create an embedded processor for fuzzy control is very effective. Table I shows the measured speed of the inference by a MIPS R3000 microprocessor, a fictitious MIPS R3000 microprocessor with min and max instructions, and a UNC/MCNC ASIC fuzzy inference chip. The software that used on microprocessors is a simulator of the ASIC chip. The first row is the computation time in seconds of 6000 inferences using 51 rules where each fuzzy set is represented by an array of 64 elements. The second row is the time required to perform a single inference. The last row is the fuzzy logical inferences per second (FLIPS) measured for ach device. There is a large gap in run time between the ASIC and software approaches even if we resort to a specialized fuzzy microprocessor. As for design time and cost, these two approaches represent two extremes. An ASIC approach is extremely expensive. It is, therefore, an important research topic to design a specialized computing architecture for fuzzy applications that falls between these two extremes both in run time and design time/cost. TABLEI INFERENCE TIME BY 51 RULES {{{{Time }}{{MIPS R3000 }}{{ASIC }}{{Regular }}{{With min/mix }}{{6000 inference 1 inference FLIPS }}{{125s 20.8ms 48 }}{{49s 8.2ms 122 }}{{0.0038s 6.4㎲ 156,250 }} }}

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건설계열 측량교과에서 활용할 모듈 기반의 TAI 모형 적용 교수-학습 과정안 개발 - 전문교과 성취평가제를 적용하여 (Development of teaching-learning lesson plan untilizing TAI model based on module, used in survey subject of construction department - By applying standard-based assessment system for technical subject)

  • 이주민;장영일;박완신
    • 대한공업교육학회지
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    • 제38권2호
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    • pp.89-113
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    • 2013
  • 본 연구에서는 미래 인력 수요 변화에 대하여 효율적 효과적으로 신속 대응하기 위해 가장 기본적으로 갖추어야할 학습자의 태도로 자발적으로 학습에 임할 수 있는 자세를 길러야 한다는 점에 주안점을 갖고 시작하였다. 이를 위해 어떤 외부적인 요인보다 자기학습능력 신장과 지속적인 학습동기 및 의지를 가질 수 있는 적절한 교수-학습 방법의 고안의 필요성과 특성화 고등학교에서 발생되는 여러 가지 수업관련 문제점들을 해결할 수 있는 수업 전략으로 모듈기반의 팀 보조 개별학습(이하, TAI) 모형을 적용하였다. 이를 통해 학습자의 흥미를 이끌어 내고, 학습 지속력을 높여보고자 하였다. 본 연구를 통하여 얻을 수 있는 결론은 다음과 같다. 첫째, 학습 단원을 모듈식으로 구조화하여 학습단계를 진행함으로써 학습적응 능력이 향상되었다. 성취기준(학습목표)은 교과 특성상 실무 현장과 교과 간 연계를 고려하여 교재를 분석하고 재구성하여 모듈식으로 구조화함으로써 모듈식 학습단계의 과정을 통해 단원의 특성 파악과 학습 적응 능력이 향상되었다. 둘째, 모듈 기반의 TAI 모형 적용을 통하여 자기주도적 학습능력과 현장 적응능력의 향상을 가져왔다. 모듈식 학습 방법을 적용하여 종래의 수동적인 학습 환경에서 벗어나 보다 능동적으로 학습하는 자기주도학습을 할 수 있었으며, TAI 모형과 협동학습의 접목으로 함께하는 수업에서의 흥미와 성취감, 자신감과 공동체 의식, 그리고 사고의 폭을 넓히는 계기를 갖게 되었다. 특히 자신감의 향상은 단순 기능 및 지식의 습득에서 벗어나 산업사회에서 요구되는 능력과 새로운 환경에 적응할 수 있는 능력을 길러주는데 효과적이다. 셋째, 산업현장과 관련된 보다 현장 중심적인 과제를 해결함으로써, 측량실기능력 향상뿐만 아니라 다양한 경험을 통하여 과제를 발견하고 해결하는 등 부가적인 능력 또한 신장되었다. 나아가 학생 스스로 자신의 생애와 학습에 대한 관심과 동기를 일으키고 새로운 지식과 기술이 급격하게 변화하는 직업세계에 적응할 수 있는 자질과 능력을 길러내는데 도움이 되었다. 넷째, 2012년부터 도입된 전문교과 성취평가제를 학습지도안 모형 구안에 적용하여, 보다 명료하고 객관화된 평가기준을 마련하였으며, 성취수준별 지도를 통해 개별적인 학습이 가능하도록 구상하였다. 이는 모둠별 협동학습의 단점을 보완하여 학습자 개인의 성취수준을 높이고, 일정 수준의 성취목표에 도달하는데 도움이 되었다.

초등 과학 수업에서 가상현실과 증강현실 콘텐츠 활용을 위한 교사 교육 모델의 개발과 적용 사례 (Development and Application of the Teacher Education Model for Using Virtual and Augmented Reality Contents in Elementary Science Class)

  • 차현정;가석현;윤혜경
    • 한국초등과학교육학회지:초등과학교육
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    • 제43권3호
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    • pp.415-432
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    • 2024
  • 이 연구에서는 가상현실과 증강현실(Virtual and Augmented Reality: VR/AR) 콘텐츠 활용 과학 수업을 위한 교사 교육 모델과 원리를 개발 및 적용하고, 적용 과정에 참여한 초등 예비 교사의 교사 교육 모델에 대한 의견과 VR/AR 콘텐츠 활용에 대한 인식 변화를 분석하였다. 이를 위하여 첫째, 기존의 테크놀로지 교수학적 내용지식(Technological Pedagogical Content Knowledge: TPACK) 함양 교사 교육 모델 및 VR/AR 콘텐츠 활용과 관련된 선행연구를 탐색하여 VR/AR-TPACK 함양을 위한 교사 교육 모델과 각 단계의 주요 원리를 도출하였다. 개발된 교사 교육 모델은 '탐색/경험'-'맵핑'-'협력적 설계'-'실행'-'성찰 및 개선' 총 5단계로 구성되었다. 둘째, 개발된 모델의 단계와 원리의 적절성을 탐색하기 위해 25명의 초등 예비 교사가 수강하는 교육대학교 정규 강좌에 적용하였다. 수업 전후 VR/AR 활용에 대한 인식 조사 설문 결과, 예비 교사들이 작성한 그룹별 수업지도안, 교사 교육 모델에 대한 예비교사들의 의견 및 피드백 내용, 교수자/연구자가 작성한 연구 일지를 연구 자료로 수집하였다. 초등 예비 교사들이 작성한 교사 교육 모델에 대한 의견과 연구 참여 전후 인식 조사 설문 내용은 개방 코딩과 범주화 과정을 통해 분석되었다. 연구 결과, 초등 예비 교사들은 교사 교육 모델의 각 단계에서 이루어진 활동과 경험에 대해 대부분 긍정적인 의견을 제시하였다. VR/AR 콘텐츠 활용에 관한 인식은 세 가지 측면에서 변화를 보였다. 첫째, VR/AR 콘텐츠에 대한 막연한 긍정적 인식이 구체적인 교육적 어포던스에 기반한 긍정적 인식으로 변화하였다. 둘째, VR/AR 콘텐츠를 활용할 때 겪을 만한 문제 상황을 경험함으로써 이에 대한 대비가 필요함을 인식하였다. 셋째, VR/AR 콘텐츠를 교사가 활용할 수 있는 유용한 교수 자원으로 인식하게 되었다. 이러한 연구 결과에 기반하여 VR/ARTPACK 교사 교육 모델에 대한 시사점과 연구의 한계를 논의하였다.