Теоретичні основи, алгоритми та структури багатооперандної обробки

Комплекс орієнтовано на використання ЕС ПЕОМ, що виконує функції трансляції, ініціалізації. При розробці версії ЕОМ були реалізовані пропозиції по програмуванню багатооперандних структур у вигляді програмних засобів, що виконують функцію транслятора-аналізатора та забезпечують виконання програми, яка написана мовою високого рівня (ПАСКАЛЬ), на багатооперандній ЕОМ. За матеріалами досліджень цього розділу доведена можливість технічної реалізації багатооперандних обчислювальних структур на серійній КМОН та ТТЛ базі з рівнем продуктивності, близьким до асимптотичних характеристик.

У додатку наведені матеріали моделювання та документи про використання результатів роботи.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі здійснені науково обгрунтовані розробки в галузі теорії обчислювальних структур на підставі багатооперандної обробки, які забезпечують розв'язання важливої прикладної проблеми -- поліпшення технічних характеристик високопродуктивної обчислювальної техніки, в тому числі реальної продуктивності. Рішення отримано у вигляді теоретичних основ багатооперандної обробки, способів організації обчислювальних структур, обчислювальних алгоритмів, операційних структур. Отримані наступні теоретичні та практичні результати:

1. Визначено, що наступним етапом у розвитку високопродуктивних засобів ОТ є застосування операційних елементів з недвомісною пропускною здібністю за даними і створення на цій підставі обчислювальних структур.

2. На підставі гіпотези про застосування недвомісної операційної основи в обчислювальних структурах запропоновано і розроблено концептуальний підхід -- багатооперандна обробка, що полягає в уявленні перетворення даних у результат як неподільної, без розподілення на фази отримання проміжних результатів, процедури, що реалізується як збільшено-об'єднана функція обробки в операційному середовищі, що перетворюють потік даних з багатьох операндів при відповідному керуванні. Визначені теоретичні основи багатооперандної обробки, умови її застосування та характерні особливості.

3. Визначено, що при багатооперандній обробці структурно-комутаційні характеристики мають ознаку односпрямованості -- перевага при обміні даними таких, які є початковими і для яких апріорі напрям комутації є відомим. Збільшення функцій обробки веде до скорочення обсягу проміжних даних (результатів), а також до зменшення кількості операцій у алгоритмі при структуризації його в багатооперандному середовищі. Цей результат є наслідком властивості багатооперандних структур, тобто є структурним методом, що відрізняє його від відомих, наприклад алгебраїчних методів.

4. Розроблено основи макрооперування алгоритмічних структур. Базові рішення отримані при виключенні в міжкомандних залежностях відношень попереджування та конфліктних ситуацій при обчисленнях з загальними ресурсами. На підставі цих результатів доведена можливість прискорення обробки обчислювальних алгоритмів послідовного типу. Визначена керуюча компонента обчислювального процесу як багатооперандна команда та макрооператор. Із-за апріорної невизначеності типу макрооператора запропоновано вживати нефіксовану систему команд, яка перетворюється в реальну багатооперандну команду або макрооператор при структуризації алгоритму.

5. Доведено, що багатооперандна обробка є єдиним підходом, за якого висота форми структурованого алгоритму є мінімальною. Отримані нові параметри виконання операції, які перевищують відомі на один-два порядки і є функцією не тільки параметрів елементної бази , а й кількості одночасно оброблюваних операндів. Особливості обробки визначають розробку базової архітектури типу "множина джерел даних -- один багатооперандний процесор". Асимптотична продуктивність базової архітектури складає 10 512 0 і більше операцій/с.

6. Розроблено необхідний і достатній набір багатооперандних команд та макрооператорів, який не має аналогів і забезпечує коректність обробки в багатооперандних структурах, ЕОМ та системах. Запропоновано обробляти багатооперандний потік даних на основі перетворення багаторядного коду та розроблено засіб такого перетворення, що забезпечує прискорення порівняно з відомими у кілька разів. На основі базової операції "підрахунок кількості одиниць у двійковому коді" розроблені алгоритми асоціативно-логічної обробки, що забезпечують реалізацію відповідного класу задач. Доведено, що деякі класи алгоритмів, зокрема адитивно-мультиплікативного типу, можуть бути замінені макрооператорами, що не мають обмежень за кількістю об'єднуючих команд. Іншими словами, в класі таких алгоритмів можна реалізувати необмежену багатооперандну обробку.

7. Сформульована і розв'язана задача реалізації макрооператора загального типу за час, менший ніж при виконанні еквівалентних обчислень, як доведення фактору достатності застосування багатооперандної обробки. Доведення грунтується на застосуванні розрядно-логарифмічного кодування, за якого кожний ненульовий розряд двійкового числа записується як логарифм від ваги двійкового символу в цьому розряді. Таке зображення даних є зручним апаратом для дослідження та інтерпретації як адитивно-мультиплікативних, так і залежностей загального типу.

8. Розроблено основи розрядно-логарифмічної комп'ютерної арифметики, які мають такі характеристики: код значного розряду визначає його положення в операційному середовищі, що дозволяє реалізувати операції даних з n-ю розрядністю в операційних вузлах з log2 (n+1) розрядністю; збільшується діапазон представлення даних на три-чотири порядки, що дозволяє збільшити точність обробки ЕОМ при використанні відповідного програмного забезпечення; можливо організувати незалежну порозрядну обробку даних, бо розрядно-логарифмічне зображення даних має властивість непозиційності. Теоретичні та практичні результати дослідження розрядно-логарифмічного зображення можуть скласти новий напрямок у розробці ЕОМ та систем підвищеної швидкодії та точності обробки.

9. Розроблено структурно-операційний базис багатооперандної обробки. Запропоновано швидкодіючі багатооперандні пристрої, вузли та структури, котрі можуть бути використані як автономні блоки, прилади та пристрої, а також у складі процесорного ядра ЕОМ. Запропоновані технічні рішення забезпечують рівень продуктивності багатооперандних структур, який близький до асимптотичних показників. Питання програмування нових структур та їх технічна реалізація не потребують принципово нових технологій і відпрацьовувались при виконанні ряду тем та договорів, що є доведенням їх практичного застосування, а також багатооперандної обробки в цілому.

Таким чином, отримані в дисертаційній роботі результати дозволяють зробити висновок, що здійснена розробка нових теоретичних положень, сукупність яких можна кваліфікувати як нове значне досягнення в розвитку теорії, алгоритмів та структур високопродуктивних засобів обчислювальної техніки і які можуть використовуватись при розробці ЕОМ, систем, засобів автоматики.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В ТАКИХ ПРАЦЯХ

1. Гамаюн В.П. О развитии многооперандных вычислительных структур // УСиМ. -- 1990. -- № 4. -- С. 31-33.

2. Гамаюн В.П. Организация макрооператорной обработки в многооперандных вычислительных структурах // УСиМ. -- 1995. -- № 6. -- С.17-24.

3. Малиновский Б.Н., Гамаюн В.П., Широчин С.В. Использование алгоритмов полутабличной арифметики в сигнальных процессорах конвейерного типа // УСиМ. -- 1988. -- № 5. -- С.10-12.

4. Гамаюн В.П. Способ ускоренного преобразования многорядного кода в однорядный // УСиМ. -- 1995. -- № 4/5. -- С.10-14.

5. Гамаюн В.П. Метод многооперандного умножения // УСиМ. -- 1994. -- № 4/5. -- С.57-61.

6. Гамаюн В.П. Метод параллельного вычисления степеней // УСиМ. -- 1994. -- № 1/2. -- С.10-13.

7. Гамаюн В.П. Метод реализации макрооператоров с делением // УСиМ. -- 1993. -- № 2. -- С.25-29.

8. Гамаюн В.П. Макрооператорное вычисление полинома // Проблемы управления и информатики. -- 1995. -- № 5. -- С.91-98.

9. Гамаюн В.П. Применение разрядно-логарифмического представления данных для реализации операций умножения, возведения в степень, извлечения корня // Электронное моделирование. -- 1997 -- № 5. -- С.70-79.

10. Гамаюн В.П. Повышение точности вычислений при разрядно-логарифмическом представлении данных // Кибернетика и системный анализ. --1997. -- № 1. -- С.21-37.

11. Гамаюн В.П. Организация вычислений при разрядно-логарифмическом представлении данных // УСиМ. -- 1996. -- № 3. -- С.3-7.

12. Гамаюн В.П. Макрооператорная организация вычислений с преобразованием многорядного кода // УСиМ. -- 1997. -- № 4/5. -- C.20-23.

13. Гамаюн В.П. О преодолении зависимости по данным при вычислениях на многооперандных структурах // УСиМ. -- 1998. № 1. -- C.35-39.

15. Гамаюн В.П. Про реалiзацiю iтеративних обчислювань // Проблемно-ориентированные комплексы для автоматизации контроля и управления. -- Киев.: Ин-т кибернетики им.В.М.Глушкова НАН Украины. -- 1995. -- С.79-83.

16. Гамаюн В.П. О выборе операционного базиса логических структур // Микропроцессорная техника. -- Киев.: Ин-т кибернетики им.В.М.Глушкова АН Украины. -- 1992. -- С.30-35.

17. Гамаюн В.П. О применении макрооператорной обработки // Технические и программные средства систем экологического мониторинга. -- Киев.: Ин-т кибернетики им.В.М.Глушкова НАН Украины. -- 1994. -- С.53-58.

18. Гамаюн В.П. Об одном подходе к организации многооперандных вычислений // Технические и программные средства экологического, медико-биологического и промышленного мониторинга. -- Киев.: Ин-т кибернетики им.В.М.Глушкова НАН Украины. -- 1996. -- С.71-74.

19. Гамаюн В.П. Программирование многооперандных структур // Новітні засоби обчислювальної техніки в системах автоматизації, контролю та керування. -- Київ.: Ін-т кібернетики ім.В.М.Глушкова НАН України. -- 1998. -- С. 7-12.

20. Гамаюн В.П. Концепция многооперандной обработки. -- Киев, 1997. -- 30 с. -- (Препр./НАН Украины. Ин-т кибернетики им. В.М.Глушкова; 97-8).

Размещено на Allbest.ru