Методи і засоби підвищення ефективності паралельних обчислювальних систем реального часу

2. Розроблено нові методи організації пам'яті та обміну даними в паралельних системах з неоднорідним доступом до пам'яті, що у порівнянні з відомими методами дозволяють підвищити продуктивність систем за рахунок зменшення витрат часу на ініціалізацію і синхронізацію процесів обміну даними. Завдяки цьому розширена область застосування систем.

3 Запропоновано новий метод організації розподілених арбітрів, що дозволяє мінімізувати максимальний час чекання доступу процесорів до загального системного ресурсу за рахунок апаратурної реалізації динамічних пріоритетів заявок, а також суттєво спрощує масштабування систем.

4. На базі моделі обчислень під управлінням потоку даних розроблено новий метод формування команд і синхронізації ітераційних процесів у потокових обчислювачах, що дозволяє в порівнянні з відомими методами зменшити складність комунікаційного середовища і середовища формування команд за рахунок зменшення довжини командного слова і заміни асоціативної пам'яті на більш швидкодіючу і дешеву пам'ять;

5. Розроблено концепцію використання потокових обчислювачів у складі паралельних систем для виконання функцій ядра операційної системи, пов'язаних з реалізацією зовнішніх переривань, синхронізації процесів і захоплення загального ресурсу, що прискорює обчислення за рахунок зменшення запізнювання, що вносить операційна система, а також за рахунок динамічного розпаралелювання обчислень на рівні команд;

6. Розроблено новий метод автоматичного динамічного розпаралелювання обчислень на рівні програмних модулів і програм у паралельних системах з неоднорідним доступом до пам'яті, заснований на механізмі формування заявок під управлінням дескрипторів, що у порівнянні з відомими методами дозволяє прискорити реалізацію алгоритмів з неявним паралелізмом в багатозадачному режимі і підвищує вірогідність обчислень за рахунок автоматичного виправлення помилок, викликаних відмовою процесорів;

7. Запропоновано новий метод організації оперативного контролю процесорів в інтегральному виконанні, що дозволяє в порівнянні з відомими методами зменшити час контролю за рахунок непрямого аналізу проходження програми й оптимального розподілу функцій між апаратними і програмними засобами обчислювальної системи. Це також дозволяє прискорити автоматичне відновлення системи при відмовах процесорів.

8. Методи автоматичного динамічного розпаралелювання обчислень суттєво спростили процес підготовки паралельних програм, оскільки користувач реалізує алгоритми обробки даних у вигляді окремих функцій, використовуючи стандартний процедурний стиль програмування в будь-якому програмному середовищі, яке дозволяє створювати динамічні бібліотеки і забезпечувати налагодження програмних модулів;

9. Розроблені нові методи модульної організації систем скорочують термін розробки нових систем та модернізації існуючих, що зменшує собівартість систем управління.

10. Розроблені математичні моделі, методи і засоби доведені до практичної реалізації у вигляді програмного продукту і промислових зразків.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Жабин В.И. Архитектура вычислительных систем реального време-
ни. - К.: ВЕК+, 2003. - 176 с.

2. В.И.Жабин, В.И.Корнейчук, В.П.Тарасенко, А.А.Щербина. Структурный способ быстрого решения систем алгебраических уравнений с трехдиагональной матрицей // Автоматика и вычислительная техника. - 1979. - №6. - С. 73-80. (Здобувачеві належить ідея спрощення каналів обміну даними між операційними вузлами системи в інтегральному виконанні).

3. В.И.Жабин, В.И.Корнейчук, В.П.Тарасенко, А.А.Щербина. Быстродействующая мультипроцессорная вычислительная система для решения систем обыкновенных дифференциальных уравнений // Управляющие системы и машины. - 1980. - №6. - С. 38-42. (Здобувачем запропоновано загальну концепцію спрощення комунікаційного середовища обміну даними між операційними вузлами обчислювальної системи в інтегральному виконанні).

4. Дорожкин В. Н., Жабин В.И. Оперативный контроль функциональных преобразователей, работающих в неавтономном режиме // Известия
ВУЗов СССР. - 1990. - №5. - С. 21-24. (Здобувачем запропоновано загальну концепцію побудови засобів непрямого функціонального контролю операцій при послідовному формуванні функцій).

5. Жабин В.И. Организация вычислений в системах, управляемых потоком данных // Вiсник Нацiонального технiчного унiверситету України “Київський полiтехнiчний iнститут”. Iнформатика, управлiння та обчислювальна техніка. - К: “ВЕК+”, 1998. - №31. - С. 44-51.

6. Жабин В.И., Антонов Р.Л. Организация обмена информацией в многопроцессорных системах с общей шиной // Вiсник Нацiонального технiчного унiверситету України “Київський політехнічний інститут”. Інформатика, управління та обчислювальна техніка. - К: “ВЕК+”, 2000. - № 33. - С. 70-83. (Здобувачем запропоновано методи підвищення ефективності обміну даними між процесорами за рахунок використання модифікованого механізму “вікна” і швидкого виконання передач трансляційного типу).

7. Жабин В.И. Метод распараллеливания процессов в вычислительных системах // Вiсник Нацiонального технiчного унiверситету України “Київський полiтехнiчний iнститут”. Iнформатика, управлiння та обчислювальна техніка. - К: “ВЕК+”, 2000. - № 34. - С. 136-142.

8. Жабин В.И., Антонов Р.Л. Применение потоковых вычислителей в системах реального времени // Проблемы создания новых машин и технологий. Научные труды Кременчугского государственного политехнического института. Выпуск 1/2000 (8). - Кременчуг: Изд-во КГПИ, 2000. - С. 368-375. (Здобувачем запропонована ідея і підхід підвищення продуктивності обчислювальних систем за рахунок розподілення обчислень між спеціалізованими та універсальними засобами).

9. Жабин В.И., Антонов Р.Л. Аппаратная реализация некоторых функций ядра операционных систем // Вiсник Нацiонального технiчного унiверситету України “Київський полiтехнiчний iнститут”. Iнформатика, управлiння та обчислювальна технiка. - К: “ВЕК+”, 2001. - № 35. - С. 84-96. (Здобувачем запропоновано метод зниження витрат часу взаємодії процесів з ядром операційної системи за рахунок застосування потокових обчислювачів).

10. Жабин В.И. Графическое описание архитектуры вычислительных систем // Вiсник Нацiонального технiчного унiверситету України “Київський полiтехнiчний iнститут”. Iнформатика, управлiння та обчислювальна техніка. - К: “ВЕК+”, 2001. - № 36. - С. 80-88.

11. Жабин В.И. Организация доступа к общей памяти в многопроцессорных системах // Вiсник Нацiонального технiчного унiверситету України “Київський полiтехнiчний iнститут”. Iнформатика, управлiння та обчислювальна техніка. - К: “ВЕК+”, 2002. - № 37. - С. 145-155.

12. Жабин В.И. Организация параллельных вычислений в распределенных системах // Вiсник Нацiонального технiчного унiверситету України “Київський полiтехнiчний iнститут”. Iнформатика, управлiння та обчислювальна техніка. - К: “ВЕК+”, 2002. - № 38. - C. 10-15.

13. Жабин В.И. Программно-аппаратная реконфигурация отказоустойчивых вычислительных систем // Вiсник Нацiонального технiчного унiверситету України “Київський полiтехнiчний iнститут”. Iнформатика, управлiння та обчислювальна технiка. - К: “ВЕК+”, 2002 - № 39. - С. 57-63.

14. Жабин В.И., Ковалев Н.А. Исследование методов построения вычислительных устройств на основе FPGA фирмы XILINX // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. - 2002. - №2. - С. 35-39. (Здобувачеві належить ідея зменшення ресурсоємності, енергоспоживання і підвищення швидкодії ПЛІС за рахунок зменшення складності комунікаційного середовища).

15. Жабин В.И. Реализация параллельных процессов в вычислительных системах // Искусственный интеллект. - 2002. - №3. - C. 235-241.

16. Жабин В.И., Салтыщак Г.Г. Реализация итерационных процессов под управлением дескрипторов данных в распределенных вычислительных системах // Вiсник Нацiонального технiчного унiверситету України “Київський полiтехнiчний iнститут”. Iнформатика, управлiння та обчислювальна технiка. - К: “ВЕК+”, 2003. - №40. - С. 123-130. (Здобувачем запропонований механізм формування заявок під управлінням дескрипторів даних, що дозволяє прискорити виконання ітераційних процесів в обчислювальних системах).

17. Жабин В.И. Реализация вычислений под управлением потока дескрипторов данных в мультипроцессорных системах // Электронное моделирование. - 2003. - Т. 25, №1. - С. 35-47.

18. Жабін В.І. Реалізація динамічних пріоритетів у мультипроцесорних системах з розподіленими контролерами переривань // Наукові вісті НТУУ "КПІ". - 2003. - №1. - С. 50-54.

19. Жабин В.И. Синхронизация циклов в потоковых вычислительных системах с коротким командным словом // Электронное моделирование. - 2003. - Т. 25, №3. - С. 35-49.

20. Жабин В.И. Автоматическое динамическое распараллеливание
процессов в вычислительных системах // Искусственный интеллект. - 2005. - №4. - С. 177-184.

21. Жабин В.И. Обеспечение отказоустойчивости мультипроцессорных систем при реализации вычислений под управлением дескрипторов // Проблеми інформатизації та управління: Зб. наук. праць. - К.: НАУ, 2005. - Вип. 4 (15). - С. 57-63.

22. Жабин В.И., Герасименко В.В. Cистема динамического распараллеливания процессов в мультикомпьютерах под управлением дескрипторов данных // Вiсник Нацiонального технiчного унiверситету України “Київський полiтехнiчний iнститут”. Iнформатика, управлiння та обчислювальна технiка. - К: “ВЕК+”, 2005. - №43. - С. 3-14. (Здобувачем запропоновано загальну концепцію автоматичного розподілу завдань між обчислювальними вузлами системи під управлінням потоку дескрипторів).

23. Мультипроцессорная система: А. с. №1524063 СССР, МКИ G 06 F 15/16, 11/00 / В.И.Жабин, Г.В.Гончаренко, В.В.Макаров, В.И.Савченко, Л.В.Петровская, В.В.Ткаченко (СССР). - №4308768/24-24; Заявлено 24.09.87; Опубл. 23.11.89, Бюл. №43. - 14 с. (Здобувачем запропоновано загальну організацію апаратних засобів автоматичної реконфигурации системи при відмовленні процесора).

24. Устройство для сопряжения процессоров с общей шиной мультипроцессорной системы: А. с. №1571606 СССР, МКИ G 06 F 15/16 / В.И.Жабин, Г.В.Гончаренко, В.В.Макаров, В.И.Савченко, В.В.Ткаченко (СССР). - №4473002/24 - 24; Заявлено 11.08.88; Опубл. 15.06.90, Бюл. №22. - 9 с. (Здобувачеві належить ідея підвищення швидкості обміну даними між процесорами за рахунок суміщення процесів передачі даних і виконання допоміжних операцій).

25. Устройство для контроля микропроцессорной системы: А. с. №1605239 СССР, МКИ G 06 F 11/28 / В.В.Васильев, Г.В.Гончаренко, В.И.Жабин, В.И.Савченко, К.Г.Самофалов, В.В.Ткаченко (СССР). - 4484311/24-24; Заявлено 05.08.88; Опубл. 07.11.90, Бюл. №41. - 8 с. (Здобувачем запропонована загальна концепція побудови засобів функціонального контролю процесорів).

26. Устройство сопряжения для неоднородной вычислительной системы: А. с. №1621040 СССР, МКИ G 06 F 15/16 / В.В.Васильев, В.И.Жабин, Д.В.Коротков, А.Е.Лысенко, В.И.Савченко (СССР). - 4405281/24; Заявлено 08.04.88; Опубл. 15.01.91, Бюл. №2. - 8 с. (Здобувачем запропоновано спосіб підвищення відмовостійкості систем за рахунок автоматичної заміни зовнішніх пристроїв, що вийшли з ладу).

27. Устройство обработки данных для многопроцессорной системы: А. с. №1683039 СССР, МКИ G 06 F 15/76, 15/16 / В.В.Васильев, Г.В.Гончаренко, В.И.Жабин, В.В.Макаров, В.И.Савченко, В.В.Ткаченко (СССР). - №4653165/24; Заявлено 24.11.88; Опубл. 07.10.91, Бюл. №37. - 3 с. (Здобувачеві належить ідея побудови засобів суміщення процедур обміну та обробки даних, що забезпечує підвищення продуктивності системи).

28. Многопроцессорная система: А. с. №1709330 СССР, МКИ G 06 F 15/16 / В.И.Жабин, В.И.Савченко, В.Е.Ишутин, Г.В.Гончаренко, В.В.Ткаченко (СССР). - №4784455/24; Заявлено 18.01.90; Опубл. 30.01.92, Бюл. №4. - 5 с. (Здобувачем запропонована організація апаратних засобів підвищення продуктивності системи за рахунок зменшення часу встановлення зв'язку із зовнішніми пристроями).

29. Вычислительная система: А. с. № 1709331 СССР, МКИ G06 F 15/16; 15/80 / В.И.Жабин, Г.В.Гончаренко, В.В.Ткаченко (СССР) - № 4797732/24; Заявлено 28.02.90; Опубл. 30.01.92, Бюл. № 4. - 17 с. (Здобувачем запропоновано спосіб швидкого формування команд потокової обчислювальної системи без застосування асоціативної пам'яті).

30. Мультипроцессорная система: А. с. №1732351 СССР, МКИ G 06 F 15/16 / Г.В.Гончаренко, В.И.Жабин, В.В.Ткаченко (СССР). - №4827054/24; Заявлено 21.05.92; Опубл. 07.05.92, Бюл. №17. - 20 с. (Здобувачем запропоновано організацію розподілених апаратних засобів автоматичної реконфигурации системи при одночасному відмовленні процесорів).

31. Многопроцессорная система: А. с. №1798797 СССР, МКИ G 06 F 15/16 / В.И.Жабин, Г.В.Гончаренко, С.А.Гаврилов, В.Н.Дорожкин, В.И.Савченко, В.Е.Ишутин, В.В.Макаров, В.В.Ткаченко (СССР). - №4827609/24; Заявлено 21.05.90; Опубл. 28.02.93, Бюл. №8. - 4 с. (Здобувачеві належить спосіб підвищення продуктивності систем за рахунок реалізації динамічних пріоритетів процесорів в розподілених арбітрах).

32. Многопроцессорная вычислительная система: А. с. №1820391 СССР, МКИ G 06 F 15/16 / В.И.Жабин, Г.В.Гончаренко, В.В.Ткаченко, В.И.Кожевников (СССР). - №4918384/24; Заявлено 11.03.91; Опубл. 07.06.93, Бюл. №21. - 6 с. (Здобувачем запропоновано спосіб підвищення швидкості реконфигурации обчислювальної системи).

33. Пат. №2030785 РФ, МКИ G06 F 15/16. Вычислительное устройство: Пат. №2030785 РФ, МКИ G06 F 15/16 / В.И.Жабин, Г.В.Гончаренко, В.В.Макаров, В.В.Ткаченко (Украина) - 4867678/24; Заявлено 21.09.90; Опубл. 10.03.95, Бюл. № 7. - 14 с. (Здобувачем запропоновано спосіб та загальна структура апаратних засобів підвищення відмовостійкості потокової обчислювальної системи за рахунок автоматичного повторення команд у випадку їх помилкового виконання).

34. Дек. пат. №38850 України, МКВ G 06 F 15/76, 15/16. Пристрій для обробки даних багатопроцесорної системи: Дек. пат. №38850 України, МКВ G 06 F 15/76, 15/16 / В.І.Жабін, Р.Л.Антонов (Україна). - №2000116175: Заявлено 01.11.2000; Опубл. 15.05.2001, Бюл. №4. -14 с. (Здобувачем запропоновано спосіб підвищення ефективності обміну даними між процесорами за рахунок застосування множини вікон).

35. Дек. пат. №74712 України, МКВ G 06 F 15/16, 12/00, 13/00. Багатопроцесорна система: Дек. пат. №74712 України, МКВ G 06 F 15/16, 12/00, 13/00 / І.А.Жуков, В.І.Жабін, І.А.Клименко, Р.Л. Антонов (Україна). - №2004043215: Заявлено 28.04.2004; Опубл. 16.06.2005, Бюл. №1. - 9 с. (Здобувачем запропоновано спосіб підвищення ефективності обміну даними між процесорами за рахунок швидкого виконання передач трансляційного типу).

36. Дек. пат. №7727 України, МКВ G 06 F 15/16, 15/76. Обчислювальній пристрій: Дек. пат. №7727 України, МКВ G 06 F 15/16, 15/76 / І.А.Жуков, В.І.Жабін, І.А.Клименко, В.В.Ткаченко (Україна). - №20040907712: Заявлено 22.09.2004; Опубл. 15.07.2005, Бюл. №7. - 9 с. (Здобувачеві належить ідея реалізації засобів підвищення відмовостійкості потокового пристрою).

37. Дек. пат. №10444 України, МКВ G 06 F 15/16. Обчислювальна система: Дек. пат. №10444 України, МКВ G 06 F 15/16 / І.А.Жуков, В.І.Жабін, І.А.Клименко, В.В.Ткаченко (Україна). - №200504117: Заявлено 29.04.2005; Опубл. 15.11.2005, Бюл. №11. - 4 с. (Здобувачеві належить ідея і загальний підхід до реалізації засобів ефективності доступу до загального ресурсу в багатопроцесорній системі за рахунок реалізації динамічних пріоритетів процесорів в розподілених арбітрах).

38. Васильев В.В., Жабин В.И. Организация оперативного контроля микропроцессорных систем // Микропроцессоры в системах контроля и управления (Тез. докл. зон. сем.). - Пенза: Изд-во ПТИ. - 1989. - С. 33-34. . (Здобувачеві належить ідея організації непрямого оперативного контролю процесорів).

39. Жабин В.И. Косвенный функциональный контроль вычислительных систем // Праці міжнародного симпозіуму “Комп'ютери у Європі. Минуле, сучасне та майбутнє”. - К: “Фенікс” УАННП. - 1998. - С. 363-366.

40. Жабин В.И., Антонов Р.Л. Повышение производительности потоковых систем // Тезисы докладов международной научно-технической конференции “Интеллектуальные многопроцессорные системы” (ИМС'99). - Таганрог: ТГРУ. - 1999. - С. 35-37. (Здобувачем запропоновано методику побудови оптимального графа обчислювального процесу з урахуванням параметрів потокової системи).

41. Жабин В.И., Ковалев Н.А. Планирование вычислений в потоковых МВС // Тезисы докладов международной научно-технической конференции “Интеллектуальные многопроцессорные системы” (ИМС'99). - Таганрог: Изд-во ТГРУ. - 1999. - С. 37-39. (Здобувачем запропонований підхід до підвищення продуктивності потокових систем за рахунок попереднього планування обчислень).

42. Жабин В.И., Антонов Р.Л. Использование потоковых вычислителей для реализации некоторых функций операционных систем // Труды второй международной научно-технической конференции “Современные информационные и электронные технологии” (СИЭТ-2001). - Одесса: Изд-во ОПУ. - 2001. - С. 107-108. (Здобувачем запропоновано метод зниження витрат часу на синхронізацію процесів за рахунок застосування потокової моделі обчислень).

43. Жабин В.И., Ковалев Н.А. Исследование методов построения вычислительных устройств на основе FPGA фирмы XILINX // Труды второй международной научно-технической конференции “Современные информационные и электронные технологии” (СИЭТ-2001). - Одесса: Изд-во ОПУ. - 2001. - С. 169-170. (Здобувачеві належить ідея зменшення енергоспоживання і підвищення швидкодії ПЛІС за рахунок зменшення складності комунікаційного середовища).

44. Жабин В.И. Автоматическое распараллеливание алгоритмов в многопроцессорных системах // Материалы международной научно-технической конференции “Искусственный интеллект” (ИИ-2002). - Таганрог: Изд-во ТРТУ. - 2002. - С. 210-212.

45. Жабин В.И. Динамическое распределение заданий в параллельных вычислительных системах // Вісник Технологічного університету Поділля (за результатами міжнародної науково-практичної конференції “Мікропроцесорні пристрої та системи в автоматизації виробничих процесів”, 15-17 травня, м. Хмельницький). - 2003. - Т. 1, №3. С. 119-121.

46. Жабин В.И. Графический язык описания вычислительных систем на функциональном уровне // Материалы международной научно-технической конференции “Интеллектуальные и многопроцессорные системы - 2003” (ИМС-2003). - Том 1. - Таганрог: Изд-во ТРТУ. - 2003. - С. 232=235.

47. Zhabin V.I. Parallel Computations under the Control of Data Descriptors in the Distributed Systems // Materials of International Conference of Science and Technilogy “Scalable Systems and Computer Networks Design and Applications” (SCALNET'2004). - Kremenchug, Ukraine: KSPU. - 2004. - P. 159-162.

48. Жабин В.И. Автоматическое динамическое распараллеливание вычислительных процессов в параллельных системах // Материалы международной научно-технической конференции “Интеллектуальные и многопроцессорные системы-2005” (ИМС-2005). - Таганрог: Изд-во ТРТУ. - 2005. - С. 309-313.

49. Zhabin V.I. Data Processing under the Control of Descriptors in Parallel Computing Systems // Proceedings of the 2-nd International Conference “Advanced Computer Systems and Networks: Design and Application” (ACSN-2005). - Lviv, Ukraine: LPNU. - 2005. - P. 87-89.

АНОТАЦІЇ

Жабін В.І. Методи і засоби підвищення ефективності паралельних обчислювальних систем реального часу. - Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.13.13 - обчислювальні машини, системи та мережі. - Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, Київ, 2006.

Дисертація присвячена розвитку теорії паралельних обчислювальних систем реального часу шляхом розробки нових ефективних методів і засобів прискорення обчислювальних процесів з явним і неявним паралелізмом, підвищення надійності і забезпечення простоти адаптації до різних умов застосування. Запропоновано концепцію побудови типового ряду обчислювальних систем на однотипних процесорних модулях, які містять розподілені апаратні засоби взаємодії, контролю і автоматичного оновлення при відмови апаратури, що дозволяє вибором необхідного числа модулів забезпечити задану швидкість обробки даних в режимі реального часу.

Розроблено нові методи організації обміну даними в паралельних системах з неоднорідним доступом до пам'яті, що у порівнянні з відомими методами дозволяють підвищити продуктивність систем за рахунок зменшення витрат часу на ініціалізацію і синхронізацію процесів обміну даними.

Запропоновано методи автоматичного динамічного розпаралелювання обчислень на рівні команд, програмних модулів і програм у системах з різною архітектурою з метою підвищення реакції систем управління на зовнішні події і, отже, розширення області їхнього застосування.

Ключові слова: паралельні системі, системи реального часу, потокові процесори, розпаралелювання процесів, неоднорідний доступ до пам'яті, ре конфігурація системи, оновлення системи.

Zhabin V.I. Methods and facilities for parallel real-time computation system effectiveness improvement. - Manuscript. Thesis on doctor's degree on speciality 05.13.13 - computing machines, systems and networks. National technical university of Ukraine “Kiev polytechnic institute”, Kiev, 2006.

The dissertation deals with the parallel real-time computation system theory improvement by means of development of new effective methods and facilities for acceleration of computing processes with explicit and implicit parallelism, reliability improvement and ensuring of simplicity of adaptation to different conditions of use. There is proposed a concept of design of a standard series of computation systems with the use of processing modules of the same type with installed distributed hardware for interaction, control and automatic renewal in case of equipment breakdown that enables to ensure the stated data processing speed by choosing necessary number of modules in the real-time mode.

There are developed new methods of data exchange organization in the parallel systems with non-uniform memory access, which enable to improve system effectiveness thanks to reduction of time losses during initialization and synchronization of data exchange processes in comparison with the well-known methods.There are proposed methods of automatic dynamic calculation parallelization at the level of instructions, program modules and programs in the systems with different structure with the purpose to improve reactions of control systems to external events and to extend their sphere of application respectively.

Key words: parallel systems, real-time systems, data-flow processors, parallelization of processes, non-uniform memory access, system reconfiguration, system renewal.

Жабин В.И. Методы и средства повышения эффективности параллельных вычислительных систем реального времени. - Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.13.13 - вычислительные машины, системы и сети. - Национальный технический университет Украины “Киевский политехнический институт”, Киев, 2006.

Диссертация посвящена развитию теории параллельных вычислительных систем реального времени путем разработки новых эффективных методов и средств ускорения решения задач с явным и неявным параллелизмом, повышения надежности и обеспечения простоты адаптации к разным условиям применения.

Предложена концепция построения типового ряда вычислительных систем на однотипных процессорных модулях, которые содержат распределенные аппаратные средства взаимодействия, контроля и реконфигурации, что позволяет выбором необходимого числа модулей обеспечить заданную скорость обработки данных в режиме реального времени. Разработаны новые методы организации обмена данными в параллельных системах с неоднородным доступом к памяти, что в сравнении с известными методами разрешают повысить производительность систем за счет уменьшения затрат времени на инициализацию и синхронизацию процессов обмена данными. Разработан новый метод формирования команд и синхронизации итерационных процессов в потоковых вычислителях, который позволяет по сравнению с известными методами уменьшить сложность коммуникационной среды и среды формирования команд за счет уменьшения длины командного слова и замены ассоциативной памяти на более быстродействующую и дешевую память;

Предложены методы автоматического динамического распараллеливания вычислений на уровне команд, программных модулей и программ в системах с разной архитектурой с целью повышения реакции систем управления на внешние события и, следовательно, расширения области их применения;

Разработана концепция аппаратурной реализации некоторых функций ядра операционной системы на базе поточного процессора с целью уменьшения запаздывания, которые вносит операционная система в вычислительный процесс;

Разработаны методы оперативного контроля вычислительных средств по косвенным признакам хода вычислительного процесса и автоматического обновления системы в следствие отказа аппаратуры, которые вносят минимальную задержку вычислительного процесса.

Разработанные методы позволяют упростить процесс подготовки параллельных программ, поскольку пользователь реализует алгоритмы обработки данных в виде отдельных функций, используя стандартный процедурный стиль программирования в любой программной среде, позволяющей создавать динамические библиотеки и обеспечивать отладку программных модулей;

Разработанные модели параллельных систем, которые учитывают распределение адресного пространства, временные параметры и способы доступа к разным областям иерархической памяти, способы синхронизации процессов, можно использовать в качестве элементов среды автоматизированного проектирования, позволяющей обеспечить интегрированное параллельное проектирование программного и аппаратного обеспечения системы.

Математические модели, методы и средства доведены до практической реализации в виде программного продукта и промышленных образцов. Результаты работы могут быть использованы при разработке новых и модификации существующих параллельных вычислительных систем.

Ключевые слова: параллельные системы, системы реального времени, потоковые процессоры, распараллеливание процессов, неоднородный доступ к памяти, реконфигурация системы, восстановление системы.

Размещено на Allbest.ru