Розроблено моделі та методи структурно-алгоритмічної організації паралельних обчислювальних процесів для підвищення ефективності роботи комп'ютерних систем. Наведено метод алгоструктурного проектування обчислювальних моделей для реалізації автоматизованої розробки моделей, які базуються на застосуванні бібліотечних алгоструктур і встановленні зв'язків між ними. Удосконалено метод перетворень алгоструктурних моделей, який забезпечує структурування на підставі тотожних перетворень. Створено метод розпаралелення обчислень в алгоструктурах, який передбачає врахування структурно-алгоритмічної організації моделі, оптимізацію обчислення та дозволяє зменшити час їх проведення і найкращим чином використовувати наявні ресурси. Розвинуто метод структурної реорганізації у проблемно-орієнтованих алгоструктурних конструкціях, а також технологію автоматизованого проектування алгоструктурних моделей. Запропонована технологія забезпечує ефективне проектування обчислювальних моделей, її використано для розробки програмного засобу.

  Скачати повний текст

Розвинуто методи Кунга - Лейзерзона для реалізації фільтрів нерекурсивного типу та метод реалізації фільтра рекурсивного типу стосовно розробки систолічних алгоритмів розв'язання одновимірних задач цифрової фільтрації та багаторазової каскадної цифрової фільтрації. Розроблено новий квазісистолічний метод розв'язання задач цифрової фільтрації будь-якої вимірності. На підставі цього методу запропоновано оптимальні за швидкодією паралельноконвеєрні алгоритми. Оптимальність доведено у заданих класах алгоритмів, еквівалентних за інформаційним графом. Розвинуто квазісистолічний метод стосовно побудови паралельнооконвеєрних алгоритмів розв'язання задач багаторазової каскадної цифрової фільтрації різної вимірності. Запропоновано паралельноконвеєрні алгоритми розв'язання задач фільтрації у разі накладання обмежень на кількість вихідних каналів зв'язку у функціональних елементах квазісистолічних структур, які їх реалізують. Наведено результати оцінювання прискорення та підтверджено ефективність розроблених алгоритмів. Побудовано алгоритми з обмеженим паралелізмом для розв'язання задач цифрової фільтрації на універсальних паралельних обчислювальних системах. Визначено достатні умови, за яких прискорення цих алгоритмів набуває оптимального або близького до нього значення. На підставі аналізу проблеми реалізації нейронних мереж запропоновано ефективні паралельні алгоритми організації масових обчислень у дво- та тривимірних багатошарових мережах прямого поширення та з проективними і латеральними зв'язками. Розроблено архітектуру обчислювальних засобів для виконання паралельноконвеєрних алгоритмів і схеми реалізації певних алгоритмів з обмеженим паралелізмом на універсальних паралельних обчислювальних системах з розподіленою пам'яттю.

  Скачати повний текст

Дисертація присвячена дослідженню питань підвищення ефективності методів і алгоритмів вирішення задач статичного планування в паралельних обчислювальних системах. Вирішена задача розробки високоефективних засобів проектування адаптивних статичних планувальників, що забезпечують в умовах просторово-часових обмежень статичної організації обчислювального процесу. В дисертації запропонований новий підхід до вирішення задачі розподілення робіт з мінімізацією загального часу рішення і комунікаційних витрат. Розроблений метод і засоби виконання процедур спрямованого пошуку розподілення робіт в ПОС з централізованим управлінням. Визначені процедури горизонтальної і вертикальної кластеризації, які є основою структурного аналізу початкової інформації та реалізують метод і алгоритм скануючого просторово-часового розподілення.

  Скачати повний текст

Наведено алгоритми комп'ютерного дослідження та розв'язання математичних задач з наближеними вихідними даними, які виникають у разі математичного моделювання процесів, явищ, систем у різних предметних областях, де розв'язання задач лінійної алгебри (систем лінійних алгебричних рівнянь, задачі зважених найменших квадратів) є проміжним або завершальним етапом. Одержано нові результати в теорії збурення для задач зваженої псевдоінверсії та зваженого псевдорозв'язку, розроблено комп'ютерні методи математичного моделювання на базі задачі зважених найменших квадратів з наближеними вихідними даними. Одержано оцінки спадкової похибки зваженої псевдооберненої матриці та зваженого нормального псевдорозв'язку для матриць довільного вигляду та рангу. Розроблено, досліджено та реалізовано паралельний алгоритм знаходження зваженого нормального псевдорозв'язку для комп'ютерів МІМD-архітектури.

  Скачати повний текст

Розглянуто теорію паралельних обчислювальних систем реального часу шляхом розробки нових ефективних методів і засобів прискорення обчислювальних процесів з явним і неявним паралелізмом, підвищення надійності та 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 у випадку 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, які дозволяють підвищити продуктивність системи 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 та розширення їх застосування.

  Скачати повний текст

Висвітлено питання розробки орієнтованих на НВІС-реалізації паралельних методів і алгоритмів обчислень, створення високопродуктивних спеціалізованих засобів технологій цифрової обробки сигналів у реальному часі з високою ефективністю використання обладнання. Розвинуто теорію проектування орієнтованих на НВІС-реалізації паралельних операційних пристроїв для виконання базових операцій алгоритмів цифрової обробки сигналів (ЦОС), досліджено їх основні характеристики. Розроблено програмовані за розміром і видом перетворення НВІС-процесори для реалізації базових перетворень і синтезовано на їх базі матричні процесори ортогональних тригонометричних перетворень. Обгрунтовано ефективність застосування запропонованих методів, алгоритмів і структур на прикладах реалізації комплекту спеціалізованих НВІС, процесорів і систем ЦОС.

  Скачати повний текст

Запропоновано новий підхід до автоматизованого перетворення схем алгоритмів на підставі їх представлення у вигляді систем алгоритмічних алгебр-схем (САА-М). Розроблено прототип автоматизованого генератора програмного коду для забезпечення автоматизованого синтезу асоційованих з алгоритмами програм на базі їх представлення у вигляді САА-М-схем. Новою особливістю даного прототипу є можливість параметричної генерації коду відповідно до різних підходів паралельного програмування та апаратно-програмних платформ. Вперше інтегровано методику формалізованого проектування на основі САА-М-схем алгоритмів з методикою алгоритмічного проектування, яка базується на застосуванні UML-діаграм. Вперше запропоновано й експериментально обгрунтовано методику редукції САА-М-схем алгоритмів до кольорових мереж Петрі для моделювання роботи алгоритмів і забезпечення можливості оцінювання їх часових характеристик без прив'язки до апаратно-програмної платформи. Реалізовано новий метод створення сценаріїв для управління процесом виконання програм, що дозволяє здійснити вибір найкращого алгоритму за заданими критеріями.

  Скачати повний текст

Створено нові методи розв'язання задач булевого програмування та теорії графів, що дають змогу вирішити проблему підвищення оперативності та точності розв'язку задач оптимального планування управління телекомунікаційними системами та мережами. Зазначено щодо відсутності ефективних алгоритмів рішення задач булевого програмування та великого класу задач теорії графів, що відносяться до класу NP-повних задач, з високою оперативністю та точністю у системах управління, що працюють у реальному часі. З метою підвищення оперативності розв'язання задач управління телекомунікаційними системами та мережами запропоновано паралельні обчислювальні структури (ПОС) циклічного типу, для розв'язання задач булевого програмування. Відзначено, що використання ПОС циклічного типу дає змогу розв'язати протиріччя, що виникає у разі розпаралелювання процесу розв'язання даних задач на багатопроцесорних системах. Зауважено, що протиріччя обумовлене тим, що ці задачі відносяться до класу сильно зв'язаних задач, під час розв'язання яких збільшення кількості процесорних елементів у обчислювальній системі не завжди дозволяє збільшити продуктивність системи, а може навіть її знизити.

  Скачати повний текст

За результатами теоретичних і експериментальних досліджень запропоновано нові способи організації процесів обміну інформацією у паралельному моделювальному середовищі. Розв'язано задачу мінімізації часу виконання віртуальних Message Passing Interface (MPI) програм, що реалізують моделі складних динамічних систем (СДС). Це дозволяє підвищити ефективність всіх етапів розробки та використання паралельних моделей СДС, розширити сферу застосування паралельних обчислювальних ресурсів. Запропоновано класифікацію видів обмінів інформацією у паралельному моделювальному середовищі та схему функціонування середовища, яка враховує організацію процесів обміну, етапи побудови паралельних моделей динамічних систем і передбачає визначення параметрів ефективності обміну за даними тестування паралельних ресурсів моделювання. Розроблено уніфікований підхід до представлення топологій динамічних систем - технологічних схем, структур систем автоматизації та мережевних об'єктів, за яких можливе представлення такого виду об'єктів топологією будь-якого з них. Створено методику тестування та систему тестів MPI-бібліотеки для одержання вихідних даних для розрахунку критерію оптимальних програм, що реалізують паралельні моделі. Виведено формули оцінки критерію. Реалізовано дослідний зразок паралельного моделювального середовища з теледоступом до його ресурсів. Наведено способи тестування комунікаційних бібліотек обчислювальних ресурсів паралельного моделювального середовища (ПМС). Розроблено метод оптимізації паралельних моделей і систему тестів як програмні продукти, які можуть використовуватися у різних предметних сферах. Реалізацію алгоритмів і методів показано на прикладі побудови паралельних моделей шахтної вентиляційної мережі.

  Скачати повний текст

Розроблено паралельні обчислювальні структури для рішення задач багатошляхової маршрутизації у комп'ютерних мережах. Створено метод послідовної багатошляхової маршрутизації на паралельних обчислювальних структурах, побудованих на основі методу часової аналогії і структурній властивості топології мережі й обчислювальної структури. Запропоновано узагальнену структуру реалізації багатошляхової маршрутизації на паралельній обчислювальній структурі, побудованій на основі методу часової аналогії. З метою підвищення швидкодії паралельних обчислювальних структур запропоновано системоаналоговий метод та алгоритм маршрутизації на графі, що моделює комп'ютерну мережу. Розроблено системоаналогові обчислювальні структури для багатошляхової маршрутизації. Наведено оцінку ефективності системоаналогових обчислювальних структур.

  Скачати повний текст

Розроблено паралельні методи розв'язання динамічних задач із зосередженими параметрами, які забезпечують підвищення ефективності експлуатації багатопроцесорних обчислювальних систем (ОС). Розроблено явні паралельні методи розв'язання нежорстких динамічних задач з контролем локальної похибки, що збільшують балансування загрузки ОС. Запропоновано нові блокові вкладені й екстраполяційні методи для прискорення розв'язання жорстких задач Коші. Розроблено ефективні паралельні експоненціальні методи інтегрування лінійних задач. Реалізовано масштабований рекурсивно-систоличний алгоритм множення щільно-заповнених матриць. Побудовано відображення методів на паралельні системи SIMD, MIMD, кластерної архітектури різних технологій, досліджено якість потенційного та реального паралелізму, обгрунтовано клас паралельних систем для ефективної організації обчислювальних процесів на підставі розроблених методів.

  Скачати повний текст

Розроблено алгоритми розв'язання інтегральних рівнянь Фредгольма І роду з використанням технології паралельного програмування Message Passing Interface (MPI) та бібліотеки ScaLAPACK. Встановлено, що розроблені алгоритми враховують широкий діапазон вимог до точності одержаних розв'язків, мають ефективну комп'ютерну реалізацію, мобільність за їх застосування на обчислювальних кластерах з різними операційними системами. Ефективність паралельних алгоритмів і створених на їх основі програмних засобів перевірено за розв'язання ряду модельних прикладів і прикладних задач на багатопроцесорній комп'ютерній системі. Розроблено пакет прикладних програмних засобів для розв'язання широкого класу задач відтворення сигналів на основі інтегральних моделей.

  Скачати повний текст

Розглянуто методи побудови систем паралельної обробки інформації. Визначено основні поняття, властивості та структурну організацію подібних систем, їх проблемні області, проведено порівняльний аналіз найбільш ефективних практичних методів їх розв'язання. Розроблено загальну методику проектування паралельних програм. Значну увагу приділено формалізації розпаралелювання обчислень, розглянуто відповідні алгоритми та їх властивості. Описано програмну систему, що реалізує побудовану математичну модель.

  Скачати повний текст

Удосконалено та розширено функціональні можливості методів та засобів багатооперандної обробки векторних масивів з реалізацією на систолічних структурах. Проаналізовано методи відображення алгоритмів на систолічні структури, які враховують конвеєрний характер виконання операторів у процесорах. Досліджено особливості алгоритмів багатооперандної обробки векторних даних на базі різницевих зрізів (РЗ). Показано, що належність алгоритму підсумовування на базі РЗ до класу регулярних ітераційних алгоритмів забезпечує його ефективну реалізацію на систолічних структурах. Доведено ефективність алогоритмів підсумовування на базі РЗ у порівнянні з алгоритмом рекурсивного подвоєння з використанням коефіцієнта узгодження пари "структура - алгоритм". Запропоновано виділення у наведеному алгоритмі багатооперандної обробки за методом РЗ трьох базових алгоритмів, для яких існує можливість сумісного виконання, що дозволяє у процесі канонічного відображення їх на матричні структури спроектувати декілька варіантів можливих лінійних систолічних масивів і обрати серед них оптимальний. Реалізовано систолічний процесор для багатооперандної обробки векторних даних на базі програмованих логічних інтегральних схем, що дозволяє одержати мікросхему багатовхідного суматора з регулярною структурою і розширеними функціональними можливостями. Показано, що апаратна реалізація арифметично-логічних операцій забезпечує ефективне використання запропонованого багатовхідного суматора для обробки сигналів і зображень у реальному часі, де необхідний час відгуку повинен складати мілісекунди та менше, наведено області ефективного застосування.

  Скачати повний текст

Розроблено паралельні методи обчислень, алгоритмів і структур швидкодіючих паралельних спецпроцесорів для матричних задач лінійної алгебри. Запропоновано нові паралельні інтерпретації методів Гаусса та Гаусса - Жордана для розв'язання систем лінійних алгебраїчних рівнянь, обернення матриць на основі зовнішнього добутку векторів з покращеними часовими характеристиками. На основі методів розроблено нову структурну організацію паралельних спецпроцесорів, що у поєднанні з оптоелектронною реалізацією дає вищу швидкодію від відомих. Розроблено нову структурну організацію та цифрові паралельні алгоритми обчислень паралельних арифметичних блоків у формі з плаваючою комою: суматора матриць, поділювача вектора на число та блоку зовнішнього добутку векторів, часові характеристики яких не залежать від розмірності операндів.

  Скачати повний текст

Досліджено питання щодо стану паралельних обчислень, які є складовими методу групового врахування аргументів (МГУА). Здійснено ефективне вирішення проблеми розпаралелювання комбінаторного алгоритму МГУА. Зазначено щодо важливості факту, що поняття ефективності визначається як поєднання ефективності алгоритмічного розпаралелювання та вартісної ефективності паралельних обчислень, що досягається за умов роботи з деякими класами паралельних комп'ютерів. Розроблено універсальне паралельне ядро комбінаторного алгоритму, придатне для використання з різними класами сучасних багатопроцесорних обчислювальних систем. Створено діючий макет програмно-апаратного комплексу на базі комбінаторного алгоритму МГУА та FNN-мережі для математичного моделювання багатопараметричних процесів і показано його роботу шляхом розв'язання практичних задач.

  Скачати повний текст

Проведено математичне моделювання паралельно-ієрархічного перетворення для багатоетапного сприйняття, кодування, передачі й обробки інформації в інформаційних структурах із застосуванням нейроподібної схеми обробки інформації. Розроблено математичні моделі паралельно-ієрархічного перетворення, методи, алгоритми та програмне забезпечення для реалізації кодування та декодування інформації й її обробки. Виявлено, що нові моделі мають значною мірою метафоричну подібність з "природними" комп'ютерами, проте пропонують новий більш витончений підхід щодо машинних обчислень, на базі якого можна створити нові мікропроцесорні системи та комп'ютери нової архітектури. З'ясовано, що прототипом досліджуваного підходу є принципи колективних обчислень у нейроподібних схемах колективного прийняття рішень, які потребують колективної взаємодії великої кількості простих рішень, у результаті якої приймається складне рішення шляхом комбінування даних протягом деякого проміжку часу.

  Скачати повний текст