Скачати повний текст

Досліджено методи й алгоритми, спрямовані на підвищення ефективності експлуатації паралельних обчислювальних систем. Розроблено багатокрокові блокові методи розв'язання задачі Коші для звичайних диференціальних рівнянь, орієнтованих на реалізацію в обчислювальних системах з паралельною архітектурою. Обгрунтовано збіжності та доведено стійкість розроблених методів. Показано, що паралельні алгоритми знаходження початкових значень для блокових методів забезпечують необхідну точність обчислень. Доведено, що розроблені методи пов'язані з одноразовим обчисленням оператора переходу. Здійснено відображення розроблених алгоритмів на структури сучасних високопродуктивних обчислювальних систем.

  Скачати повний текст

Розглянуто особливості функціонально структурної організації спеціалізованих обчислювальних систем, що дозволяють підвищити продуктивність і точність обробки даних за умов зменшення апаратних витрат. Розроблено паралельні та паралельно-конвеєрні структури для ітераційного обчислення тригонометричних і алгебричних функцій. Швидкодію та точність обчислень значною мірою підвищено завдяки введенню високошвидкісних засобів корекції аргументів і проміжних результатів обчислень. Розроблено високопродуктивні спеціалізовані структури, що дозволяють організувати поточну обробку навігаційних даних у системі у реальному часі, а також реалізацію автоматичного залежного спостереження у районах, в яких організація спостереження за умов використання радіолокаційних станцій неможлива або економічно недоцільна для забезпечення точної та надійної навігації. Запропоновані методи та структури, нові науково-технічні рішення можуть бути використані під час розробки високопродуктивних спеціалізованих структур на інтегральних схемах, базових матричних кристалах або програмованих інтегральних схемах.

  Скачати повний текст

Поставлено і вирішено фундаментальну проблему сучасного розвитку обчислювальної техніки, суть якої полягає в розв'язанні протиріччя між інтеграційними процесами в мікроелектронній апаратурі (понадвелика інтеграція) і технологічним процесом обчислень, що, як і раніше, виконується в дрібних одиницях інформації (числах). Для ліквідації зазначеного протиріччя замість машинної арифметики створено машинну технологію (машинну алгебру) обробки інформації ЕОМ. Використовуючи оригінальну модель розвитку обчислювальної техніки за поколіннями, отримано нові знання в області універсальних алгоритмічних систем. Уперше в Computer science як машинні команди ЕОМ пропонується використовувати процедури машин нинішнього покоління, а як операнди (дані, мінімальні одиниці інформації), з якими працює машина, - складні структури даних сучасних ЕОМ. Запропоновано технологію збереження, транспортування й обробки алгебричних даних у машині нового покоління, що забезпечує так званий операндний "комфорт" в апаратурі для матриць, векторів фіксованого порядку і діапазону зміни їх елементів-чисел. Розроблено нову модель обчислення скалярних характеристик та норм алгебричних даних, яка дозволяє вирішити відому проблему "вузького горла" каналу зв'язку та узгодження швидкодії матричного процесора з обчислювальним засобом скалярної обробки, за умови використання матричного процесора в парі з базовою машиною чи багатопроцесорною системою. Для успішного вирішення проблеми розпаралелювання обчислювального процесу на рівні реалізації машинних операцій (процедур сучасних ЕОМ) застосовано математичний апарат інтерполяції та використано принцип забезпечення даними обчислювального пристрою не під час обчислень, а до їх початку (апріорі). Запропоновано концепцію апаратурної (не мікропрограмної) підтримки великих процедур сучасних машин - основу машинної мови розроблювальної технології. Створено технологію сортування на основі порівняння чисел не між собою, а з єдиною константою для всього масиву. Запропоновано концепцію реалізації надпотужної ЕОМ на базі невеликого функціонального повного набору вузькоспеціалізованих мікросхем з надвеликим рівнем інтеграції. Доведено, що машинна математика для ЕОМ нового покоління дає можливість досягти порогу продуктивності, який оцінюється в ІТфлопс. Відзначено, що складність і вартість програмного забезпечення запропонованої ЕОМ істотно спрощується, його частка на сучасному етапі розвитку значно менше витрат на апаратуру.

  Скачати повний текст

Розглянуто питання розробки нових та удосконалення існуючих алгоритмів обчислення швидких ортогональних перетворень з дійсними фазовими множниками та розробки на їх основі спеціалізованих конвеєрних процесорів для реалізації даних перетворень. Розроблено нові паралельні алгоритми прямого та оберненого швидкого косинусного перетворення, що дозволяють здійснювати паралельне обчислення даних перетворень без надлишкових затрат обладнання. Висвітлено методику проектування одно-, дво-, багатоканальних і паралельних конвеєрних процесорів швидкого косинусного перетворення з мінімальними затратами обладнання. Удосконалено існуючі алгоритми обчислення швидких перетворень Фур'є та Хартлі з дійсними фазовими множниками та на їх основі розроблено структури конвеєрних процесорів з метою реалізації даних перетворень. Доведено, що за наявності невеликих і середніх розмірів перетворень використання швидких ортогональних перетворень з дійсними фазовими множниками ефективно у порівнянні з перетвореннями за методом Кулі - Тьюкі. Розроблено структури конвеєрних процесорів для реалізації прямого та оберненого дискретних хвильових перетворень. Запропоновано структуру багатофункціонального конвеєрного процесора для спільного виконання дискретного хвильового перетворення та швидкого перетворення Хартлі з дійсними фазовими множниками, що дозволило значно скоротити затрати обладнання на реалізацію даних перетворень. На основі нового паралельного алгоритма швидкого косинусного перетворення розроблено VHDL-модель 8-канального конвеєрного процесора 8-точкового оберненого швидкого косинусного перетворення, реалізовану на основі ПЛІС фірми Xilinx.

  Скачати повний текст

Розглянуто модель локальних обчислень. Показано, що класи скінченно автоматичних програм, мереж Петрі та штучних нейронних мереж ефективно транслюються до класу локальних за А.В.Анісімовим алгоритмів. Побудано нові локальні алгоритми розв'язання практично важливих дискретних задач. Запропоновано ефективні способи реалізації локальних алгоритмів у багатопроцесорних обчислювальних системах, зокрема, у мережі процесорних елементів з чотирма портами введення/виведення на кожний процесорний елемент, в однорідному обчислювальному середовищі, а також за допомогою штучних нейронних мереж.

  Скачати повний текст

Проведено аналітичний огляд існуючих методів розробки паралельних рішень, проаналізовано їх переваги та недоліки. Визначено мету, яка полягає в створенні методу зменшення трудомісткості процесу створення паралельних програм поряд з підвищенням швидкодії їх паралельних рішень між різними багатопроцесорними архітектурами. Відповідно до сформованої мети, розроблено новий метод автоматичного динамічного розпаралелювання обчислень. Запропоновано інтерфейсні вимоги для послідовних програм, що автоматично розпаралелюються, та методику їх перетворення у паралельні аналоги. Розв'язано задачу об'єднання переваг активного та пасивного динамічного розпаралелювання обчислень, та задачу побудови централізованих і децентралізованих динамічно розпаралелюваємих алгоритмів.

  Скачати повний текст

Розглянуто проблему підвищення точності оцінювання надійності відмовостійких багатопроцесорних систем (ВБС) шляхом модифікації методу статистичних експериментів з урахуванням характерних особливостей ВБС. Запропоновано модифікації методу статистичних експериментів, орієнтовані на такі особливості ВБС як: значна кількість і різнотипність складових елементів, використання різних видів надлишковості, складна процедура реконфігурації, ієрархічна структура системи. Визначено метод для розрахунку показників надійності ієрархічних ВБС, підсистеми яких можуть мати спільні елементи, який дозволяє проводити статистичні експерименти незалежно для кожної підсистеми, що дозволяє значно скоротити загальний час розрахунку показників надійності ієрархічних ВБС. Одержано аналітичні співвідношення та статистичні оцінки для різних складових похибки розрахунку надійності ВБС, на підставі яких може бути обчислена повна похибка розрахунку надійності ВБС. Сформульовано умови, які дозволяють для заданої ВБС аналітично до проведення статистичних експериментів визначити модифікацію методу статистичних експериментів, що має найменшу похибку.

  Скачати повний текст

Досліджено методи та засоби, застосування яких дозволять підвищити ефективність розрахунку ймовірності безвідмовної роботи (ІБР) відмовостійких багатопроцесорних реконфігуровних систем ВБС керування. Розрахунок базується на методі статистичних експериментів з графологічними моделями (GL моделями). На підставі порівняльного аналізу за різними параметрами обгрунтовано вибір використання саме 2р-моделі для розрахунку ІБР. Запропоновано модифікацію відомого методу, а також новий алгоритм формування функцій базових ребер 2р моделі, показано, що зазначені методи мають меншу складність. Запропоновано співвідношення для GL моделей, що дозволяють прогнозувати складність моделей небазових ВБС ще до проведення процедури модифікації. Запропоновано автономний апаратний генератор двійкових векторів заданої ваги, побудований на базі керованих зсувних регістрів. Обгрунтовано доцільність застосування такого рішення для моделювання станів системи. Запропоновано структуру спеціалізованої обчислювальної системи розрахунку ймовірності безвідмовної роботи ВБС.

  Скачати повний текст

Розроблено методи паралельного обчислення функцій, наближених поліноміальними та раціональними рівномірними чебишовськими сплайнами, з метою їх реалізації засобами однорідних обчислювальних середовищ. Установлено властивості наближення та створено обчислювальні алгоритми для представлення однієї функції, а також набору функцій зі спільною множиною вузлів, кусковими наближеннями - сплайнами з розбиттям відрізка наближення на нерівні частини з однаковою похибкою на кожній з них. Зменшення об'єму пам'яті для зберігання параметрів наближення досягається за рахунок вирівнювання величин максимальних похибок на кожному з підінтервалів. Розроблено алгоритми та програмні засоби автоматизованого налаштування однорідних обчислювальних середовищ (ООС) на паралельне обчислення арифметичних і умовних виразів. Особливістю реалізації паралельних алгоритмів є використання запропонованого підходу, за яким розпаралелювання здійснюється у межах одного виразу, а також для різних виразів. Запропоновано алгоритм синтезу засобами ООС матричних сплайн-обчислювачів для швидкого обчислення функцій, представлених сплайнами, з нерівним поділом проміжку наближення з використанням паралельних обчислень. За умов побудови паралельних обчислювачів розпаралелювання здійснюється між ланками сплайну та у межах однієї ланки.

  Скачати повний текст

Розроблено методи та наведено засоби, що дозволяють більш ефективно визначати параметри відмовостійких багатопроцесорних систем. Запропоновано нові методи організації діагностичного експерименту в самодіагностовних багатопроцесорних системах, що дозволяють визначити та мінімізувати кількість елементарних перевірок та тактів експерименту, націленого на визначення стану всіх процесорів системи. Запропоновано нову модель поведінки відмовостійкої багатопроцесорної системи у потоці відмов, розроблено методи її трансформації залежно від зміни ступеня відмовостійкості системи. Основою системи є граф, ребра якого позначаються булевими функціями. Аргументами цих функцій є стан процесорів системи, а наявність кожного ребра визначається показниками його функції. Запропонована структура спеціалізованої комп'ютерної системи, керований генератор псевдовипадкових векторів, який імітує потік відмов, та організація експерименту із запропонованими моделями, що разом дозволяє визначити різні параметри відмовостійких багатопроцесорних систем доступними обчислювальними засобами.

  Скачати повний текст

Удосконалено функціональні можливості методів і засобів векторної обробки масивів даних у контексті порогової паралельної обробки інформації для нейрообчислення та нейроструктури. Досліджено та доведено доцільність використання нейронних технологій для реалізації адаптивного керування динамічними системами у порівнянні з традиційними методами. Проаналізовано апаратні засоби реалізації нейронних мереж та показано, що найефективнішим є ПЛІС. Досліджено особливості реалізації багатооперандної обробки у нейроструктурах на базі різницевих зрізів (РЗ), використання яких дозволяє розширити функціональні можливості та зменшити часові затрати під час нейрообробки. Вивчено способи порогового паралельного, паралельного алгебричного та порогового паралельного алгебричного підсумування векторних масивів даних. Розроблено математичні моделі, які дозволяють створити модель формального нейрона на базі РЗ, в якій реалізовано розпаралелювання процесу підсумовування та суміщення його з пороговою обробкою. Запропоновано структурну організацію конвеєрних процесорів для нейроподібної обробки векторних даних за РЗ, використаних на базі ПЛІС, що дозволяє одержати нейрочип з фрагментом шару нейромережі. З застосуванням модифікованого методу оцінено продуктивність нейрочипів на базі конвеєрних процесорів. На підставі результатів дослідження доведено ефективність використання цих процесорів у системах обробки реального часу для розв'язання задач ідентифікації динамічних систем і адаптивного керування ними, а також класифікації та розпізнаванння сигналів і зображень.

  Скачати повний текст

Проаналізовано структурну організацію сучасних кластерних систем з мультиядерною архітектурою (КСМА) і особливостей організації обчислювальних процесів в таких системах. Запропоновано удосконалення теорії послідовних взаємодіючих процесів (CSP теорії) шляхом запровадження об'єктів комунікації і синхронізації, які дозволяють описати різні форми взаємодії процесів, що мають місце у КСМА. Розглянуто можливість аналізу коректності взаємодії процесів та виникнення тупикових ситуацій. Показано можливість реалізації запропонованих об'єктів синхронізації і комунікації в сучасних мовах і бібліотеках паралельного програмування. Показано, що запропоновані моделі обчислень можуть бути використані для розробки програмних компонентів для КСМА і дозволяють скоротити час проектування та підняти якість програм за рахунок попереднього аналізу коректності та оптимізації взаємодії процесів в моделях обчислень.

  Скачати повний текст

Удосконалено теоретичні засади розробки та використання CL-моделей поведінки відмовостійких багатопроцесорних систем (ВБС) у потоці відмов для розрахунку їх надійності шляхом виконання статистичних експериментів з моделями. Досліджено питання спрощення моделей. Запропоновано удосконалений метод мінімізації, а також зменшення перебору під час пошуку оптимальної за певним критерієм моделі. До наукового обігу введено поняття впорядкованості реберних функцій моделі. Для випадку m=3 побудовано спеціальне дерево, що дозволяє сформулювати умови існування попарних реберних циклів (ПРЦ), які ускладнюють перетворення моделей. На базі цих умов запропоновано алгоритм пошуку ПРЦ, які виникають у процесі перетворення моделей. Запропоновано нову CL-модель, яка будується на базі декількох 4-реберних графів, значно спрощує перетворення моделей і в якій не виникають ПРЦ. Розроблено та досліджено спеціалізовану структуру засобу підтримки процедур моделювання поведінки ВБС у потоці відмов різної (заданої) кратності, що дозволяють оптимізувати процес моделювання.

  Скачати повний текст

Досліджено питання робочого діагностування сучасних однотактних матричних обчислювальних пристроїв для обробки наближених даних. Розроблено метод посегментного контролю результатів обробки мантис, що забезпечує задані ймовірності виявлення помилок, спричинених типовими несправностями цифрових схем. Одержано формули для оцінювання ймовірностей виявлення помилок, вірогідності контролю результатів та її підвищення за рахунок використання часової надмірності, що, зокрема, має місце у разі накопичення помилок у невірних розрядах результатів. Розроблено структурні схеми посегментного контролю та запропоновано методи вибору контрольних точок сегментів. Розроблено засоби посегментного контролю для паралельних зсувачів і додавачів, матричних помножувачів і поділювачів мантис. Посегментний контроль забезпечує підвищення вірогідності контролю наближених результатів, знижуючи ймовірність виявлення несуттєвих помилок.

  Скачати повний текст

Розроблено багаторівневу модель виконання операції вертикального додавання, що підсумовує кількість одиниць паралельного коду з використанням способів перекладу чисел із однієї системи числення до іншої. Визначено операції ділення кількості та упорядкування одиниць, а також способи їх виконання на рівнях моделі. Запропоновано методи проектування пристроїв для упорядкування та ділення кількості одиниць, а також вертикального додавання. Дані методи дозволяють оцінювати відомі рішення та одержувати нові, що перевищують відомі за швидкодією та/або витратами обладнання. Результати роботи використано для розробки арифметичного блоку системи цифрової обробки сигналів.

  Скачати повний текст

Запропоновано нові математичні моделі обчислювального процесу на основі систем масового обслуговування. Розроблено методику оцінювання систем паралельних обчислень для різних шаблонів паралельного програмування з урахуванням стратегій організації даних. Встановлено критерії оцінювання патернів "майстер - робітник", "одна програма - багато даних", "розподіляй і володарюй" і стратегій організації даних: "централізація", "дублювання" та "розчленування". Експериментально досліджено вплив шаблонів паралельних алгоритмів на ефективність виконання паралельних програм обробки однорідних даних для кластерних комплексів різної архітектури. Запропоновано гібридний генетичний алгоритм кластеризації даних для задач Data Mining, розпізнавання образів і стискання даних. Проведено порівняльне дослідження швидкості збіжності класичного та гібридного генетичного алгоритмів за результатами експериментів.

  Скачати повний текст

Досліджено питання значного підвищення швидкодії функціональної верифікації складних проектованих цифрових систем на кристалах. Відзначено, що програмне забезпечення логічного моделювання, що виконується на послідовному комп'ютері, значно поступається за продуктивністю паралельним комп'ютерам або спеціалізованим апаратним рішенням. Удосконалено модель сферичного мультипроцесора PRUS, імплементованого в кристал ASIC. Удосконалено модель і структуру секвенсора як базового осередку PRUS. Одержано нову модель пристрою керування та систему команд для паралельного програмування та розв'язання булевих рівнянь на основі мультипроцесора PRUS. Розвинуто модель процесу розподілу системи булевих рівнянь між секвенсорами PRUS. Удосконалено модель (System Design Flow) спільного використання сучасних засобів проектування та мультипроцесора PRUS. Розроблено програмне й апаратне забезпечення мультипроцесора. Проведено вірогідну верифікацію тестування функціональних властивостей мультипроцесора на валідних прикладах систем булевих рівнянь з метою оцінювання швидкодії та апаратних витрат на реалізацію проекту. Виконано програмну реалізацію та тестування компілятора для перетворення HDL-опису.

  Скачати повний текст

Запропоновано структуру потокоорієнтованого обчислювача та структуру для розв'язання систем лінійних алгебричних рівнянь. Подано модель спеціалізованої системи для розміщення й оброблення даних у вузлах комп'ютерної мережі на базі керувального комутатора для прискорення обчислень. Запропоновано метод селективного відключення блоків, який знижує рівень енергоспоживання та ризик прийняття помилкових рішень на ранній стадії розроблення, за рахунок чого знижує трудомісткість і скорочує загальний час проектування.

  Скачати повний текст

Запропоновано методи організації ортогональних багатопроцесорних обчислювальних систем з розшаруванням і перемиканням. Сформульовано принципи міжпроцесорного обміну та його синхронізації, запропоновано новий метод міжпроцесорного обміну, головна відмінність якого полягає у розробленому порядку виконання адресних арифметико-логічних операцій. Зазначено, що такий підхід забезпечує можливість використання стандартних операцій як операцій обміну та дозволяє зменшити складність програмних засобів синхронізації та забезпечення безконфліктності обмінних процесів. Проведено експериментальні дослідження на моделювальному стенді системи двох двопортових буферів пом'яті, використання яких в ортогональних банатопроцесорних системах знімає обмеження на клас розв'язуваних задач, і дозволяє будувати системи, які відображаються будь-якими структурними графами.

  Скачати повний текст