автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.13, диссертация на тему:Потоковые многопроцессорные вычислительные системы с изменяемой разрядностью

р Г Б ОД

1 3 МАЙ $96

ТАГАНРОГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

..На пиаяах рую^писи ЗДК 681.324.012(043.3)

ПАВЛЕНКО.Вадим Геннадь еетч

ПОТОКОВЫЕ МНОГОПРОЦЕССОРНЬЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ С ИЗМЕНЯЕМОЙ РАЗРЯДНОСТИ

Специальности: 05.13.13 - Вычислительные машины,

комплексы, системы и сети

05.13.14 - Системы обработки

информации и управления

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

..Таганрог - 1596

Работа выполнена на кафедре вычислительной техники Таганрогского государственного радиотехнического'университета

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: доктор технических.наук, профессор-

ЗОЛОТОВСКИЙ В.Е.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: /доктор техн. наук, профессор

'ВИТИСКА Н.И.

кандидат техн.' наук, доцент СУРЖЕНКО И.Ф,

ВЕДУЩЕЕ ПРЕДПРИЯТИЕ: Научно-производственное объединение "МАРС" г. Ульяновск' 1

Защита диссертации состоится 1996г.

в ///-^зсоъ на заседании диссертационного совета Д .063.13.02 в Таганрогском государственном радиотехническом университете по адресу: ,347928, г.Таганрог, ГСП-17А,- пер.Некрасовский, 44, ТРТУ, ауд. Д-406. ' ^ . '

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

- - '

Автореферат разослан

Ученый секретарь >7 .

специализированного совета кандидат технических наук, доцент г ¿/ 1 А.Н. Целы;

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Расширение круга задач, решаемых сегодня с применением вычислительной техники, постоянное увеличение их вычислительной сложности приводит к необходимости разработки мощных систем, обеспечивающих обработку больших об'емов информации с высокой скоростью. Так, системы математического моделирования и эксперимента должны строиться на ЭВМ, обеспечивающих эквивалентное быстродействие порядка Ю8 - Ю12 операций в секунду, системы сбора л обработки сейсмической информации - 107 - Ю10 операций, в секунду и т.д. Ряд задач, таких, например, как моделирование обтекания поверхности потоком жидкости или газа настолько трудоемки с точки зрения вычислительной емкости, что стоимость машинного моделирования зачастую превышает стоимость натурного моделирования. Все это стимулирует развитие новых быстродействующих вычислительных средств, которые бы обеспечили эффективную работу систем обработки информации на их основ-- .

На сегодняшний день наиболее перспективными с. этой точки зрения являются многопроцессорные вычислительные системы (МВС) с потоковой организацией вычислений. Они позволяют достичь требуемого бистро-действия за счет распараллеливания процесса вычислений к синхронизации потоком данных. Одна!», для таких систем серьезной проблемой становится увеличение разрядности обрабатываемой информации. Если г задаче требуется увеличить разрядность обрабатываемых величин для достижения необходимой устойчивости, сходимости и т.п., либо уменьшить ее для ускорения расчетов, не требующих высокой точности, эффективность системы резко падает. Использование в качестве процессоров МВС модулей с разрядностью меньше, чем у данных, приводит к значительному усложнению управления в системе, увеличению времени решения и трудностям с синхронизацией процесса вычислений. Применение ж<? модулей с большой разрядностью приводит к резкому росту об'ема оборудования и снижению коэффициента загрузки системы. Уже при разрядности 64 - 128 бит, характерной для задач геологоразведки, моделирования, расчета слабоустойчивых систем, практическая реализация МВС, содержащей порядка 100 процессоров, (10x10) становится весьма сложной.

Одним из возможных выходов б данной ситуация является разрабст-

ка многопроцессорных систем, способных поддерживать работу с ¿ьзл^'ч-ной . разрядной сеткой за счет соответствующего об'единения процесса ров решающего поля;

Бее это делает актуальной задачу разработки алгоритмов выполнения вычислительных операций и способов организации вычислительного процесса, позволяющих проектировать системы с изменяемой разрядностью, обеспечивающие потоковую обработку данных.

Данная тема разрабатывалась в процессе выполнения ряда хоздоговорных и госбюджетных НИР в НПО "МАРС", НИИ МВС и Таганрогском радиотехническом университете по заказам предприятий и организаций радиоэлектронной промышленности, РАН, МО, и тесно связана с основными планами в данной отрасли наук и производства.

ОКЬЕКГ ИССЛЕДОВАНИЯ. Объектом исследования являются айпарат-но-алгоритмические средства, эффективно работающие в условиях изменения требований к разрядности обрабатываемых данных.

ЦЕЛЬ И ЗДДЛЧН РАБОТЫ. Целью диссертационной работы является разработка и исследование алгоритмов обработки данных «вменяемой разрядности и методов организации вычислительного процесса, направленных на построение потоковых вычислительных систем с изменяемой разрядностью. Подобные системы ориентированы на решение задач гидродинамики, моделирования, обработки изображений и т.п., для которых эффективность вычислений зависит от возможностей настройки разрядности аппаратуры в процессе решения.

Достижение поставленной цели требует решения следующих задач теоретического и прикладного характера:

- анализ особенностей решения задач, критичных к точности обрабатываемых данных и обоснование целесообразности вычислений с.изме- • няемой разрядностью; . с

- исследование к выборVметодов и аппаратных средств, обеспечивающих такую обработку; .

- разработку алгоритмов и оценку их эффективности;

- анализ особенностей функционирования и разработф архитектур-, ных решений для МВС, основанной на предложенных методах;

- разработку методов организации вычислений для МВС при измене- • нии разрядности.

МЕТОЩ ИССЛЕДОВАНИЯ. При решении поставленных задач исполъ зова-

лись теория построения вычислительных систем, арифметические основы дискретной техники, теории' организации вычислительного процесса, языков программирования, методы вычислительной математики и имитационного моделирования. -

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ ал ЗАЩИП'. В диссертации разработаны и вынесены на,защиту следующие основные положения:

- особенности. работы в системе кодирования с опережающим переносом;. ' ' '

алгоритмы выполнёния основных операций в коде с опережающим переносом;"

- операционные блоки для аппаратной реализации предложенных алгоритмов на базе стандартных двоичных устройств;

- элементы архитектуры МВС, ориентированной на построение систем обработки информации, обеспечивающих потоковую обработку данных с изменяемой разрядностью;

организация памяти системы;

- принципы организации вычислительного процесса в системе.

1 НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Научная новизна работы состоит в разработке комплекса алгоритмов и структурных решений для проектирования потоковых систем с изменяемой разрядностью.

ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ:

- разработаны принципы организации вычислений в коде "опережающий перенос", позволяющие • организовать обработку данных с изменяемой разрядностью;

- разработаны алгоритмы выполнения основных операций в предлагаемой системе и доказана их эффективность по сравнению с другими существующими методами;

- разработаны элементы архитектуры системы,' обеспечивающие эффективность вычислений при решении'задач цифровой обработки информации, моделирования и т.п. за счет возможности изменения разрядности системы ; • Г

- получены оценки для времени выполнения основных операций в предлагаемой системе;

- проанализированы•особенности и разработаны принципы организации вычислительного процесса для обеспечения потоковой обработки данных

с изменяемой разрядностью на МВС. -

Достоверность полученных результатов подтверждается экспериментальной проверкой алгоритмов и имитационным моделированием структурных решений, а также использованием результатов в трех хоздоговорных и госбюджетной работах, выполненных в Таганрогском радиотехническом университете, НПО "МАРС" и НИИ МВС при ТРТУ.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ. Практическую ценность работы представляют: '

- алгоритмы управления памятью системы, обеспечивающие снижение количество пересылок данных;

- архитектура системы, обеспечивающая потоковую обработку данных с изменяемой разрядностью; ;

- оценка эффективности предложенной системы.счисления и устройств на ее основе;

Полученные в работе результаты, выводы и рекомендации позволяют проектировать потоковые МВС, ориентированные на обработку данных, с изменяемой разрядностью, строить системы, обеспечивающие высокоскоростную параллельную обработку больших об'ёмов информации. Выведенные в работе временные соотношения могут быть использованы при организации вычислительного процесса в потоковых системах.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Теоретические и практические результаты диссертационной работы использовались в хоздоговорных I госбюджетных работах, проводимых на кафедре Вычислительной техник! ТРТУ : НИР х/д 12205 "Разработка микро ЭВМ перспективного персонального компьютера",, НИР х/д 1220? "Исследование и разработка программируемого преобразователя сигналов" (М ГР 01.90.,0007251)., НИР х/; 12210 N ГР 01.9.30009552, НИР х/д 12219 "Разработка МВС на базе микропроцессора 1386", НИР х/д 12223, НИРЧ г/б 12251- "Разработка принципов построения и создание многопроцессорных вычислительных систем с матрично-потоковой архитектурой и системой закрытия данных в канала связи", (М ГР 01.9.40002376), >НИР г/б 12256, в выполнении которых соискатель принимал активное участие: I

Некоторые результаты уже используются при создании' конкретных образцов вычислительных систем в рамках -научно-исследовательски; работ, проводимых в НПО "МАРС", НШ МВС, что подтверждается актами » внедрении результатов диссертационной работы.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты диссертации докладывались и обсуж-' дались на - XV Семинаре "Распараллеливание обработки информации" (г.Львов, 1992г.),' VI Всероссийской научно-технической конференции, "иднородные вычислительные системы,_ структуры и среды" в рамках "Международного форума по информатизации" (г.Москва, 1993г.), Региональной конференции студентов, аспирантов.и молодых специалистов Северного Кавказа "Методы и средства цифровой обработки сигналов" (г. Таганрог, 1993г. ), ХШН;Научной сессии НТО им.Попова, посвященной Дню радио (г.Москва, ' 1993г.), на 37 , 38 , 39 и 40 научно- технических конференциях профессорско-преподавательского состава ТРТУ (г.Таганрог, 1991-1994гг.). , ■ '

ПУБЛИКАЦИИ: По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ. Кроме того, результаты исследований отражены в трех отчетах по хоздоговорным работам, зарегистрированных в ВНТИЦ.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация сострит из введения, четырех глав, заключения, на 147 страницах машинописного текста, иллюстрированных 28 рисунками и 4 таблицами на 31 страницах, списка литературы на 10 страницах и приложений на 15 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во зиедевии обоснована актуальность теш, сформулированы цель и задачи исследований.

В первой главе.проведено исследование задач, требующих вычислений с изменяемой разрядностью. Рассмотрены особенности машинной реализации вычислительных задач и показано, что на современных вычислительных машинах в ряде случаев вообще невозможно получить решение с приемлемыми затратами, а в остальных аппаратные ресурсы используются неэффективно. . ■

Связано, это с ограниченностью й жесткой определенностью разрядной сетки, из-за которых невозможно точное представление чисел в ЭВМ, что приводит к появлению погрешностей и ошибок. Существует три основных источника ошибок: -

- неточность задания исходных данных;

- погрешность метода решения; ■ '

- ошибки округления.

Первые два фактора'не зависят от структуры машины. Третий же напрямую связан с разрядностью представления^данных в системе. Для многих задач, решаемых методами конечно-разностной аппроксимации (решение слабообусловленных систем линейных алгебраических уравнений, дифференциальных уравнений большой разрядности, задачи нахождения собственных значений и т.д.) овшбки Округления зачастую делают решение бессмысленным. • Попытки увеличить точность вычислений за счет уменьшения шага сетки приводят к росту размерностей матриц и окончательной потере точности. А если-этого и не1 происходит, то объем вычислений возрастает на порядки. В связи с этим при решений подобных зада1 искусственно ""загрубляют" схемы решения, выбирают меньшие диапазонь изменения данных и т.д. В качестве примера можно привести задачу разработки нефтяных месторождений,- ^сводящуюся к решению дифференциальных уравнений вида:

г г ¿н* кЕ\ ви -| 5 г у кн* кв*\ 8и

-+ -кН- +--+ — кН-~ = О

бх 1 ^ Ни дв > бх 1 бу 1 у Дн Да 1 бу *

5 / кв* би у 4 б / кв* би л б бв

/ ка ои у о / кЕ ои л

- Н -- + - - Н,—I -

^ и® бх / бу ^ Но - бу I

шН" ■

бх ^ Дв бх / бу ^ дв - бу ^ .

при начальных: бв = бв (х, у, 0) '

и граничных: и| = и (х, у,■ Ъ)

бв| = бв (х, у,- и 1г

условиях, где: и - давление в.нефтеносном пласте;; бЕ - водонасыщен-ность нефтеносного пласта; . к - гидродинамическая проницаемость сре ды; кя*.' кв* - относительные фазовые проницаемости соответствен» нефти и воды; Дн, дв - вязкость нефти и воды соответственно; т -" по ристость среды, Н - мощность (толщина нефтяного) пласта.

Расчеты одного варианта решения этой задачи на суперЭВМ тип, "СЯАУ-1" или; "СОС-ббОО" занимает около четырех часов и обходятс в 15-20 «ысгч долларов, поэтому на практике приходится упрощать рас

четы и занижать точность для снижения затрат^

Для обеспечения эффективного решения подобгак задач требуется "обеспечить .возможность динамического увеличения разрядности обрабатывающие узлов для обеспечения требуемых точности, устойчивости и времени решения.

С другой стороны, существуют задачи, ¿три решении которых, с целью сокращения времени вычислений и увеличения загрузки оборудования было бы целесообразным разбивать полноразряднне обрабатывающие узлы наряд узлов меньшей разрядности; Это некоторые задачи ЦОС, обработки изображений, итерационные методы и т.п.

Проведенные исследования показали, что эффективность применения вычислительных систем для'названных областей может быть обеспечена организацией потоковых вычислений с изменяемой разрядностью.

Анализ существующих систем кодирования (знакоразряднке, на основе цепных дробей, коды с запоминанием переноса) и аппаратных средств позволил сделать вывод о невозможности реализации на них вычислений с изменяемой разрядностью и необходимости использования новых аппаратно-алгоритмических подходов. В качестве решения предложен код с опережающим переносом и показана его эффективность по сравнению с существующими. . " ■

Ба хворой главе, подробно рассмЬтрены принципы организации вычислений в "коде с опережающим переносом, проведена разработка алгоритмов и оценка эффективности^выполнения основных операций.

; Код с опережающим переносом ориентирован на обработку данных большой разрядности (полей).с сохранением времени выполнения операций неизменным при Изменении разрядности данных. Поле делится на части фиксированной длины (группы), которые обрабатываются параллельно и формируют результат. При'сложении двух полей в каждую суммируемую пару групп, кроме крайней правой, добавляем к младшему разряду единицу,отражающую перенос из группы справа (опережающий перенос). Так как на самом деле этих переносов может, и не' быть, . то во все пары групп кроме знаковой (Крайней левой) вводится дополнительный разряд компенсации и в него заносится "единица". Этот разряд имеет вес, соответствующий ■ весу младшего разряда следующей слева группы, но с отрицательным знаком, ,т.е. записанная в него единица ./компенсирует единицу опережающего переноса. Если при выполнений сложения в группе действительно возник перенос, он "гасит" • единицу в

дополнительном разряде и в следующей слева группе - достоверный результат. Если переноса не возникло, то в дополнительном разряде остается единица поправки, показывающая, что результат в следующей слева группе получился больше на единицу младшего разряда. Как видно из сказанного, собственно перенос между группами не передается и все действия выполняются в пределах одной группы,- т.е. в предлагаемом коде легко организовать.параллельную обработку полей любой разрядности на наборе - процессоров, ориентированных на обработку одной группы. При выполнении цепочки операций единицы в дополнительных разрядах могут накапливаться, поэтому после каждой операции сложения требуется шаг коррекции результата, заключающийся в вычитании содержимого дополнительных разрядов 1-й группы из- содержимого (i-l)-ii группы для ьсех i=[2,n3 (группы нумеруются слева направо, п - число групп). Дополнительные разряды-(1-1)-й группы при этом не учитываются. В работе показано, что при наличии двух дополнительных разрядов в группе достаточно одного шага коррекции, что.'ы обеспечить дальнейшие вычисления без переполнения дополнительных разрядов, поэтому время сложения полей равно удвоенному времени, сложения в группе, независимо от разрядности. Дополнение поля в коде с опережающим переносом находится взятием дополнений в каждой из групп с учетом дополнительных разрядов как знака группы. Вычитание, как и в двоичной системе, заменяется сложением с дополнением числа. ~

Поясним сказанное на примере. Возьмем два двоичных числа:

X = 0.101110000111 Y = 0.00010110Ю01 Получим их сумму: X = 0.101110000111 , -

' + Y = 0.000101101001 • . .

S = 0.110011110000 -

В коде с опережающим переносом (группа состоит из '4 разрядов) эти числа имеют вид: ' 1 :

X = 00.1011 00Д000 00.0111 У = 00.0001 00.0110 00.1001 Сложим:

х = 00.1011 00.1000 00.0111 + у = 00,0001 00.0110 00.1001 + 00.0001 01.0001" 01.0000 >.,

S'= 00.1101 01.1111 00.0000

Выполним.. коррекцию:

' з"= 00.1101 00.1111 .00.0000 - к = 00.0001 00.0000 '

Я = 00.1100 00.1111 00.0000

После преобразования суммы Б в.обычную двоичную форму получаем число 0.11С01И100С0, т.е.. результат выполнения операции в коде с опережающим переносом совпадает ,о результатом, полученном обычным двоичным •сложением./, . '' - .

Сравнение полей в коде/с опережающим переносом выполняется через их Еычитание и анализ полученной разности,. т.е. фактически, за ;'одян' шаг. Сдвиг на разряд или"труппу вправо выполняется за один шаг, ■влево '- за Два. Это связано с обработкой дополнительных разрядов. Логические операции, в зависимости от' состояния дополнительных разрядов групп поля, выполняются за один или два шага.

Операции умножения и деления полей могут выполняться обычными методами, т.е. через цепочки операций сложения (вычитания)/сдв'иг. Однако, для полей возможно значительное ускорение за счет перехода к к-ичной избыточной системе счисления,, когда группа рассматривается как разряд числа. Произведение при атом вычисляется по формуле: п п" —(1—1 )т -0-1)т

х * у = £ Е х-(1) * у(з) * 2 * 2 ,

1-1 J-l

где: х(0, у(]) - 1-я группа х и ¿-я группа у; и - число разрядов в группе; п - число групп.

В работе доказано, что произведение групп х(1) * у(о) соответствует произведению двух двоичных чисел хШ и у О') в дополнительном коде (дополнительные разряды играют роль знача). Частное находится по несколько модифицированному алгоритму к-ичного деления без восстановления, остатков.

Далее в главе рассмотрены 'особенности вычислений й коде с опе-режаящим переносом, особые ситуации, вопросы организации вычислений с плавжцей запятой. Для всех рассмотренных операций выведены аналитические оценки времени вычисления и показано, что операции в предлагаемом гаде с опережевдим' переносом выполняются быстрее, чем в двоичной системе, причем, чем больсз длина разрядной сетки, тем бо-

лее эффективным оказывается первый по сравнению со вторым. Для приведенных алгоритмов исследованы возможности распараллеливания вычислений, доказана эффективность кода-с опережающим переносом по сравнению с двоичной системой.

Третья глава посвящена вопросам разработки элементов архитектуры и организации вычислительного процесса потоковой МВС, ориентированной на, построение систем обработки информации, оперирующих данными с изменяемой разрядностью.

Для алгоритмов, разработанных во второй главе, спроектированы структуры операционных устройств с учетом особенностей работы в коде с опережающим переносом. Показано, что они.могут строиться на стандартных двоичных узлах с добавлением оборудования для обработки дополнительных разрядов. Объединение приведенных устройств в одно с добавлением управляющих блоков и -системы коммутации дает структуру элементарной ячейки системы - процессорного элемента (ПЭ). ПЭ является независимым устройством, ориентированны* на обработку данных разрядностью в одну группу, и может работать и-« в составе системы, так и автономно.

Выполнен анализ различных вариантов построения памяти системы (общая, распределенная и смешанная) и показано, что наиболее эффективно объединение четырех ПЭ и общего поля памяти в единый узал -квадрант. Этот вариант обеспечивает удобную реализацию целого ряда алгоритмов (БПФ, ОБПФ, диагонализация матриц и т.д.), обеспечивает достаточный (четырехкратный) диапазон изменения разрядности и, в то же время, доступен для реализации с точки зрения' современных технологий (в частности, технологии СВИС). Общее поле памяти содержит четыре отдельных банка, которые-могут использоваться либо каждый со своим ПЭ (автономный режим), либо объединяться в единое поле большей разрядности (совместный режим).

Разработана обща£ структура решающего поля, представляющая собой разновидность систолическюь матриц - волновой процессор, обеспечивающий потоковую обработку информации. Рассмотрены различные варианты организации решающего Поля в зависимости от числа ГО, их разрядности и разрядности обрабатываемых данных. - ;

Исследованы и сформированы' принципы организации вычислений .с изменяемой разрядностью, предложен набор команд для управления разрядность» системы, способы ее сценки и подготовки данных.

Разработаны механизмы распределения и адресации памяти квадран-а, распределения заданий и синхронизации в системе. В качестве ил-юстрации детально проработан ряд алгоритмов управления в системе: :тение и запись в память при работе в автономном режиме; подготовка амяти квадранта, для работы с новой разрядностью; преобразование дниых для работы с новой разрядностью;' распределение и запуск зада-ий на выполнение.

В четвертой главе отражены результаты разработки структуры и роектирования системы моделирования микропроцессора ЦОС, выполнен-ых на основе предложенных решений.

Микропроцессор ориентирован на работу в таких областях, как истемы искусственного интеллекта, обработка изображений, системы правления базами данных и т.п. и был разработан в рамках совместных абот с НИИ МВС (г.Таганрог). В качестве основы были взяты система оманд и организация микропроцессоров фирмы "INTEL", доработанные ля повышения эффективности применительно к названным предметным об-астям и обеспечения возможности обработки информации с изменяемой азрядностью.

В состав микропроцессора входят следующие блоки: блок РОН, ин-ерфейсный блок (ИВ), арифметико-логическое устройство (АЛУ), блок оддержки графики (ЕПГ), блок сегментно-страничной обработки (БССО) устройство управления (УУ). Блок РОН - четырехканальный, обеспечи-ает побайтное хранение данных и возможность одновременного чте-ия/записи по четырем независимым адресам. АЛУ выполняет арифмети-еские и логические операции над 8, 16 или 32-х разрядными операнда-и. ЕПГ. аппаратно реализует ряд алгоритмов для эффективной обработки рафических образов. БССО, ИБ, УУ образуют, соответственно, системы правления памятью, внешними обменами и синхронизации.

Для проверки работоспособности и отладки схемы был разработан рограммный эмулятор, на котором проверялась работа отдельных бло-эв. Структура и состав системы моделирования также приведены в чет-ертой главе.

В г.рилояввие к диссертации вынесены акты о внедрении и исполь-ЭЕашш результатов работы и' некоторые результаты моделирования мик-зпроцессора ЦОС.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

В диссертационной работе рассмотрен комплекс теоретических I практических вопросов разработки и исследования алгоритмов и принципов обработки данных и организации потоковых вычислений с изменяемо! разрядностью, ориентированных на построение МВС для решения зада', гидродинамики, сейсморазведки, обработки изображений и т.п. В работ« получены следующие основные результаты.

1. Разработан и исследован ряд алгоритмов и принципов, позволяющих выполнять эффективную обработку данных различной разрядности не одних и тех же универсальных аппаратных средствах. Причем разрядность данных может изменяться как от задачи к задаче, та? и в процессе вычислений. .

2. Проведены исследования широкого класса задач, для которых возможно либо повышение точности и- устойчивости вычислений при динамическом изменении (увеличении) длины разрядьлй сетки, либо повышение эффективности вычислений и коэффициента аьгрузки за счет разбиения обрабатывающих блоков на более мелкие и сд-лан ъывод о целесооб* разности организации вычислений с изменяемой разрядностью. Для организации таких вычислений выбрана система кодирования с опережающим переносом и доказана ее эффективность по сравнению с другими методами (коды в остаточных классах, цепные^дроби и др.).

3. Исследованы особенности вычислений в коде с опержающим переносом и разработаны алгоритмы выполнения операций, обеспечивающие высокую степень параллелизма и минимальное время их выполнения. Анализ разработанных алгоритмов показал, что уже для 32-х разрядных данных они эффективнее, чем в двоичной системе, причем с ростом разрядности это преимущество растет.

4. Разработаны структуры операционных устройств на базе стандартных двоичных увлов, обеспечивающие вычисления в коде с опережающим переносом при минимальном объеме дополнительного оборудования.

5. Разработаны принципы организации вычислений -с изменяемой разрядностью и структура потоковой МВС на их основе. В качестве основной структурной единицы выбран квадрант, состоящий из четырех процессных элементов, ориентированных на погрупповую обработку, объединенных общим полем памяти. Структура памяти ^спроектирована таким образом, чтобы обеспечивать поддержку изменения разрядности квадранта с минимальными потерями времени на перестройку.

б. Разработаны основные , элемента организации вычислители -юго процесса (способы хранения данных, организация памяти, -система адресации, процедуры изменения разрядности системы,.. механизмы запуска задании и синхронизации вычисле;;;^; ряд других), псз2слях;пц;е выполнять обработку данных с изменяемой-разрядностью в потоковом режиме.

о '

По теме диссертации опубликовано 14 работ:

1. Отчет о НИР *' Исследование и разработка программируемого преобра-

зователя сигналов " '. / ТРТИ, Научный руководитель В.Ф.Гузик, N . Г'Р 01'. 90.0007251, ИНВ N 0290.0048503.- Таганрог, 1990. - ЮРс.

2. В.Е.Золотовский, В.Г.Павленко. Аспекты построения однородной по-

тогавой вычислительной системы; оперирующей данными произвольной разрядности /XV Семинар по однородным вычислительным средам и систолическим структурам.Тезисы докладов. Львов,1992. -с.20-35.

3. В.Е.Золотовский, В.Г.Павленко. Выполнение операций в системе с

изменяемой разрядностью / Региональная конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов?-. Северного КаЕказа "Методы, и •средства цифровой обработки сигналов". Тезиса докладов. Таганрог, 1993. - с.45-46.

4. В.Е.Золотовский, В.Г.Павленко. К вопросу построения потоковых вы-

числительных систем с изменяемой разрядностью / Сборник статей "Многопроцессорные вычислительные структуры". Вып.15 (XXIV), Таганрог, 1995. - с.7-10.

5. В.Г.Павленко. Многопроцессорная вычислительная система с аппарат-

но-алгоритмической поддержкой потоковой обработки / Сборник трудов ТРТУ - Таганрог, 1995. - с.87-91.

6. В.Е.Золотовский,* В.А.Костенко, Н.К.Лисяк, В.Г.Павленко, Р.В.Арзу-

манян, С.М.Гушанский. Реализация задачи оценки угловых координат источников сигналов на макропроцессоре / Тезисы докладов VII Всесоюзной школы-семинара "Распараллеливание обработки информации". -Львов, 1989г. "U

7. В.Е.Золотовский, ,М.Ю. Поленов j-. В.Г.Павленко. Система моделирования архитектур проблемно-ориентированных ... вычислительных систем с целью-оптимизации. / Тезисы докладов VIII Всесоюзной НТК "Перспективы развития и применения средств ВТ для моделирования и автоматизированного исследования". -М.;1991г.

8. В.Г.Павленко. Организация потоковых вычислений с изменяемой раз-

рядностью / Тезисы докладов 38-я НТК ТРТИ. -Таганрог,-199?г._

9. В.Г.Павлекко, М.Ю.Поленов, А.А.Середа. Разработка и оценка высоконадежной матрично^потоковой системы. / Тезисы докладов XI.VIII Науч. сессии, посвященной дав Радио. >11., 1993г.

10.В.Г.Павленко. МВС с изменяемой разрядной сеткой. / Тезисы докладов Севере - Кавказской регион. НТК "Метода и средства Цйе -Таганрог, 1993г. .

И.В.Е.Запотовский, В.Г.Павленко. Организация потоковых вычислений с . переменной разрядностью на ОЕС. / Тезисы докладов VI Всеросс. НТК "Однородные вычислительные ' системы, структуры и среды".' ' -М. ,1993г. -

12.В.Г.Павленко. Многопроцессорная вычислительная система о потоко--вой архитектурой. /Тезисы докладов. 39-й НТК ТРТИ.-Таганрог, 1993г.

13.В.Ф.Гузик, А.Л. Середа, В.Г.Павленко, М.Ю.Полонов. Оценка производительности отказоустойчивой системы с ьегричио-волоковой архи- . тектурой. Тезисы докладов Международной НТК "Диагностика, информатика и метрология 94". С. -Петербург, 1994г,.

14.В.Г.Павленко. Построение потоковых вычислительных систем с изменяемой разрядностью./Известия ТРТУ.Материалы ХХХХ HtK.Nl.-1695г.

В работах, написанных в соавторстве, личный вклад автора состоит в следующем: Ш- предложены алгоритмы распараллеливания задач ЦОС при решении на МВС; [21 - сформулированы требования к многопро-" цэссорным системам, ориентированным на потоковую обработеу; [3] -разработаны алгоритмы выполнения операций вычитания, сдвига, умножения; Ш - предложены алгоритмы организации дотоковых вычислении для -операции умножения; [б] - разработана структура памяти процессорного-. элемента; [7] - определены параметры многопроцессорных систем, по которым проводилось сравнение различных архитектур; [93 - предложена архитектура системы; СИЗ - разработаны принципы организации вычислительного процесса для ра0оЫ с изменяемой разрядностью; С13] -предложены критерии уценки производительности МВС;

ОП ТРТУ. Заказ 215. Тир. 85 з::з. 1930 г.