автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.13, диссертация на тему:Разработка алгоритмов и многопроцессорной вычислительной системы для решения интегральных уравнений в реальном времени

р Г 5 ид 2 В НОН 199^

ТАГАНРОГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ЛОМОНОСОВ Сергей Викторович

УДК 681.31:519.63

РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ И МНОГОПРОЦЕССОРНОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ

Специальность: 05.13.13. - Вычислительные машины, комплексы,

системы и сети, 05.13.14 - Системы обработки-информации и управления.

АВТОРЕФЕРАТ . диссертации на соискание ученой степен. . кандидата технических наук

Таганрог - 1994

Работа выполнена на кафедре вычислительной техники ' Таганрогского .государственного радиотехнического университе

НАУЧНЬЙ РУКОВОДИТЕЛЬ - доктор технических наук, професс

действительный член Академии ест ственных наук Российской Федерац ГУЗИКВ.Ф.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: доктор технических наук

МАРГЕЛОВ A.B.. кандидат технических наук КАЛМЫЧЕК А. А.

ВЕДУЩЕЕ ПРЕДПРИЯТИЕ - Институт-проблем передачи

Информации, Академии наук Российской Федерации. г.Москва.

Защита,состоится " 16 " декабря 1994г. в 14 часов заседании диссертащонного .'совета Д 063.13.02 по защ диссертаций при Таганрогском государственном радиотехничес университете по адресу:'347915. г.-Таганрог. пер. Некрасовск 44. ауд. Д-406.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университ Автореферат разослан "Л." ноября 1994 года.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат .технических наук, доцент

А. Н. Целы

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕШ

Вычислительная техника оказывает громадное влияние на ровень развития отраслей науки и техники. 'Одним из направле-; ий такого воздействия является использование средств вычисли-ельной техники в освоение и внедрение в практику прикладных азделов современной математики и прежде всего'численных, и-ма-инных методов решения интегральных уравнений.. Аппарат стегальных' уравнений прочно вошел в физику и геофизику, механику" материаловедение,в астрономию и теорию управления, иконику и-омографию, в биологию и .экономику- производства. При этом сновную трудоемкость 'составляют 'задачи иконики и томографии, риводящие к интегральным уравнениям Фредгольма 1 рода.. - %

. Огромная вычислительная сложность традиционных численных етодов"в сочетании.с низкой скоростью обработки данных 'ЭВМ оследних моделей делает их неприменимыми во многих, приложе-иях, где требуется обработка больших объемов быстро поступаю-ей информации в реальном масштабе времени,-, при решении задачи ифрового' восстановления изображений. .

Одним из путей" удовлетворения зт^х потребностей ■ является азумный.выбор спектральных методов, основанных на аппроксима-ии искомого решения отрезком ряда Фурье^ по ортогональным и. ладким функциям, с одновременным выбором метода, регуляризации ешения. Сравнение спектральных и разностных методов решения с четом регуляризации показывает, что спектральные методы за чет экспоненциальной скорости сходимости рядов-Фурье.позволя-т полунить 'решение с большей точностью, а следовательно с еньшим временем и стоимостью решения. Использование регуляри--ации цало возможность эффективного решения интегральных урав-ений первого рода,- относящихся -к некорректным уравнениям, ругим направлением, в улучшении технико-экономических характе-истик решаемого класса :задач; может быть сделан путем разра-отки и. применения специализированной многопроцессорной ЭВМ. риентированной на решение интегральных уравнений спектральны1 и методами в реальном масштабе, времени. • '

В диссертации проведено исследование и разработаны: парал-ельные алгоритмы -основных.математических операций спектраль-йх-методов* позволяющие минимизировать время решения приклад-

ных'задач,', за счет максимального их распараллеливания; стр тура специализированной многопроцессорной вычислитель; системй,- ориентированной на выполнение предложенных паралле, .ных алгоритмов, с.эффективной производительностью в диапаз' ,15-30 млрд. , оп./с., Цревосходящей в 1.5-8 раза существующи настоящее время высокопроизводительные вычислительные сист< по интегральному показателю эффективности производите. ность/(потребляемая мощность*обьем оборудования);' система 1 томатиз'ированного программирования для специализированной М1 .гопроцеесорной Вычислительной системы.,

/Данная работа . является 'частью исследований, проводи Таганрогским радиотехническим университетом в области созда] -многопроцессорных вычислительных ' систем с программируе! \ архитектурой. Тема, Диссертации связана с хоздоговорными ра< тами ТРТУ. проводимыми по заказам промышленных предприятий госбюджетными работами.

ЦЕЛЬЮ ДИССЕРТАЦИИ является разработка структуры, алгор! мического обеспечения специализированной многопроцессорной 1 числительной системы, ориентированной на решение сложных ин' тральных уравнений спектральными методами,, предназначенной , построения вычислительных комплексов сверхвысокой произво, тельности, а также разработка системы автоматизированной ю пвновки программ ¿шя специализированной многопроцессорной < числительной системы. -

Достижение этой цели'требует решений следующих задач т< ретичесКого и прикладного характера:

- определение базового набора крупных математических 01 ".раций, спектральных, методов и разработка параллельных алгор!

мов вычисления этих операций;

- разработка общей модели многопроцессорной .вычислите, ной системы, ориентированной на. эффективную реализацию пар; .лельных-алгоритмов спектральных методов:

- разработка структуры специализированной системы и составляющих частей, устройства коммутации, обработки данны:

■ - разработка'общей концепции создания системы автомата; .рованной компоноеки программ для специализированной бычис.; тельной системы; .. . ;

разработка модулей библиотеки транслятора системы авг матизированной компоновки программ; ■

- экспериментальная проверка Предложенных алгоритмов мо-елированием на универсальной ЭВМ:

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Теоретические и экспериментальные сследования базируются на использовании теории вычислительных . истем, аппарате крйбинаторики, методах вычислительной матема-ики, методах распаталлеливания алгоритмов, структурном' и сбо-очном программировании и алгоритмических языках.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. ' В диссертации.разработаны и вынесены на ащиту следующие основные положения:

-- параллельные алгоритмы основных математических опера-ий (двойного комплексного быстрого преобразования Фурье, атричного комплексного поэлементного умножения, модулй комп-ексных чисел, комплексного поэлементного деления и нахождения братной матрицы); . • • . 4

- структура многопроцессорной вычислительной системы, риентированной на эффективную параллельную реализацию алго-итмов спектральных методов:

- структура системы-коммутации с параллельной яастройкой акалов обмена и совмещением процесса • настройки с передачей нформации;

- структура блока обработки данных процессора с парал-ельным-.выполнением различных арифметических операций через оммутаторы;

- методика проектирования систем автоматизированной ком-оновки программ для специализированных вычислительных систем;

- структура взаимодействия " модулей транслятора системы .втоматизированной коутоновки программ. '

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ. Полу-енные в. диссертации результаты внедрены в работах НИИ МВС Таганрог) по разработке программируемого преобразователя сиг-алов (отчет-по НИР '(промежуточный и заключительный) N ГР '1.90.0007251, ИНВ" N0290.0048503.) и систем научных'исследова-:ий.-Кроме .того, полученные алгоритмы -составила основу разра--отанного для' РО СКЖД .(Ростов) прикладного программного беспечения для, цифрового восстановления изображений в автома-■изйрбванной системе контроля состояния рельсового полотна же-:езных-дорог при электро и ультразвуковом "зондировании. Сум-:арнкй ожидаемый экономический эффект от внедрения результатов

работы работы составляет 108702 рубля *на 5.02.1933 г., ° чт подтверждено соответствующим актом о внедрении.

На основе базового набора математических'операций разрз ботане. библиотека алгоритмов решения ИУ Фредгольма 1 рода позволяющая упростить • программирование, задач и библиотека'" мс дулей транслятора автоматизированной системы программированы для многопроцессорных вычислительных систем и осуществлена v. реализация на языке Фортран-77 IBM PC/AT., что дало всзмоя ность. ла'конично^ написания программ восстановления, изображе ний на языке высокого-уровня с возможностью мультипрограммног режима.' -

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты диссертации докладывались обсуждались на международной научно7технической .конференцк "Актуальные проблемы фундаментальных наук" (Москва,1991г.), к 6-й республиканской нау'чно-технической конференции мол. учеь: и спец. "Электронизация и компьютеризация сельского хозяйств? (Рязань.1992г.), на областных научно-технических конференция? посвященных Дню Радио (Ростов-на-Дону,1990,1992,1993г.), t 38-й научно-технической конференции профессорско-преподавг тельского ТРТУ (Таганрог. 1993г.), на .региональной конференцу молод, учен, и специалистов Сев. Кавказа (Таганрог, 1993 г.) на Всероссийской научно-технической' конференции, посвященнс Ю.А.Гагарину (Москва,1994г.).

• ПУБЛИКАЦИИ. По материалам, диссертации опубликовано 15 пе чатных .работ, из' которых 5 опубликованы автором самостоятель но. Кроме того, результаты исследований отражены в отчете г х/д , зарегистрированном в ВНТИЦ.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Работа состоит из введения,.че тырех глав, списка литературы, содержащего 120 наименований, приложения.. Работа изложена на 220 страницах: 165 машинописи страницах основного текста, 52 страницах приложения, U стрг ницах списка литературы. . '

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ

ВО ВВЕДЕНИИ дано обоснование темы диссертационной работь сформулированы'цели исследований и разработок, показана нау<

лая новизна, практическая ценность и 'результаты выносимые на , защиту. ■

В ПЕРВОЙ _ ГЛАВЕ на примере"типичйой практической задачи восстановления изображений, описываемой интегральным уравнени7. ем «Т-редгольма. 1 рода из области' иконики и томографии производится выбор метода восстановления, с регуляризацией решения, выполняется сравнение технико-экономических характеристик машинного моделирования спектральными и разностными методами, осуществляется модульный анализ спектральных методов для выделения базовых математических.операций, разрабатываются параллельные. алгоритмы математических операций, формулируются требования к:построению многопроцессорных вычислительных' систем, ориентированных на эффективную реализацию предложенных алгоритмов, и предлагаемую модель такой вычислительной системы'.

Рассматривается общий .подход, к процессу Формирований и искажения изображений в операторном и матричном виде в. оптическом и акустическом диапазоне. Анализируется задача цифрового восстановления изображений, описываемая интегральным уравнением Фредголъма 1 рода, выясняются причины некорректности интегрального уравнения и невозможности получить точное решение. Анализируются методы восстановления изображений гю полученному искаженному изображению и матрицы среды распространения. Делается выбор метода решения основного интегрального уравнения и способа его регуляризации с учетом уровня шумов непревышающих 10% от уровня сигналов и возможностью обработки в реальном времени." -

При сравнении спектральных и традиционнее разностных методов решения задач восстановления изображений, • приводящих к. двумерному интегральному уравнению Фредгольма 1 рода, видно преимущество" спектральных методов по операционной сложности, в 50-65 раз,, что равносильно снижению требований к'разрабатываемой ЭВМ и уменьшения стоимости разработки. Для двумерных задач восстановления ■ больших изображений в реальном масштабе времени (обработка оцифрованных изображений размером 29*29эле-ментов с частотой поступления 50 кадров в секунду) спектральг ный метод может обеспечивать возможность их решения в совре7 нных -условиях, так как снижает требование к аппаратуре по стродейстЕию до приемлемой величины 15-30 млрд. оп./с.

При анализе эффективности различных параллельных вычисли-

тельных.структур на задачах цифрового восстановления изображений, спектральными методами было -показано. что (1).широко известные высокопроизводительные вычислительные структуры (конвейерные, матричные, систолические (волновые), нейронодобные сети, многопроцессорные) обладают низкой эффективностью, так как утрачивают значительную часть своей производительности при решении задач спектральными методами; (2) достижение высокой эффективности (прежде всего.фактической производительности, а также в смысле отношения производительности к стоимости ВС) можно получить только на специализированных . вычислительных системах (СВС) при этом, (3) технические решения на которых основывается предлагаемая СВС, позволяют получить значительные (в 1.5-8 раз) большее преимущество СВС над известными в настоящее время" высокопроизводительными системами, по интегральному показателю эффективности - производительность/(обьем оборудования * мощность потребления).

Модульный анализ спектральных линейных методов решения интегральных уравнений Фредгольма 1 роца с регуляризацией позволил выделить 5 крупных математических операций: комплексного двойного быстрого преобразования Фурье (ДБПФ), комплексного поэлементного умножения, комплексного поэлементного сложения, комплексного поэлементного нахождения обратной величины матрицы, поэлементное нахождение модуля комплексных чисел. В общем виде 'с учетом процедур регуляризации искомое восстановленное изображение в матричном виде выглядит:

РМ = Н*(.и)' * с(и) /^(Н(и)т * Н(и)| + а * й(Ю),

где в(и) - полученное искаженное изображение, й(и) - стабилизирующая матрица задачи такая, что й(П = |1 I" I! ,0< а <1 -параметр регуляризации; Н*(»г) = 1/Н(и) ,- обратная матрица среды искажения, при условии Н(ш)'*Н(ш)=Е, Е - единичная матрица-порядка п.

Для нахождения искомого решения был разработан параллель' ный алгоритм восстановления двумерного изображения с регуляризацией по Тихонову, при матрично-потоковом, то есть покад-. ровом поступлении "данных на обработку. При этом, атот ярусный параллельный конвейерный алгоритм на каждом ярусе имеет параллельные алгоритмы крупных математических операций с М1*К2 ветвями, где каждый элемент двумерной цифровой матрицы изображе-

ния на каждом ярусе обрабатывается независимо и параллелььо.

Анализ разработанного параллельного алгоритма восстановления двумерных изображений с регуляриаацией по Тихонову, а также параллельных алгоритмов вычисления крупных математических операций позволил'выдвинуть следующие требования.< которым должна удовлетворять специализированная вычислительная система, ориентированная на решения интегральных уравнений спектральными-методами: '

г вычислительная система должна быть типа Б1М1),'. "потому что обрабатываются по одинаковой группе алгоритмов различные элементы данных;

- система должна иметь многомерную (трехмерную) организацию решающего поля и оперативной памяти, чтобы обеспечивать параллельный доступ -и обработку элементов многомерных (Оцифрованных данных; '

- вычислительная система должна иметь мощную систему коммутации для различной интенсивности межпроцессорного обмена параллельных алгоритмов . спектральных методов и выполнять: во-первых, глобальный обдоец данными между процессорами имеющими глобальные связи по данным и матриц процессоров каждой размерности СВС; во-вторых, локальный обмен данными между группами локальносвязанных по* данным процессоров СВС; .

- в основу СВС должны быть положены мощные высокопроизводительные* процессоры, построенные по ЙКС ' архитектуре, для' обеспечения высокой производительности над интенсивно поступающими большими массивами данных;

- время выполнения основных арифметических операций в процессорах (тел, тум, тдл) и время выполнения операций обмена через глобальные и локальные коммутаторы (тгл, тл) должно соответствовать балансовым соотношениям : т ум = (1-2) т сл; т дл = (4-8) х сл;т гл = (1-2)т сл; т л < т сл;.

- система' должна иметь эффективную подсистему ввода - вывода информации, обладать реальной производительностью в пределе 30 млрд. он./с. и.объемом памяти 1049 Мслов для решения задач в реальном времени'.

Полученные требования к построению СВС позволяют лредпо-. жить ее модель для реализации спектральных методов решения интегральных уравнений , в частности задачи восстановления двумерных изображений с узловым (пиксельным) расспараллеливанием. СВС представляет'собой трехмерный массив (Ш»К2*и обрабатыва-

ющих модулей (процессоров с локальней памятью), в котором обрабатывающие модули (ОМ) вдоль каждой размерности вычислительного поля объединяются через коммутаторы, "реализующее необходимые локальные и глобальные информационные связи алгоритмов.

• Величина Ь указывает на количество ярусов двумерных матриц ОМ. В каждом ярусе от одного до нескольких слоев квадратных матриц -ОМ с локальными и (или) глобальными связями между ОМ и слоями в зависимости от выполняемых крупных математических -операций. Все ОМ работают под одним устройством упраз-ления, получая программы из одной памяти программ (система типа БШ). с высокопроизводительными процессорами)Каждый ОМ реализует аппаратно и аппаратно-микропрограммно все пять крупных математических операций.

ВТОРАЯ ГЛАВА посвящена разработке и исследованию параллельных алгоритмов спектральных методов на основе методологий обобщенного и канонического отображения для предложенной модели СВС.

При анализе алгоритма восстановления двумерных изображений с регуляризацией решений было замечено, что часть из пяти крупных математических операций обладает только локальными связями по данным, а часть только глобальными связями по данным. Поэтому,* для извлечения максимального параллелизма для предложенной параллельной структуры была тщательно исследована зависимость .по данным. Для глобально-связанных алгоритмов крупных операций основываясь на методологии обобщенного отображения-были сформированы кадры выражений, гриф зависимости (ГЗ) и параллельный граф потока сигнала (ГПС). Для локально-связанных алгоритмов крупных операций основываясь на методологии, канонического отображения были сформированы кадры выражений, из ГЗ и параллельный ГПС.

Разработаны параллельные машинно-ориентированные алгоритмы ДБШ> на основе последовательных алгоритмов Кули-Тьюки по малому основанию для БПФ, обладающим свойствами рекурсивности, конвейерности, расспараллелйвания и большой локальной "связностью" по данным. ДБПФ определяется:

.111-1 П2-1 111-1 (12-1

- Нк,кг = 2 1Ч11к1 * I Н 1;1г * Д1гК2= I НМг * Ш11*1 * I д12кг, 11=0 12=0 11=0 12=0

где к =0,п-1, к = 0,п-1, № - матрица одномерного преобра-

- И -

зования по столбцам, д- матрица'одномерного преобразования пп строкам. Высокое быстродействие" параллельной; реализации ДВГ№ достигается за счет .схем прореживания по малому основанию (2 или 4) при разбиении иУходных таблиц на подтаблицы с четностью и нечетностью обоих йндексо'в и параллельной "их обработкой,-что приводит к исключению части необходимых;умножений-(умножений на комплексные экспоненты," - равные вещественнрй й мнимой единицам) и совмещения вычислительных операций 'с межпроцессорным обменом, разработанные ДЕПФ, обладают повышенный быстродействием в 1.3-1.9 раза по сравнению с известными параллельными алгоритмами. '

Показано, что оптимальным отображением предложенного многоступенчатого алгоритма 'ДБПФ является, его проекция ГЗ в горизонтальном направлении, ' приводящая к отображению с линейным планом к ГПС со статической глобальной связью на сеть совершенной тасовки. ...

В разработанных параллельных машинно-ориентированных.алгоритмах, типа матричного поэлементного умножения, модуля комплексных чисел, матричного с поэлементного деления данные поэлементно не зависят друг- от друга, поэтому макрооперации над комплексными элементами обрабатываемых массивов выполняются аппаратно с максимальным уровнем быстродействия (3-41 сл), чтс в 8-20 раз быстрее, чем при "аппаратно-микропрограммном споссбе -вычисления.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ произведена детальная проработка и "оптимизация узлов (ко~мкутатора размерностей СВС, обрабатывающего модуля, ■ подсистемы ввода-вывода, устройства управления) предложенной модели СВС с учетом выдвинутых к ней требований.

Из всего многообразия способов построения коммутатора размерностей, таких как общая шина, многокаскадные блокирующие и неблокирующие сети, только перекрестный (матричный) коммутатор может удовлетворить требованиям по быстродействию межпроцессорного обмена. ' '

\ Разработана структура матричного коммутатора, отличающе- . гося от■ известных быстрой "параллельной настройкой каналов'обмена, возможностью совмещения процесса настройки с- передачей-информации, на 0,5 раза меньшими затратами оборудования и в 2-8 раз бол.е высоким быстродействием. ,1. 'йутатор содержит п *■ разрядных вводов адреса источника -п дешифраторов

(log2n)*'n адреса источника, п двунаправленных информационных входов-выходов, п горизонтальных и п вертикальных внутренних коммутационных шин, п коммутационных ячеек, - в состав каждой ■входит параллельный, регистр Рг с трехстабильным состоянием и шинный формирователь, п(п-1) шинных формирователя.

Основу разработанной периферийной подсистемы ввода-вывода составляют фотоэлектронные, АЦП и ЦАП матрицы, с соответствующим интерфейсом, поддерживаемой системой команд. Разработана структура устройства ."управления, состоящая из управляющего процессора и нескольких локальных устройств управления. Рас-, смотрены режимы Их работы и алгоритм функционирования.

Основу для построения операционного блока ОМ был взят принцип'организации функционально-распределенных блоков обработки данных с аппаратным выполнением крупных математических операций методом программирования структуры. Синтезированный блок обработки данных ОМ содержит: четыре матричных коммутатора, каждый из которых содержит четыре раздельных группы входов- выходов; шесть матричных умножителей; семь сумматоров; четыре постоянных запоминающих устройства, хранящих таблицы коэффициентов. Разработанный блок обработки данных отличается от базового варианта комбинационными устройствами и функциональными возможностями системы коммутации,на 1/3 раза меньшим обь-емом оборудования, 1.7-2.8 раза более высоким быстродействием. Увеличение скорости обработки данных достигается за счет одновременного выполнения 2-3 групп данных в ярусах конвейера блока. При реализации БОД на современных микросхемах быстродействие одного ОМ оценивазтся в 15-30 млн. арифм. оп./с. Поэтому, для достижения суммарной производительности в 30 млрд. оп./с, необходимо 2048 ОМ. Все 2048 ОМ могут быть организованы в многомерный массив различными способами. Оптимальная конфигурация СВС (число и длина.ее размерностей) выбирались по критерию минимума обьема оборудования системы'коммутации на количество каналов . межпроцессорного обмена и соответствует трехмерному массиву 16 * 16 * 8 ОМ. Структура оптимальной СВС кроме 2048 ОМ содержит 256 коммутаторов размерностей, соединяющих ОМ по каждой строке и каждому столбцу в каждом из 8-ми ярусоь трехмерного массив'а. и 8*8*8 (512) групповых коммутатора, соединяющих "в каждом ярусе четверку ОМ.

- \

ЧЕТВЕРТАЯ ГЛАВА посвящена проверке работоспособности ин-

тегрального уравнения Фредгольма 1 рода с регуляризацией на-ПЭВМ типа IBM PC/AT.

Рассмотрены принципы структурной организации вычислительного процесс^ для предложенной структуры СВС , .с программной настройкой последней на ГПС выполняемых макрокоманд обработки данных. Предложен алгоритм скоростной адресации данных при выполнении ДБПФ. основанный на известном алгоритме скоростной адресации данных БПФ, позволяющей осуществить считывание" данных для ПЭ из локальных памятей в СВС с помощью устройства адресации (УА). аппаратурные затраты для которых линейно зависят от максимально доступного размера ДБПФ. При этом небольшие аппара-. турные затраты УА по сравнению со структурой БОД делают возможным реализацию УА в виде СБИС. Разработана система автоматизированной компановки программ для предложенной модели СВС оснб-ванной на двух принципах:

- сборочного программирования, программ пользователя; N

- трансляции программ пользователя с языка высокого уровня на язык макроассемблер.

Созданная система автоматизированной компоновки программ имеет цель значительно упростить написание, модификацию и ■отладку программ пользователя за ечет включения в нее модульной библиотеки транслятора. Библиотека транслятора позволяет переводить в процессе трансляции функциональные программы пользователя, написанные на языке Фортран-77, в программы составленные на языке макроассемблер. Пользователь в системе ' автомата- ' зированной компоновки программ избавляется 'от неудобств программирования на "языке низкого уровня макроассемблер ,, получая возможность лаконичного и быстрого написания программпри этом сокращается о.бьем памяти по'д программу в 2-4 раза.

В ПРИЛОЖЕНИИ приведены краткое описание и тексты программ библиотеки транслятора системы автоматизированной, компоновки программ, спецификации и тексты программы решения интегрального уравнения Фредгольма .1 рода'.

, ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

■ В диссертационной работе рассмотрен комплекс теоретических и прикладных вопросов структурной организации и алгоритмического обеспечения высокопроизводительных вычислительных

систем, ориентированных на решение интегральных уравнений спектральными методами. В хода выполнения работы получены следующие результаты: - ■'

1. Разработаны параллельные алгоритмы крупных математических операций спектральных методов (двойного комплексного быстрого преобразования Фурье, матричного поэлементного умножения, сложения, деления. Модуля комплексных чисел), позволившие получить' максимальную степень распараллеливания задач и минимальное время их решения.

2. Обоснованы общие принципы построения многопроцессорных Вычислительных систем, ориентированных на решение интегральных уравнений спектральными методами в реальном масштабе времени (трехмерная организация решающих полей в виде ярусов матриц обрабатывающих модулей, общее .управление, , матричная система коммутации, высокопроизводительные узловые процессоры с аппаратной и аппаратно-микропрограммной реализацией арифметических операций), на их основе разработана структура вычислительной системы с эффективной производительностью -30 млрд. о п. /с., превосходящей в !,5-8 раз существующие в настоящее время высокопроизводительные вычислительные системы по интегральному показателю эффективности-- производительность/(обьем оборудования * потребляемую мощность).

3. Разработана структура матричного коммутатора, отличаю- • щегося от известных на 0,5 раза меньшим обьемом оборудования и

в 2-8 раз более высоким быстродействием.

4. Разработана структура функционально-распределенного блока обработки данных, отличающегося от известных в 1/3 раза меньшим обьемом оборудования и в 1.6-2.8 раза более высоким ' /быстродействием.

5. Разработан машинно-ориентированный параллельный алго- . ритм цифрового1восстановления изображений с регуляризацией, отличавдиеся отгизвбстных параллельных алгоритмов в 1.5-2 раза более'высоким быстродействием.

6.. Обоснованы общие принципы построения и разработана система автоматизированной компоновки программ для предложенной .. многопроцессорной вычислительной системы , избавляющей .пользователя от программирования на языке низкого уровня.

7. „ разработана библиотека, транслятора системы автоматизированной компоновки, позволяющая сократить затраты на разра- ■ ботку йрограмм спектральных йетодов до минимального уровня,

сокращая обьем оперативной памяти под программы пользователя в 2-4 раза.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ отражены в следующих публикациях: ; -1. ' Ломоносов С.В. " Потоковая пирамидальная система ' для восстановления изображений//Тезисы докладов научно-технической конференции, пбсвященной Ю.А.Гагарину..- Москва, 1994.-с. 130-131.

•2. Ломоносов C.B.. Иерархическая параллельная система для восстановления изображений//Тезисы докладов научно-технической конференции, посвященной Ю. А. Гагарину. -Москва, 1994.-с.131-132. ■

3: Тузик В.Ф., Золотовский В.Е.Ломоносов C.B. Исследование и разработка программируемого -преобразователя .сигналов/Отчет по НИР (промежуточный).ИНВ М0290.0048503.- Таганрог: ТРТИ, 1990.-С. 9-27. • -

4. ГузикВ.Ф., Золотовский В:Е., Ломоносов C.B. Исследование и разработка программируемого преобразователя сигналов/Отчет по НИР (заключительный).ИНВ N0290.0048503,- Таганрог- ТРТИ', 1990.-с. 16-37. • ' . '

5. ГузикВ.Ф., Золотовский В. Е., Ломоносов'C.B. Процессор для систем восстановления изображений//Тезисы докладов областной научно-технической конференции посвященной Дню Радио. -Ростов-на.-Дону, 1992.- с.31. . - - 6. Тузик В.Ф., Ломоносов C.B. Спектральный метод цифрового восстановления изображений//Тезисы докладов региональной, конференции студентов,аспирантов и молодых специалистов Северного Кавказа. - Таганрог, 1993. - с. 14-15.

7. Гузик В.Ф., Ломоносов С.В- Реализация спектральных методов решения- задачи- восстановления изображений на искусственных нейронных, сетях//Тезисы докладов региональной конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов Северного Кавказа. - Таганрог, 1993, - с. 41-42. - -

8. Гузик" В. Ф., Ломоносов р: В. Спектральные методы решения интегральных уравнений//Тезисы докладов Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы фундаментальных наук". - Москва, 1991,- с.75-76.

9.. Мальгинов- Б. В., Пуховский В.Н'., Ломоносов C. B. Численное исследование, температурного режима оребренных поверхностей нагрева паровых котлов спектральным методом//Тезисы докладов областной научно-технической конференции, посвященной Дню Ра-

дао. - Ростов-на-Дону, 1990,- с.82-83.

10. Гузик В.Ф.Мальгинов Б. В., Ломоносов С В. Программное обеспечение спектральных, методов решения- дифференциальных уравнений в частных производньх//Тезисы докладов областной научно-технической конференции, посвященной Дню Радио. Ростов-на-Дону. 1990.-- с. 63. ^

11. Гузик В.Ф., Ломоносов C.B. Комплекс^программ решения интегральных уравнений задач математической физики //. Тезисы докладов областной научно-технической конференции, посвященной Дню Радио. - Ростов-на-Дону. 1992.- с.26.

12. Ломоносов C.B. Методы восстановления изображений на параллельных компьютерах//38-я научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава, ■ аспирантов и сотрудников института. - Таганрог.1992.- с. 24.

13. Гузик В. Ф., Золотовский В._Е.. Гушанский С.М.. Ломоносов С:В. Автоматизированная система программирования для многопроцессорных вычислительных систем с программируемой архитектурой // Электронное моделирование. - Киев,1992.-N 5,-с. 27-31.

14. Ломоносов C.B. Специализированная ■ вычислительная система для восстановления сигналов и изображений//ТРзисы докладов бгой Республиканской научно-технической конференции "Электронизация и компьютеризация сельского хозяйства".- Рязань, 1993,- с. 20-21.

v15. Ломоносов C.B. Программный комплекс цифрового восстановления изображений//Тезисы докладов областной научно-технической конференции, посвященной Дню Радис. - Ростов-на-Дону. 1993.- с. 45-46.

В работах, опубликованных в соавторстве, личный вклад автора состоит в следующем: в [3-5] - разработана структура вычислительной системы и блока обработки данных; в [6-9]- разработаны алгоритмы и параллельные алгоритмы вычисления крупных математических операций спектральных методов ИУ , их реализация на искусственных нейронных сетях; в [10-11] - разработана библиотека для реализации спектральных методов на ПЭВМ, алгоритмы и программы решения прикладных задач; в [13] - разработаны алгоритмы обработки программ пользователя с языка. Фортран-77, на язык макроассемблер.

ОПТРТИ. 3aK.4Àf Тир. 60 шэ^г.