Представлены результаты исследований по созданию вычислительных систем на однородных средах. Изложены основы проектирования пульсирующих информационных решеток (пульсиров). Данные решетки рассмотрены как элементная база для построения вычислительных систем различного назначения - от персональных компьютеров до суперЭВМ с высокими технико-экономическими характеристиками.

Розглянуто актуальність побудови обчислювальних систем на однорідних середовищах як один з перспективних шляхів розвитку сучасних високопродуктивних комп'ютерних технологій. Показано організацію обчислень, програмне забезпечення та архітектуру обчислювальної системи на основі мультиконвеєрної обчислювальної структури. Наведено приклади реалізації в однорідному середовищі алгоритмів обробки зображення.

Изложены основы проектирования пульсирующих информационных решеток (пульсиров), которые реализуются на пластине. Пульсиры рассмотрены как элементная база для создания вычислительных систем различного назначения - от персональных компьютеров до суперЭВМ - с высокими технико-экономическими характеристиками. Пульсиры - новое поколение однородных вычислительных сред (ОВС). Прослежена история развития ОВС.

Изложены основы построения потоковых вычислительных систем на пульсирующих информационных решетках. Рассмотрены однородные вычислительные среды, в частности, вычислительная и запоминающая ячейки, архитектура вычислительной системы на среде, динамический интерфейс, микропрограммирование в однородной среде. Особое внимание уделено принципам проектирования пульсиров, перспективам развития пульсиров на пластине, структурной схеме ячейки пульсира и др.

Рассмотрена ячейка пульсирующей информационной решетки. Изучены принципы проектирования пульсиров, приведены их параметры. Отображена структурная схема ячейки пульсира. Описаны каналы регистров, обработки информации, транзитов, памяти, шин, адреса. Освещена система команд ячейки пульсира.

Рассмотрены особенности создания вычислительных систем на однородных средах. Изложены основы проектирования пульсирующих информационных решеток (ПИР) (пульсиров) - однородных сред, которые ориентированы не на традиционную микросхему, а на пластину - кремниевую подложку диаметром до 400-х мм. Рассмотрены ПИР с радиоканалами как элементная база нового поколения для построения суперкомпьютеров класса А - мощных потоковых вычислительных систем, аппаратно реализующих достаточно сложные задачи. Раскрыты основы теории клеточных автоматов, приведены методы проектирования систолических структур, а также параллельные систолические алгоритмы вычисления значений непрерывных дробей. Предложен новый способ суммирования расходящихся непрерывных дробей, эффективность которого доказана при решении классических задач алгебры, в частности, бесконечных систем линейных алгебраических уравнений и при нахождении корней полиномов.

Приведены результаты научных работ по созданию вычислительных систем на однородных средах. Определена суть данного направления - настройка из элементарных ячеек, включающих однобитовый процессор, вычислительной системы, аппаратно реализующей различные алгоритмы. Изложены основы проектирования пульсирующих информационных решеток (пульсиров), которые рассматриваются как однородные среды, ориентированные не на традиционную микросхему, а на пластину - кремниевую подложку диаметром до 400 мм. Проанализированы особенности функционирования пульсиров двух поколений - с коммутацией пластин через периферийные ячейки и с матричной, когда каждая ячейка одной пластины имеет оптоэлектронную связь с ячейками, расположенными на соседних пластинах. Отмечено, что форсированное проектирование пульсиров с матричной коммутацией вызвано попыткой использовать в процессе их разработки некоторые алгоритмы клеточных автоматов. Обоснованы возможности использования пульсирующих информационных решеток как элементной базы нового поколения для построения вычислительных систем различного назначения - от персональных компьютеров до супер-ЭВМ с высокими технико-экономическими характеристиками. Изложены основы теории клеточных автоматов, являющихся математическими моделями естественных и технических распределенных систем, состоящих из большого числа элементов, которые локально взаимодействуют друг с другом.

Приведены результаты исследований по созданию вычислительных систем на однородных средах. Изложены основы проектирования пульсирующих информационных решёток. Рассмотрены пульсирующие информационные решётки как элементная база нового поколения для построения вычислительных систем различного назначения - от персональных компьютеров до супер-ЭВМ - с высокими технико-экономическими характеристиками. Раскрыты основы теории клеточных автоматов, являющихся математическими моделями естественных и технических распределённых систем, состоящих из большого числа элементов, которые локально взаимодействуют друг с другом.

Рассмотрено построение высокопроизводительных вычислительных систем на однородных средах. Описаны вычислительные ячейки однородных сред первых двух поколений. Приведены функциональные схемы ячеек, система команд, режимы настройки и работы. Обсуждена архитектура мультиконвейерной вычислительной структуры на однородных средах. Подробно изложены вопросы выполнения вычислений в однородной среде. В деталях рассмотрена технология разработки микропрограммных модулей, реализующих логические и арифметические операции, описана библиотека микропрограммных модулей. Проиллюстрировано применение однородной среды для построения вычислителя, аппаратно реализующих один из алгоритмов обработки изображений. Показаны перспективы развития однородных сред, связанные прежде всего с переходом от микросхемы к пластине - полупроводниковой подложке диаметром до 400 мм. Готовность однородных сред выйти на пластину - основное их преимущество перед другими направлениями в вычислительной технике, а именно микропроцессорными и транспьютерными системами, программируемыми логическими интегральными схемами, решетчатыми программируемыми полями, систоликой и т.д. Отмечено, что при построении сред нового поколения использована олтоэлектронная коммутация информационных потоков.

Рассмотрены однородные среды нового поколения- пульсирующие информационные решетки (пульсиры). Основная особенность пульсиров состоит в том, что они ориентированы не на микросхему, а на пластину, кремниевую полупроводниковую подложку диаметром до 400 мм. В отличие от сред первых двух поколений ячейка имеет регистр памяти в 1024 бита. Значительно увеличены коммутационные возможности ячейки, которая выполняет функции обработки, хранения и передачи информации, а также функции, обеспечивающие технологичность производства пластин и надёжность вычислительных систем на пульсирах. Подробно описана функциональная схема ячейки, система команд, режимы тестирования, настройки и перепрограммирования пульсира. Рассмотрено построение оптоэлектронной коммутации пластин пульсира, имеющего двухмерную и трёхмерную структуру.

Запропоновано однорідні середовища нового покоління - пульсуючі інформаційні гратки (пульсіги), особливість яких полягає в їх орієнтації не на мікросхему, а на пластину - кремнієвий напівпровідниковий підшарок. Описано функціональну схему комірки, систему команд, архітектуру та конструкцію пульсіга, а також режими його тестування та програмування. Пульсіги розглянуто як елементну базу для реалізації потокових обчислювальних систем широкого призначення з високими техніко-економічними показниками.

Розглянуто пульсуючі інформаційні решітки (пульсири) як обчислювальну структуру з однорідною архітектурою середовища. Пульсири являють собою обчислювальне поле з матрицею однобітових процесорів і зв'язків між ними. Особливістю пульсирів є те, що вони орієнтовані на використання пластини пульсира як кремнієвої підкладки з вмонтованими на ній функціональними елементами та відтрасованими зв'язками.

В связи с широким распространением в научной среде проектов на базе разнообразных Grid-платформ актуальной становится проблема их эффективного совместного использования. Существенным ограничением на этом пути является, в первую очередь, несовместимость подходов, на которых они основаны. Представлена распределенная платформа для управления ресурсами гетерогенного кластера, объединяющая возможности сервисно-ориентированной архитектуры Globus4 и р2р-системы JXTA. Платформа предоставляет средства для взаимодействия на гетерогенных ресурсах приложений на основе упомянутых архитектур, а также включает в себя средства для доступа к ресурсам гомогенных кластеров. Использование платформы продемонстрировано на примере взаимодействия нескольких приложений JXTA и Globus между собой, а также с гомогенным кластером.

Рассмотрены пульсирующие информационные решетки с матричной коммутацией (пульсиры). Пульсиры представляют собой однородную вычислительную среду, ориентированную не на микросхему, а на пластину - кремниевую подложку диаметром до 400 мм. Пульсиры - совокупность однобитовых процессоров, которые соединены между собой "по близкодействию". Пульсиры с матричной коммутацией - пульсиры второго поколения, имеют развитую систему связей, которая обеспечивает коммутацию информационных потоков между ячейками, расположенными как на обеих поверхностях пластины, так и на разных пластинах.

Розроблено інформаційні технології та системи високопродуктивних системних середовищ і нейронних мереж для налаштування, функціонування та розв'язування складних задач у реальному масштабі часу. Вивчено обчислювальні процеси на заданих рівнях розпаралелювання алгоритмів дискретних перетворень і обробки складних зображень на базі системних середовищ. Наведено алгоритм фільтрації зображень на базі мультиконвеєрних системних середовищ. Одержано високоефективний алгоритм для розпізнавання, компресії зображень на базі нейронних мереж. Запропоновано інформаційно-аналітичні системи аналізу, оцінки, прогнозування складних фізичних процесів і зображень на базі нейронних мереж, системних обчислювальних середовищ. Доведено високу ефективність результатів застосування нейромережі для визначення параметрів афінних перетворень.

Дисертація присвячена вирішенню комплексу проблем, які пов'язані з реалізацією арифметичних обчислень на клітинних автоматах. Проаналізовано результати досліджень з паралельної обробки інформації і визначено місце клітинних автоматів серед всіх моделей паралельної обробки. Розроблено теоретичні основи моделі, що досліджувалася в орієнтації на арифметичні обчислення. Введено і формально обгрунтовано системи правил перетворень для виконання арифметичних та логічних операцій, а також для реалізації складних виразів та масових обчислень. Досліджено їх коректність і мінімальність. Введено узагальнення клітинних автоматів, описано систему моделювання клітинних обчислень, що реалізована автором.

Предложено решение задачи оценки эффективности использования процессорных модулей и однородных процессорных сред (ОПС) на их основе. Исследовано влияние потоков отказов и сбоев на изменение структуры процессорных модулей и их влияние на эффективность применения однородных процессорных сред. Полученная оценка сохранения эффективности процессорных модулей позволяет совершенствовать инструмент выбора методов реконфигурации ОПС и уменьшать издержки на разработку и применение ОПС. Определены направления развития методов реконфигурации современного и перспективного высокоинтегрированного элементного базиса вычислений.

Исследована взаимосвязь между структурой алгоритмов и топологией однородной структуры, разработана исходная математическая модель сложных взаимосвязанных задач, определена последовательность процедур процесса отображения структур алгоритмов в топологию однородной структуры, рассмотрено структурно-топологическое моделирование процесса решения сложных взаимосвязанных задач, дана геометрическая интерпретация процесса отображения.

Розглянуто побудову реконфігурованих обчислювальних систем на пульсуючих інформаційних решітках (пульсіри) як обчислювальних структур з однорідною архітектурою середовища. Пульсіри - це обчислювальне поле з матрицею однобітових процесорів і зв'язків між ними. Особливістю пульсірів є те, що вони мають змінність конфігурації обчислювального поля через її структурну зміну на рівні команд і послідовності самих обчислень.

Предложена модель самодиагностирования однородных процессорных сред (высокоинтегрированного элементного базиса цифровых систем (ЦС)) в реальном масштабе времени. Определены условия совмещения встроенного контроля процессорных модулей и диагностирования межмодульных связей однородной процессорной среды. Обоснованы оценки эффективности использования временной избыточности в функционировании ЦС для самодиагностирования однородных процессорных сред в реальном масштабе времени. В общем случае имеет место попеременное нахождение ЦС реального времени в процессе эксплуатации на активных временных интервалах.