Рассмотрены основные проблемы проектирования высоконадежных программных средств для систем управления критическими технологиями и системами, состав и семантика задач в рамках отдельных проблем, обсуждены возможные подходы к проектированию высоконадежного программного обеспечения, основанные (в отличие от известных подходов) на концепциях многоверсионности программных средств, множественности методов параллельной обработки, автоматического проектирования параллельных программ и учета предъявляемых к системам управления временных требований, требований к достоверности и ограничений на сложность средств реализации.

Констатирована необходимость обеспечения высокой достоверности результатов автоматического синтеза временных параллельных моделей алгоритмов. Описана методика формальной верификации, основанная на переходе от временной параллельной модели к ее текстовой спецификации и сравнении исходной и синтезированной текстовых спецификаций алгоритма.

Рассмотрены результаты решения задачи синтеза параллельно-декомпозиционных моделей алгоритмов при задании требований к тактовой частоте или величине такта, элементной базе и отсутствии ограничений на сложность аппаратной или программной реализации модели. Описана методология, использующая при построении параллельных моделей алгоритмов метод совмещения операций, декомпозиционную обработку и кодово-матричный метод, либо некоторую комбинацию этих методов, адекватную системе требований и ограничений и временным параметрам элементной базы.

Рассмотрен метод формального синтеза Си-программ смесей исходных алгоритмов и ациклической Си-программы - смеси.

Описан метод формального архитектурно-ориентированного проектирования временных параллельных программ для ЭВМ с симметричной мультипроцессорной обработкой.

Констатирована зависимость эффективности суперЭВМ и ВС при решении больших задач от эффективности алгоритмов, обеспечивающих оптимизацию результатов декомпозиции задач на подзадачи, которые выполняются соответствующими кластерами суперЭВМ или вычислительной сети. Отмечено, что недостатком известных комбинаторных методов является быстрое возрастание сложности и времени декомпозиции при увеличении размерности решаемых задач. Описан метод формальной декомпозиции задач на основе структур семантико-числовой спецификации задач, обеспечивающий минимизацию суммарного количества обменов сообщениями между фрагментами. Прокомментирован обобщенный алгоритм декомпозиции задач. Дана оценка вычислительной сложности разработанного алгоритма декомпозиции в сравнении с вычислительной сложностью комбинаторных алгоритмов декомпозиции, использующих способ полного перебора вариантов.

Рассмотрена методика оптимального управления энергетическим ресурсом многофункциональной РЛС зенитного ракетного комплекса в режиме наведения зенитных управляемых ракет.

Рассмотрены зависимости показателей эффективности параллельного решения системы линейных уравнений методом Гаусса от количества процессоров многопроцессорной ЭВМ с симметричной мультипроцессорной обработкой: времени параллельного решения, загрузки процессоров и эффективности параллельной реализации задачи с использованием метода совмещения независимых операций.

Констатировано, что для традиционных параллельных программ характерно отсутствие в их конструкциях временного параметра и, как следствие, невозможность разработки параллельных программ, удовлетворяющих заданным временным требованиям и ограничениям (крайне важных для существующих и перспективных информационно-управляющих систем). Определен новый класс программ - времяпараметризованные (временные) мультипараллельные программы. Представлены методы параллельной обработки данных и состав факторов, подлежащих учету при проектировании программ данного класса. Описаны подходы к архитектурно- и проблемно-ориентированному проектированию программ данного класса. Рассмотрена архитектура технологии проектирования временных параллельных программ и алгоритмы их формального синтеза для параллельных ВС классов SMP, NUMA, MPP. Приведены иллюстрирующие примеры. Сформулирован вывод о направлении развития систем параллельного программирования в первой половине ХХI века.

Рассмотрена технология формализованного синтеза параллельных программ для VLIW-процессоров, обеспечивающая учет временных характеристик операций, конфигурацию процессоров и систему требований (ограничений) к временным характеристикам выполнения программ.

Обоснованы принципы, математический аппарат и методы формального синтеза и анализа времяпараметризованных параллельных программно-аппаратных процессов для перспективных параллельных вычислительных средств XXI ст. - адаптивных самоорганизующихся вычислительных систем и адаптивных распределенных вычислительных сетей. Рассмотрены концепции построения вычислительных систем. Описаны методы параллельной обработки данных. Охарактеризован аппарат пространственно-временной дискретной математики. Предложены методы синтеза, верификации и оценки эффективности времяпараметризированных параллельных моделей алгоритмов, временных параллельных программ и процессов. Раскрыты возможности повышения эффективности параллельного аппаратно-программного обеспечения известных многопроцессорных ЭВМ, супер-ЭВМ и вычислительных сетей различных классов.

Індекс рубрикатора НБУВ: З970.221-016

Рубрики:

Багатопроцесорні обчислювальні системи

Шифр НБУВ: Ж24450 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Рассмотрена краткая характеристика аппарата структур семантико-числовой спецификации объектов цифровой вычислительной техники. Описаны результаты разработки структур семантико-числовой спецификации типовых коммуникационных топологий современных суперЭВМ и РВС, поддерживающие формализацию решения задач анализа, синтеза и повышения эффективности параллельных ВС.

Проанализирована возможность применения семантико-числовых структур (СЧС) для синтеза модели управления параллельным вычислительным процессом, приведены основные этапы синтеза параллельных временных моделей управления. Этапы проиллюстрированы на примере разветвляющейся задачи, представленной текстом Си-программы, а также исходной СЧС.

Рассмотрены основные этапы синтеза временной модели управления параллельным вычислительным процессом для неразветвляющихся и разветвляющихся задач, а также проведен анализ разработанной программной реализации, приведены рабочие и служебные окна полученной программы.

Рассмотрены основные этапы синтеза параллельных времяпараметризованных моделей задач. Раскрыты составляющие функционала, обеспечивающего оценку вычислительной сложности формального синтеза параллельных времяпараметризованных моделей задач - как основы автоматической разработки традиционных статических и временных параллельных программ. Разработанный функционал позволяет оценивать вычислительную сложность формального и автоматического синтеза параллельных и мультипараллельных моделей задач, при учете широкого состава параметров, влияющих на эффективность параллельных программ.

Приведены основные этапы синтеза времяпараметризованных моделей управления параллельными вычислительными процессами для циклических задач. Этапы проиллюстрированы на примере циклической задачи, представленной текстом Си-программы, а также исходной семантико-числовой спецификацией. Проведен анализ литературы, который позволяет сделать выводы, что методы синтеза времяпараметризованных моделей управления параллельными вычислительными процессами циклических задач проработаны недостаточно. Разработан метод, который позволяет формализовать синтез времяпараметризованной модели управления параллельным процессом.

Рассмотрена проблема оптимального разделения графа на подграфы, представлены описания последовательного и параллельного алгоритмов, приведены показатели эффективности параллельного алгоритма. Последовательный алгоритм реализован с использованием языка программирования Си, параллельный - с использованием MPI.

Раскрыты этапы решения задачи фрагментации времяпараметризованных параллельных ресурсно-ориентированных процессов в интересах создания систем автоматического синтеза высокоэффективных параллельных программ для вычислительных систем с распределенной памятью. Приведен иллюстрирующий пример.

Представлен алгоритм сравнительной оценки сложностей обмена сообщениями при фрагментации временных параллельных моделей задач для распределенных вычислительных сетей. Дана сравнительная оценка эффективности фрагментации на основе двух подходов: применение логики назначения операторов на свободный в текущий момент времени ВУ и решение задачи назначения фрагментов задачи на ВУ сети с использованием формальных полиномов. Алгоритм иллюстрируется на примере одной из тестовых задач Ливерморских циклов.