Дисертація присвячена дослідженню питань підвищення ефективності методів і алгоритмів вирішення задач статичного планування в паралельних обчислювальних системах. Вирішена задача розробки високоефективних засобів проектування адаптивних статичних планувальників, що забезпечують в умовах просторово-часових обмежень статичної організації обчислювального процесу. В дисертації запропонований новий підхід до вирішення задачі розподілення робіт з мінімізацією загального часу рішення і комунікаційних витрат. Розроблений метод і засоби виконання процедур спрямованого пошуку розподілення робіт в ПОС з централізованим управлінням. Визначені процедури горизонтальної і вертикальної кластеризації, які є основою структурного аналізу початкової інформації та реалізують метод і алгоритм скануючого просторово-часового розподілення.

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.

Запропоновано принципи та схему класифікації для моделей і систем паралельної обробки інформації. Ідентифіковано місце клітинних автоматів у запропонованій ієрархії систем. З методологічного погляду розглянуто аспекти, пов'язані з архітектурою, програмуванням, керуванням паралельних обчислювальних систем.

Розроблено паралельні методи обчислень, алгоритмів і структур швидкодіючих паралельних спецпроцесорів для матричних задач лінійної алгебри. Запропоновано нові паралельні інтерпретації методів Гаусса та Гаусса - Жордана для розв'язання систем лінійних алгебричних рівнянь, обернення матриць на основі зовнішнього добутку векторів з покращеними часовими характеристиками. На базі методів розроблено нову структурну організацію паралельних спецпроцесорів, що у поєднанні з оптоелектронною реалізацією дає вищу швидкодію від відомих і досягає потенційного значення 10⁵ MFLOP за розмірності 1000 x 1000. Наведено нову структурну організацію та цифрові паралельні алгоритми обчислень паралельних арифметичних блоків у формі з плаваючою комою: суматора матриць, поділювача вектора на число та блоку зовнішнього добутку векторів, часові характеристики яких не залежать від розмірності операндів.

Приведены оценки эффективности распараллеливания процесса решения систем линейных уравнений алгебраизма. Рассмотрена задача планирования параллельных вычислительных процессов. Проанализированы расходы времени и решена задача эффективного планирования метода QIF.

Для двоичного структурного алфавита определены значения и количество вспомогательных сигналов, которые необходимы для реализации частотных логических функций И, ИЛИ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, сложение по модулю 2, которые зависят от n переменных. Показано, что значения вспомогательных сигналов определяются как разница между значениями полного промежуточного результата и частотно-логической функции.

Рассмотрен подход формализированного перехода от алгоритма параллельной программы к ее расписанию. Освещены основные этапы предложенного подхода. Для примера его использования приведен алгоритм решения систем линейных уравнений алгебраизма методом квадрантов (QIF), которые смыкаются.

Описано метод розпаралелювання програм у мові C, який базується на знаходженні програмних циклів, векторів залежності ітерацій циклу та перетворенні первинних циклів програми у послідовно-паралельні, що можуть виконуватися незалежними процесами на багатьох процесорах, які використовують загальну пам'ять. На базі методу, створено програму розпаралелювання, за допомогою якої перевірено його коректність.

Представлены результаты совместной работы Ясского Университета (Румыния) и Института Работы и Техники (Гельзенкирхен, Германия) по разработке простых параллельных алгоритмов для проблем выпуклых оболочек, которые могут быть использованы в графически-ориентированных обучающих веб-приложениях.

Висвітлено питання розробки орієнтованих на НВІС-реалізації паралельних методів та алгоритмів обчислень, створення високопродуктивних спеціалізованих засобів технологій цифрової обробки сигналів у реальному часі з високою ефективністю використання обладнання. Розвинуто теорію проектування орієнтованих на НВІС-реалізації паралельних операційних пристроїв для виконання базових операцій алгоритмів цифрової обробки сигналів (ЦОС), досліджено їх основні характеристики. Розроблено програмовані за розміром і видом перетворення НВІС-процесори для реалізації базових перетворень і синтезовано на їх базі матричні процесори ортогональних тригонометричних перетворень. Обгрунтовано ефективність застосування запропонованих методів, алгоритмів і структур на прикладах реалізації комплекту спеціалізованих НВІС, процесорів і систем ЦОС.

Приведена классификация способов налаживания параллельных программ. Рассмотрена схема налаживания и принципиальные проблемы ее реализации: фиксирование состояния вычислительной системы, поиск специфических ошибок. Показано применение графа событий при поиске и анализе ошибок.

Розглянуто алгоритм і програмні засоби для швидкого обчислення складних функціональних залежностей, поданих поліноміальними і раціональними сплайнами. Програмно синтезовано паралельні сплайн-обчислювачі на підставі однорідних обчислювальних середовищ.

Розглянуто використання паралельних обчислень для статистичного моделювання складних систем, а саме - паралелізації алгоритмів окремих етапів моделювання, що призводить до значного збільшення ефективності моделювання. Виділено рівні паралелізації та розподілення основних потоків розрахунків у разі статистичного моделювання. Розроблено алгоритм прискореної генерації випадкових чисел з одночасно заданими імовірнісними характеристиками (законом розподілу та кореляційною функцією), який за рахунок використання паралельних структур дозволяє одержувати числові послідовності з меншими затратами часу, ніж наявні алгоритми. Розглянуто практичні способи реалізації паралельних розрахунків на комп'ютерній техніці з обгрунтуванням вибору програмних засобів.

Рассмотрены особенности построения программного обеспечения компьютерных систем, а также дополнительные трудности, возникающие при этом и пути их определения. Предложены подходы к программированию, применяемые для различных параллельных систем. Рассмотрены основные языковые конструкции, описывающие синхронные и асинхронные параллельные процессы. Проанализированы особенности алгоритмов компиляции для различных компьютерных систем. Приведены алгоритмы автоматического распараллеливания программ. Рассмотрены вопросы распараллеливания и векторизации циклов.

Розглянуто можливість використання моделі паралельної обчислювальної системи з віртуальною топологією як обчислювальної моделі для програмування паралельних алгоритмів на мові VHDL. Ефективність цієї моделі показано на прикладі програмування розв'язання рівняння Пуассона методом Зейделя на прямокутній сітці, який реалізовано на персональному комп'ютері та програмованій логічній інтегральній схемі.

Удосконалено та розширено функціональні можливості методів та засобів багатооперандної обробки векторних масивів з реалізацією на систолічних структурах. Проаналізовано методи відображення алгоритмів на систолічні структури, які враховують конвеєрний характер виконання операторів у процесорах. Досліджено особливості алгоритмів багатооперандної обробки векторних даних на базі різницевих зрізів (РЗ). Показано, що належність алгоритму підсумовування на базі РЗ до класу регулярних ітераційних алгоритмів забезпечує його ефективну реалізацію на систолічних структурах. Доведено ефективність алогоритмів підсумовування на базі РЗ у порівнянні з алгоритмом рекурсивного подвоєння з використанням коефіцієнта узгодження пари структура - алгоритм. Запропоновано виділення у наведеному алгоритмі багатооперандної обробки за методом РЗ трьох базових алгоритмів, для яких існує можливість сумісного виконання, що дозволяє у процесі канонічного відображення їх на матричні структури спроектувати декілька варіантів можливих лінійних систолічних масивів і обрати серед них оптимальний. Реалізовано систолічний процесор для багатооперандної обробки векторних даних на базі програмованих логічних інтегральних схем, що дозволяє одержати мікросхему багатовхідного суматора з регулярною структурою та розширеними функціональними можливостями. Показано, що апаратна реалізація арифметично-логічних операцій забезпечує ефективне використання запропонованого багатовхідного суматора для обробки сигналів і зображень у реальному часі, де необхідний час відгуку повинен складати мілісекунди та менше, наведено області ефективного застосування.

Розроблено паралельні обчислювальні структури для розв'язання задач багатошляхової маршрутизації у комп'ютерних мережах. Створено метод послідовної багатошляхової маршрутизації на паралельних обчислювальних структурах, побудованих на базі методу часової аналогії та структурній властивості топології мережі й обчислювальної структури. Запропоновано узагальнену структуру реалізації багатошляхової маршрутизації на паралельній обчислювальній структурі, побудованій на базі методу часової аналогії. З метою підвищення швидкодії паралельних обчислювальних структур запропоновано системоаналоговий метод та алгоритм маршрутизації на графі, що моделює комп'ютерну мережу. Розроблено системоаналогові обчислювальні структури для багатошляхової маршрутизації. Наведено оцінку ефективності системоаналогових обчислювальних структур.

Надано паралельні алгоритми ID прямого та зворотного одновимірного косінус-перетворення зі зменшеною кількістю необхідних операцій множення. Це надає можливості розпаралелювання обчислень DCT/IDCT.

Зазначено, що паралельному обчислювачу необхідні паралельні програми, які важко переносити на інші паралельні архітектури та які потребують від програміста спеціальної підготовки. Запропоновано систему розпаралелювання, яка допомагає розв'язати цю проблему.