Вперше запропоновано метод віддаленої передачі великих масивів даних з проміжним зберіганням в інфокомунікаційних мережах з низькошвидкісними ділянками, що дозволяє значно скоротити час передачі даних (в середньому на 50 %) за умов забезпечення прийнятних рівнів джитеру та втрат пакетів потокового трафіку. Удосконалено метод запобігання колізій під час паралельної обробки даних в децентралізованих інфокомунікаційних мережах, в якому, на відміну від існуючих, використовуються механізми блокування зі спеціалізованими повідомленнями, що дозволяють уникати помилок в разі звернення кількох екземплярів програми до однієї порції даних та підвищити оперативність їх обробки. Це забезпечує можливість поточного планування додаткових експериментальних спостережень щойно виявлених швидкоплинних процесів. Удосконалено модель функціонування інфокомунікаційної мережі з використанням темпорального критерію диспетчеризації запитів на обслуговування, яка відрізняється від відомих використанням зваженої суми часткових середніх взаємних інформацій між конкретним запитом і простором можливих відкликів, що дозволяє здійснювати оперативну обробку найбільш актуальних запитів користувачів.

Розроблено шаблони паралельного проектування для паралельних обчислень на відеоадаптерах з використанням технології NVidia CUDA. Проведено аналітичний огляд існуючих технологій розробки паралельних застосувань з використанням можливостей відеоадаптерів і наявного інструментарію для розробки та проектування застосувань. Увагу зосереджено на створенні формалізованого методу проектування застосувань для відеоадаптерів на основі САА-М схем з використанням шаблонів паралельного програмування з метою спрощення процесу проектування та реалізації гнучких настроюваних програмних структур. Відповідно до сформованої мети запропоновано ряд шаблонів, адаптованих до технології GPGPU. Реалізовано концепцію універсального вказівника для роботи з динамічно розподіленою пам'яттю. Запропоновано підхід на основі шаблону "Стратегія" для узагальнення методів синхронізації. Встановлено зв'язок між схемами алгоритмів у нотації САА-М і шаблонами програмування через використання шаблону "Команда". Розглянуто побудову методу для виконання асинхронних обчислень з використанням абстракції над обчислювальними ресурсами за рахунок застосування шаблону "Активний об'єкт", а також більш складний варіант у вигляді сервера на базі шаблону "Реактор", що дозволяє планувати та виконувати асинхронну обробку даних з використанням методу демультиплексації повідомлень.

Мета дослідження підвищення ефективності та точності визначення характеристик фізичних полів на локальних системах відбивачів, що знаходяться під впливом стаціонарних гармонічних антиплоских або плоских навантажень, якщо ці процеси моделюються сингулярними інтегральними рівняннями (СІР). Здійснено безпосереднє числове розв'язання нових дифракційних задач, коли гармонічні впливи здійснюються на локальні системи відбивачів довільного поперечного перетину та довільної кількості (для яких в інтерпретації теорії пружності отримуються нові залежності), а також дослідження обумовленості та стійкості використаних математичних моделей та властивостей локальних і кластерних схем обчислень. Наведено висновки про використання моделей на практиці. Визначено, що принциповою перевагою одержаних результатів є використання збільшеної порівняльної інформації про об’єкт дослідження, сучасних високопродуктивних комп’ютерів (кластерів), спеціалізованого програмного забезпечення та сучасних методів обчислювальної математики.

Узагальнено алгоритми обробки й аналізу даних, побудовано моделі паралельних обчислень з інтенсивним введенням - виведенням для різних стратегій розміщення даних у системі. Досліджено поведінку моделей паралельних обчислень з інтенсивним введенням - виведенням і оцінено теоретичну продуктивність залежно від параметрів задачі, обчислювальної підсистеми та підсистеми збереження даних. Проведено експериментальне дослідження продуктивності реальних паралельних програм залежно від параметрів задачі, обчислювальної підсистеми та підсистеми збереження даних, оцінено адекватність і точність побудованих моделей. Розроблено методи оптимізації паралельних обчислень з інтенсивним введенням - виведенням, перевірено їх ефективність на прикладах розв'язування реальних задач обробки даних великого об'єму. Вивчено проблему мінімізації середнього ризику в задачах статистичного аналізу даних і DM за емпіричними даними, записаними протягом тривалого часу, оцінено вплив дрейфу закономірності на ризик. Створено модель навчання з перенавчанням у міру надходження нових даних і досліджено її властивості. Запропоновано методи Macro Mining для пошуку закономірностей в інформаційних сховищах і розподілених структурованих великих наборах великої розмірності, де об'єм даних перешкоджає реалізації з'єднання.

Розглянуто паралельні методи (ПМ) множення матриці на вектор та матричного множення під час розділення даних за стрічками та стовпцями, а також за умови блочного розділення даних. Увагу приділено ПМ розв'язування систем лінійних та диференціальних рівнянь в частинних похідних, зокрема, послідовним методам розв'язування задачі Діріхле, організації паралельних обчислень для систем зі спільною та розподіленою пам'яттю.

Проведено математичне моделювання паралельно-ієрархічного перетворення для багатоетапного сприйняття, кодування, передачі й обробки інформації в інформаційних структурах із застосуванням нейроподібної схеми обробки інформації. Розроблено математичні моделі паралельно-ієрархічного перетворення, методи, алгоритми та програмне забезпечення для реалізації кодування та декодування інформації й її обробки. Виявлено, що нові моделі мають значною мірою метафоричну подібність з "природними" комп'ютерами, проте пропонують новий більш витончений підхід щодо машинних обчислень, на базі якого можна створити нові мікропроцесорні системи та комп'ютери нової архітектури. З'ясовано, що прототипом досліджуваного підходу є принципи колективних обчислень у нейроподібних схемах колективного прийняття рішень, які потребують колективної взаємодії великої кількості простих рішень, у результаті якої приймається складне рішення шляхом комбінування даних протягом деякого проміжку часу.

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.

Досліджено питання щодо стану паралельних обчислень, які є складовими методу групового врахування аргументів (МГУА). Здійснено ефективне вирішення проблеми розпаралелювання комбінаторного алгоритму МГУА. Зазначено щодо важливості факту, що поняття ефективності визначається як поєднання ефективності алгоритмічного розпаралелювання та вартісної ефективності паралельних обчислень, що досягається за умов роботи з деякими класами паралельних комп'ютерів. Розроблено універсальне паралельне ядро комбінаторного алгоритму, придатне для використання з різними класами сучасних багатопроцесорних обчислювальних систем. Створено діючий макет програмно-апаратного комплексу на базі комбінаторного алгоритму МГУА та FNN-мережі для математичного моделювання багатопараметричних процесів і показано його роботу шляхом розв'язання практичних задач.

Побудовано алгебро-динамічні моделі структури програм і виконання програм для мультипоточної та відеографічної платформ. На підставі побудованих моделей описано перетворення програм з метою переходу від послідовної до паралельної програми, а також підвищення ефективності паралельних програм за часом виконання. Описано використання побудованих моделей для доведення коректності перетворень. За цього використовуються властивості програм: еквівалентність, безконфліктність, безтупиковість та достатні умови, що забезпечують виконання цих властивостей для певних класів програм. Створено програмний інструментарій на базі техніки переписувальних правил, який може бути використано для автоматизації застосування перетворень, побудови високорівневих моделей програм за початковим текстом програми, перевірки властивостей програм. Розроблені моделі та засоби апробовано на конкретних обчислювальних задачах, за цього досягнуто суттєвого підвищення продуктивності.

Розглянуто питання застосування паралельних обчислювальних процесів для розв'язання задач верифікації програмного забезпечення на основі PN-моделей, акцентовано на автоматичній побудові моделей в термінах мереж Петрі. Описано методи та засоби моделювання та розпізнавання інформативних ділянок в автоматизованих системах іридодіагностики з використанням паралелизму, наведено основні вимоги до комп'ютерних програм та робочих станцій, а також обладнання типового АРМ іридолога. Охарактеризовано моделі та засоби комп'ютерної діагностики енергетичних процесів в організмі людини, подано детальну інформацію про біорезонансну діагностику та терапію, а також розробку вимог для їх програмного забезпечення.

Наведено алгоритми комп'ютерного дослідження та розв'язання математичних задач з наближеними вихідними даними, які виникають у разі математичного моделювання процесів, явищ, систем у різних предметних областях, де розв'язання задач лінійної алгебри (систем лінійних алгебричних рівнянь, задачі зважених найменших квадратів) є проміжним або завершальним етапом. Одержано нові результати в теорії збурення для задач зваженої псевдоінверсії та зваженого псевдорозв'язку, розроблено комп'ютерні методи математичного моделювання на базі задачі зважених найменших квадратів з наближеними вихідними даними. Одержано оцінки спадкової похибки зваженої псевдооберненої матриці та зваженого нормального псевдорозв'язку для матриць довільного вигляду та рангу. Розроблено, досліджено та реалізовано паралельний алгоритм знаходження зваженого нормального псевдорозв'язку для комп'ютерів МІМD-архітектури.

Запропоновано новий підхід до автоматизованого перетворення схем алгоритмів на підставі їх представлення у вигляді систем алгоритмічних алгебр-схем (САА-М). Розроблено прототип автоматизованого генератора програмного коду для забезпечення автоматизованого синтезу асоційованих з алгоритмами програм на базі їх представлення у вигляді САА-М-схем. Новою особливістю даного прототипу є можливість параметричної генерації коду відповідно до різних підходів паралельного програмування та апаратно-програмних платформ. Вперше інтегровано методику формалізованого проектування на основі САА-М-схем алгоритмів з методикою алгоритмічного проектування, яка базується на застосуванні UML-діаграм. Вперше запропоновано й експериментально обгрунтовано методику редукції САА-М-схем алгоритмів до кольорових мереж Петрі для моделювання роботи алгоритмів і забезпечення можливості оцінювання їх часових характеристик без прив'язки до апаратно-програмної платформи. Реалізовано новий метод створення сценаріїв для управління процесом виконання програм, що дозволяє здійснити вибір найкращого алгоритму за заданими критеріями.

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.

За результатами теоретичних і експериментальних досліджень запропоновано нові способи організації процесів обміну інформацією у паралельному моделювальному середовищі. Розв'язано задачу мінімізації часу виконання віртуальних Message Passing Interface (MPI) програм, що реалізують моделі складних динамічних систем (СДС). Це дозволяє підвищити ефективність всіх етапів розробки та використання паралельних моделей СДС, розширити сферу застосування паралельних обчислювальних ресурсів. Запропоновано класифікацію видів обмінів інформацією у паралельному моделювальному середовищі та схему функціонування середовища, яка враховує організацію процесів обміну, етапи побудови паралельних моделей динамічних систем і передбачає визначення параметрів ефективності обміну за даними тестування паралельних ресурсів моделювання. Розроблено уніфікований підхід до представлення топологій динамічних систем - технологічних схем, структур систем автоматизації та мережевних об'єктів, за яких можливе представлення такого виду об'єктів топологією будь-якого з них. Створено методику тестування та систему тестів MPI-бібліотеки для одержання вихідних даних для розрахунку критерію оптимальних програм, що реалізують паралельні моделі. Виведено формули оцінки критерію. Реалізовано дослідний зразок паралельного моделювального середовища з теледоступом до його ресурсів. Наведено способи тестування комунікаційних бібліотек обчислювальних ресурсів паралельного моделювального середовища (ПМС). Розроблено метод оптимізації паралельних моделей і систему тестів як програмні продукти, які можуть використовуватися у різних предметних сферах. Реалізацію алгоритмів і

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.

Розглянуто теорію паралельних обчислювальних систем реального часу шляхом розробки нових ефективних методів і засобів прискорення обчислювальних процесів з явним і неявним паралелізмом, підвищення надійності та забезпечення простоти адаптації до різних умов застосування. Запропоновано концепцію побудови типового ряду обчислювальних систем на однотипних процесорних модулях, які містять розподілені апаратні засоби взаємодії, контролю й автоматичного оновлення у випадку відмови апаратури, що дозволяє вибором необхідного числа модулів забезпечити задану швидкість обробки даних у режимі реального часу. Розроблено нові методи організації обміну даними в паралельних системах з неоднорідним доступом до пам'яті, які дозволяють підвищити продуктивність системи за рахунок зменшення витрат часу на ініціалізацію та синхронізацію процесів обміну даними. Запропоновано методи автоматичного динамічного розпаралелювання обчислень на рівні команд, програмних модулів і програм у системах з різною архітектурою з метою підвищення реакції систем керування на зовнішні події та розширення їх застосування.

Створено нові методи розв'язання задач булевого програмування та теорії графів, що дозволяють вирішити проблему підвищення оперативності та точності розв'язку задач оптимального планування керування телекомунікаційними системами та мережами. Зазначено про відсутність ефективних алгоритмів розв'язання задач булевого програмування та великого класу задач теорії графів, що відносяться до класу NP-повних задач, з високою оперативністю та точністю у системах керування, що працюють у реальному часі. З метою підвищення оперативності розв'язання задач керування телекомунікаційними системами та мережами запропоновано паралельні обчислювальні структури (ПОС) циклічного типу для розв'язання задач булевого програмування. Відзначено, що використання ПОС циклічного типу дозволяє розв'язати протиріччя, що виникає у разі розпаралелювання процесу розв'язання даних задач на багатопроцесорних системах. Зазначено, що протиріччя обумовлене тим, що ці задачі відносяться до класу сильно зв'язаних задач, під час розв'язання яких збільшення кількості процесорних елементів у обчислювальній системі не завжди дозволяє збільшити продуктивність системи, а може навіть її знизити.

Розглянуто методи побудови систем паралельної обробки інформації. Визначено основні поняття, властивості та структурну організацію подібних систем, їх проблемні області, проведено порівняльний аналіз найбільш ефективних практичних методів їх розв'язання. Розроблено загальну методику проектування паралельних програм. Значну увагу приділено формалізації розпаралелювання обчислень, розглянуто відповідні алгоритми та їх властивості. Описано програмну систему, що реалізує побудовану математичну модель.

Удосконалено методи синтезу та реалізації швидких лінійних перетворень (ШЛП) на базі паралельних обчислювальних структур. Обгрунтовано обчислювальні структури реалізації ШЛП, частковими випадками яких є швидкі дискретні перетворення Фур'є, Хартлі, Хаара, Уолша - Адамара, Віленкіна - Крестенсона, косинусне та синусне дійсної послідовності. Синтезовано потокові процесори обчислення одно- та двовимірних ШЛП, орієнтовані на реалізацію на базі програмованих логічних інтегральних схем. Наведено результати моделювання синтезованих процесорів з використанням мови опису апаратних засобів VHDL. Розроблено швидкі нейронні мережі синтезу ШЛП. На задачах синтезу 32-точкових ШЛП досягнуто чотириразового скорочення часу навчання у порівнянні з одношаровою лінійною нейромережею. Розроблено систему обчислення ШЛП у складі потокового процесора та нейронної мережі синтезу перетворень. У даній системі використано практично значимі ШЛП та апаратно реалізовано нові типи перетворень шляхом запису відповідного набору коефіцієнтів до запам'ятовуючого пристрою процесора.

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.