Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время все известные системы автоматизированного проектирования (САПР) построены на принципе заранее придуманной проектировщиком аппаратно-программной реализациии некоторого алгоритма на специальном формальном языке (например, на языках Си, Verilog или VHDL).
В работе рассматривается возможность построения САПР, основанной на совершенно ином принципе. Алгоритм, заданный обычной программой, автоматически преобразуется в специальную визуальную форму, удобную для проектировщика, на которой он выделяет области для аппаратного и программного (на специальных процессорах) исполнения. САПР автоматически проверяет правильность (реализуемость) такого разбиения и строит схему синхронизации процессов, протекающих в аппаратной и программной частях, буферную память и систему управления.
Такая автоматизированная технология проектирования, названная в работе «от программы к аппаратно-программной реализации», даёт возможность, по сравнению с существующими САПР, вовлечь в поле проектирования огромный запас уже созданных программ на алгоритмических языках.
Цель работы состоит в построении математических моделей, которые могут использоваться для описания этапов проектирования аппаратно-программных реализаций (АПР), и в оценке возможностей их автоматической поддержки системами автоматизации проектирования.
Научная новизна заключается в том, что в диссертации построены и исследованы формальные модели и методы анализа программ, которые могут использоваться для решения задачи проектирования их аппаратно-программной реализации. В работе решаются две основные задачи: 1) задача выделения из программы информационной структуры алгоритма, 2) задача разбиения информационной структуры на фрагменты, которые могут выполняться аппаратно и программно на специализированных или универсальных процессорах.
Для решения этих задач использованы следующие формальные модели: 1) логическая структура алгоритма (ЛСА), которую задаёт исходная программа, 2) информациионная структура алгоритма (ИСА), которая вычисляет функции в исходной программе, 3) визуальные формы ИСА, удобных для анализа: ярусно-параллельные формы (ЯПФ), многопроцессорные и конвейерные разложения ИСА, 4) модель синхронизации процессов в аппаратной и программной частях, буферной памяти, 5) модель информационной структуры управления процессами (ИСR).
Доказаны утверждения (леммы) о свойствах этих моделей, которые позволяют строить автоматические процедуры анализа, преобразований и конструирования аппаратно-программной реализации алгоритма, описанного исходной программой. Объединение лемм представляет собой конструктивно доказанную теорему, устанавливающую функциональную эквивалентность исходной программы и построенной аппаратно-программной реализации (АПР).
Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая ценность работы заключается в сформулированной и конструктивно доказанной теореме о построении аппаратно-программного представления алгоритма, заданного исходной программой, и разбиениях, заданных проектировщиком. Исследованы правила разбиения ИСА, которые разделяют алгоритм для вычисления на аппаратно-программной системе. Практическая ценность работы заключается в том, что исследованы этапы процедуры преобразования алгоритма в аппаратное и программное обеспечение. Даны оценки возможности автоматической поддержки процедур и организации САПР для массового проектирования АПР для алгоритмов, записанных на языках процедурного программирования.
Апробация работы. Результаты диссертации докладывались на следующих научных конференциях и семинарах: XLVII и XLVIII научные конференции Московского физико-технического института (2004, 2005); 10-я Байкальская Всероссийская конференция с международным участием «Информационные и математические технологии в науке, технике и образовании» (2005); 12-я Всероссийская межвузовская конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и Информатика - 2005»; X Международная научно-техническая конференция и молодёжная школа-семинар «Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники», ПЭМ-2006 (2006); 4-я международная научно-техническая конференция «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» (2006); 9-я международная конференция «Методы проектирования и использования систем САПР в микроэлектронике CADSM-2007»; научные семинары кафедры информатики Московского физико-технического института (2003-2007 гг.).
Результаты работы были использованы в проекте РФФИ № 05-07-90406 «Экспертная система для информационной поддержки проектирования энергосберегающих вычислительных архитектур».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе одна - из списка изданий, рекомендованных ВАК РФ [11].
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 98 страницах, состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованных источников, насчитывающего 40 наименований.
