Введение к работе
Актуальность темы. Современные высокопроизводительные ЭВМ - это компьютеры параллельного действия. Одним из перспективных направлений среди них являются VblW-npoueссоры (Very Long Instruction Word processors - т.е. процессоры с длинным командным словом). Особенность VLIW-машин - необычно длинное командное слово, разделенное на поля микроопераций, каждое из которых управляет одновременной работой определенного функционального устройства. Среди наиболее известных в настоящее время VLIW - ЭВМ, можно отметить: AP-I2QB, AP-I90L, FPS-164 (США), ЕС-2706, 2709 (Болгария); QA/I, QA/2 (Япония); Эльбрус - 3(Россия); Тгасе-7/100, 7/200, 14/200, 28/300 (США). Длина командного слова в этих машинах колеблется от 64 до Т024 бит.
Вместе с этим, важно подчеркнуть, что параллельное программирование все еще остается более трудным, чем создание последовательных программ. Поэтому, для адаптации под параллельные архитектуры накопленных программ, создаются новые методы распараллеливания, векторизаторы, библиотеки параллельных процедур, автоматические распараллеливатели, новые и расширения старых языков программирования. Но, несмотря на это, продолжает существовать большой разрыв между пиковой производительностью высокопроизводительных параллельных ЭВМ и производительностью на реальных задачах. Это связано, прежде всего, с несоответствием внутреннего параллелизма задачи параллелизму архитектуры и недостатками в организации параллельных вычислений.
В данной работе для повышения эффективности параллельного программирования на основе учета некоторых дополнительных свойств, связанных с проведением численных экспериментов и организацией параллельного счета, предлагается метод многофункционального совмещения вычислений. Многофункциональное совмещение предполагает, в общем случае, одновременное выполнение в рамках одного VLIW - процессора и единственной программы, нескольких процедур над несколькими- входными наборами данных. Эффективность этого метода связывается со следующими особенностями проведения численных экспериментов: многовариантности расчетов, использовании многомодульных комплексов программ, применении
взаимодополняющих и совместно используемых процедур, развитии идеи пакетной обработки и других.
Разработка многофункциональных процедур позволяет повышать эффективность вычислений и использования высокопроизводительных систем параллельного действия, благодаря:
- укрупнению программ и увеличению их внутреннего параллелизма,
что приводит к улучшенной загрузке функциональных устройств;
- использованию промежуточных результатов, полученных при
вычислении одних функций, для вычисления других;
применению оптимизирующих преобразований кода методами упаковки и сокращению числа выполнений общих операций;
уменьшению накладных расходов, связанных с работой операционной системы и переключениями с процесса на процесс. .
Для создания и использования многофункциональных процедур, а также для выполнения соответствующих оптимизационных преобразований необходимы специальные инструментальные программные средства. Среди этих средств, в первую очередь, можно выделить: библиотеки многофункциональных процедур, обладающие повышенной реализационной эффективностью, и автоматические объединители (интеграторы) программ, позволяющие в рамках новой параллельной программы создавать код, обслуживающий обработку нескольких наборов данных на базе одной и той же последовательной программы. При этом интеграция программ может выполняться как на уровне исходных текстов, т.о. до работы распараллеливающих компиляторов, так и на уровне текстов, полученных после распараллеливания.
Целью работы является исследование и реализация метода многофункционального совмещения при автоматизации параллельного программирования для VIIW - процессоров. Достижение цели предполагает:
- анализ существующих методов и средств оптимизации вычислений для
VLTfl-архитектур,
разработку библиотеки многофункциональных процедур и соответствующих параллельных алгоритмов,
создание экспериментальной системы интегрирования программ после распараллеливания.
Научная новизна. Предложен новый подход к созданию средств автоматизации параллельного программирования. Этот подход
базируется на преобразованиях, являющихся обратными - к трансформациям распараллеливателей. Подход направлен на увеличение внутреннего параллелизма программ за счет их "синтеза", а не за счет "расщепления". Научную новизну раскрывают следующие результаты:
- разработаны параллельные алгоритмы совмещенной реализации
тригонометрических и цилиндрических функций;
- реализована библиотека базовых многофункциональных процедур;
- создана экспериментальная система интегрирования идентичных
программ после распараллеливания.
Практическая ценность диссертационной работы состоит в разработке:
- библиотеки многофункциональных процедур для спецпроцессоров типа
ЕС-2706;
- экспериментальной системы интегрирования программ, после
распараллеливания, позволяющей автоматизировать трудоемкий процесс
разработки процедур с повышенной реализационной эффективностью и
функционирующей на ЭВМ типа IBM РС-АТ.
Результаты сравнения вычислений многофункциональных процедур, написанных на языке ассемблерного типа, и тех же процедур, но без совмещения, показали, что достигается ускорение вычислений в 1.2-2.7 раза, а по сравнению с процедурами, написанными на языке Фортран для EC-I066 - в 4.6- 9.2 раза.
Разработанная в диссертации библиотека многофункциональных процедур была применена при решении задач геофизики.
Предложенный и развиваемый в диссертации подход к интеграции программ, может быть использован при разработке качественно новых библиотек программ и в системах автоматизации параллельного программирования.
Публикации и апробация работы. По теме диссертации опубликовано 10 работ. Основные результаты докладывались на 10-ом Всесоюзном семинаре "Параллельное программирование и высокопроизводительные системы: метода представления знаний в информационных технологиях" (Уфа, 1990), Всесоюзной школе-семинаре по комплексам программ математической физики (Ростов - на - Дону, 1990), Международной конференции " Технологии параллельных вычислений "(Новосибирск, 1991), 24 Региональной математической школе-конференции
(Екатеринбург, 1993), Российской научно-технической конференции: "Интерактивные системы" (Ульяновск, 1993), на семинарах в ИТПМ СО РАН, ВЦ СО РАН И ИСИ СО РАН.
Структура и обьем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, приложений и списка литературы из 99 наименований, 3 рисунков и 13 таблиц. Общий обьем работы - 170 страниц. Приложения - 29 страниц.
