Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕШ. Расширение круга задач, решаемых сегодня с применением вычислительной техники, постоянное увеличение их вычислительной сложности приводит к необходимости разработки мощных систем, обеспечивающих обработку больших об'емов информации с высокой скоростью. Так, системы математического моделирования и эксперимента должны строиться на ЭВМ, обеспечивающих эквивалентное быстродействие порядка 108 - Ю12 операций в секунду, системы сбора я обработки сейсмической информации - 107 - 1010 операций, в секунду и т.д. Ряд задач, таких, например, как моделирование обтекания поверхности потоком жидкости или газа настолько трудоемки с точки зрения вычислительной емкости, что стоимость машинного моделирования зачастую превышает стоимость натурного моделирования. Все это стимулирует развитие новых быстродействующих вычислительных средств, которые бы обеспечили эффективную работу систем обработки информации на их основ--.
На сегодняшний день наиболее перспективными с. этой точки зрения являются многопроцессорные вычислительные системы (МВС) с потоковой организацией вычислений. Они позволяют достичь требуемого быстродействия за счет распараллеливания процесса вычислений и синхронизации потоком данных. Однако, для таких систем серьезной проблемой становится увеличение разрядности обрабатываемой информации. Если г задаче требуется увеличить разрядность обрабатываемых величин для достижения необходимой устойчивости, сходимости и т.п., либо уменьшить ее для ускорения расчетов, не требующих высокой точности, эффективность системы резко падает. Использование в качестве процессоров МВС модулей с разрядностью меньше, чем у данных, приводит к значительному усложнению управления в системе, увеличению времени решения и трудностям с синхронизацией процесса вычислений. Применение же модулей с большой разрядностью приводит к резкому росту об'ема оборудования и снижению коэффициента загрузки системы. Уже при разрядности 64 - 128 бит, характерной для задач геологоразведки, моделирования, расчета слабоустойчивых систем, практическая реализация МВС содержащей порядка 100 процессоров, (10x10) становится весьма сложной.
Одним из возможных выходов б данной ситуации является разрабст-
ка многопроцессорных систем, способных поддерживать работу с г>ьзлі,ч-ной . разрядной сеткой за счет соответствующего об'единения процессе ров решающего поля;
Бее это делает актуальной задачу разработки алгоритмов выполнения вычислительных операций и способов организации вычислительного процесса, позволяющих проектировать системы с изменяемой разрядностью, обеспечивающие потоковую обработку данных.
Данная тема разрабатывалась в процессе выполнения ряда хоздоговорных и госбюджетных НИР в НПО "МАРС", НИИ МВС и Таганрогском радиотехническом университете по заказам предприятий и организаций радиоэлектронной промышленности, РАН, МО, и тесно связана с основными планами в данной отрасли наук и производства.
ОКЬЕКГ ИССЛЕДОВАНИЯ. Объектом исследования являются алпарат-но-алгоритмические средства, эффектизно работающие в условиях изменения требований к разрядности обрабатываемых данных.
ЦЕЛЬ И ЗАДМИ РАБОТЫ. Целью диссертационной работы является разработка и исследование алгоритмов обработки данных ивменяемои разрядности и методов организации вычислительного процесса, направленных на построение потоковых вычислительных систем с изменяемой разрядностью. Подобные системы ориентированы на решение задач гидродинамики, моделирования, обработки изображений и т.п., для которых эффективность вычислений зависит от возможностей настройки разрядности аппаратуры в процессе решения.
Достижение поставленной цели требует решения следующих задач теоретического ц прикладного характера:
анализ особенностей решения задач, критичных к точности обрабатываемых данных и обоснование целесообразности вычислений с.изме- няемой разрядностью; . .. . ,
исследование и выбор^методов и аппаратных средств, обеспечивающих такую обработку; .,' ' ., .
разработку алгоритмов и оценку их эффективности;
анализ особенностей функционирования и разработку архитектур-, ных решений для МВС, основанной на предложенных методах;
разработку методов организации вычислений для МВС при измене- нии разрядности.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. При решении поставленных задач исполъзова-
лисі, теория построения вычислительных [ систем, арифметические основы
дискретной техники, теории' организации вычислительного процесса,
языков программирования, методы вычислительной математики и имитаци
онного моделирования. -
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НЛ ЗАШИТІ1. В диссертации разработаны и вынесены на. защиту следующие основныеположения:
- особенности.. работы в системе кодирования с опережающим пере
носом;. ' ..' ' '.''.
V алгоритмы выполнения основных операций в коде с опережающим переносом;"
операционные блоки для аппаратной реализации предложенных алгоритмов на базе стандартных двоичных устройств;
элементы архитектуры МВС, ориентированной на построение систем обработки информации, обеспечивающих потоковую обработку данных с изменяемой разрядностью;
'- организация памяти системы;
- принципы организации вычислительного процесса в системе.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Научная новизна работы состоит в разработке комплекса алгоритмов и структурных решений для проектирования потоковых систем с изменяемой разрядностью.