Введение к работе
Вычислительная техника оказывает громадное влияние на ровень развития отраслей науки и техники. 'Одним из направле-' ий такого воздействия является использование средств вычисли-ельной техники в освоение и внедрение в практику прикладных азделов современной математики и прежде всего'численных, й-ма-инных методов решения интегральных уравнений.. Аппарат интег-альных уравнений прочна вошел в физику и геофизику, механику материаловедение,в астрономию и теорию управления, иконику и-омографию, в биологию и .экономику- производства. При этом сновную трудоемкость 'составляют 'задачи иконики и томографии, риводящие к интегральным уравнениям Фредгольма 1 рода.. - %
. Огромная вычислительная сложность традиционных численных
етодов"в сочетании.с низкой скоростью обработки данных 'ЭВМ
оследних моделей делает их неприменимыми во многих, приложе-
иях, где требуется обработка больших объемов быстро поступаю-
ей информации в реальном масштабе времени,-, при решении задачи
ифровог'о' восстановления изображений. .
Одни» из путей" удовлетворения этих потребностей является азумный.выбор спектральных методов, основанных на аппроксима-ии искомого решения отрезком ряда Фурье^ по ортогональным и. ладким функциям, с одновременньш выбором метода, регуляризации ешения. Сравнение спектральных и разностных методов решения с четом регуляризации показывает, что спектральные методы за чет экспоненциальной скорости сходимости рядов-Фурье.П03Б0ЛЯ-т полунить 'решение с большей точностью, а следовательно с еньшим временем и стоимостью решения. Использование регуляри--ации цало возможность эффективного решения интегральных урав-ений первого рода,- относящихся -к некорректным уравнениям, ругим направлением, в улучшении технико-экономических характе-истик решаемого класса задач; может быть сделан путем разра-откй и. применения специализированной многопроцессорнрй ЭВМ. риентированной на решение интегральных уравнений спектральны1 и методами в реальном масштабе, времени. '
В диссертации проведено исследование и разработаны: парал-ельные алгоритмы -основных.математических операции спектраль-ых методов,, позволяющие минимизировать время решения приклад-
ных'задач,', за счет максимального их распараллеливания; стр
тура специализированной многопроцессорной вычислитель;
системи, ориентированной на выполнение предложенных паралле, .ных алгоритмов, с.эффективной производительностью в диапаз' ,'15-30 млрд. , оп./с, превосходящей в 1.5-8 раза существующие
настоящее время высокопроизводительные вычислительные сист
по интегральному показателю эффективности ,-.- производите.
ность/(потребляемая мощность*обьем оборудования);' система ;
томатиз'ированного программирования для специализированной мі . гопроцессорной вычислительной системы.,
/Данная работа . является 'частью исследований, проводи
Таганрогским радиотехническим университетом в области создаї -многопроцессорных вычислительных ' систем с программируеі \ архитектурой. Тема. Диссертации связана с хоздоговорными раї
тами ТРТУ. проводимыми по заказам промышленных предприятий
госбюджетными работами.
ЦЕЛЬЮ ДИССЕРТАЦИИ является разработка структуры, алгор!
мического обеспечения специализированной многопроцессорной і
числительной системы, ориентированной на решение сложных ин'
тральных уравнений спектральными методами',, предназначенной ,
построения вычислительных комплексов сверхвысокой произво,
тельности, а также разработка системы автоматизированной кі
пвновки программ рля специализированной многопроцессорной і
числительной системы. - .
Достижение этой цели'требует решений следующих задач т< ретичесКого и прикладного характера:
- определение базового набора крупных математических оі
".раций, спектральных, методов и разработка параллельных алгорі
мов вычисления этих операций;
разработка общей модели многопроцессорной .вычислите, ной системы, ориентированной на. эффективную, реализацию пар; .лельных-алгоритмов спектральных методов:
разработка структуры специализированной системы и составляющих частей, устройства коммутации, обработки даній
, - разработка общей концепции создания системы автомата;
.рованной компоноеки программ для специализированной бычис;
тельной системы; .. - '
- разработка модулей библиотеки транслятора системы авг матизированной компоновки программ;
- экспериментальная проверка Предложенных алгоритмов мо-
елированием на универсальной ЭВМ:
МЕТОДО ИССЛЕДОВАНИЯ. Теоретические и экспериментальные сследования базируются на использовании теории вычислительных . истем, аппарате комбинаторики, методах вычислительной матема-ики, методах распагаллеливания алгоритмов, структурном' и сбо-очном программировании и алгоритмических языках.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. ' В диссертации.разработаны и вынесены на ащиту следующие основные положения:
-- параллельные алгоритмы основных математических опера-
ий (двойного комплексного быстрого преобразования Фурье,
атричного комплексного поэлементного умножения, модуля комп-
ексных чисел, комплексного поэлементного деления и нахождения
братной матрицы); . . ч
структура многопроцессорной вычислительной системы, риентированной на эффективную параллельную реализацию алго-итмов спектральных методов:
структура системы-коммутации с параллельной яастройкой акалов обмена и совмещением процесса настройки с передачей нформации;
структура блока обработки данных процессора с паралельним-.выполнением различных арифметических операций через оммутаторы;
методика проектирования систем автоматизированной ком-оновки программ для специализированных вычислительных систем;
структура взаимодействия " модулей транслятора системы .втоматизированной коьтоновки программ. ' .'
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ. Полу-енные в. диссертации результаты внедрены в работах НИИ МВС Таганрог) по разработке программируемого преобразователя сиг-алов (отчет-по НИР '(промежуточный и заключительный) N ГР '1.90.0007251, ИНВ" N0290.0048503.) и систем научных'исследова-:ий.-Кроме .того, полученные алгоритмы-составили-основу разра-'Отанного для' РО СКЖД .(Ростов) прикладного программного беспечения для, цифрового восстановления изображений в автома-изйрОванной системе контроля состояния рельсового полотна же-:езных-дорог при электро и ультразвуковом "зондировании. Сум-іарнкй ожидаемый экономический эффект от внедрения результатов
работы работы составляет 108702 рубля -на 5.02.1933 г., ' чт подтверждено соответствующим актом о внедрении.
На основе базового набора математических'операций разрз ботане. библиотека алгоритмов решения ИУ Фредгольма 1 рода позволяющая упростить программирование, задач и библиотека'" мс дулей транслятора автоматизированной системы программировани для многопроцессорных вычислительных систем и осуществлена V. реализация на языке Фортран-77 IBM PC/AT., что дало всзмок ность. ла'коничного написания программ восстановления, изображе ний на языке высокого-уровня с возможностью мультипрограммног режима.' .' -
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты диссертации докладывались обсуждались на международной научно7технической .конференцк "Актуальные проблемы фундаментальных наук" (Москва,1991г.), к 6-й республиканской научно-технической конференции мол. учеь: и спец. "Электронизация и компьютеризация сельского хозяйств? (Рязань.1992г.). на областных научно-технических конференция? посвященных Дню Радио (Ростов-на-Дону,1990,1992,1993г.), ь 38-й научно-технической конференции профессорско-преподавг тельского ТРТУ (Таганрог. 1993г.), на .региональной конференцій молод, учен, и специалистов Сев. Кавказа (Таганрог, 1993 г.) на Всероссийской научно-технической' конференции, посвящение Ю.А.Гагарину (Москва,1994г.).
ПУБЛИКАЦИИ. По материалам, диссертации опубликовано 15 пе чатных .работ, из' которых 5 опубликованы автором самостоятель но. Кроме того, результаты исследований отражены в отчете г х/д , зарегистрированном в ВНТИЦ.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Работа состоит из введения,.че тырех глав, списка литературы, содержащего 120 наименований. приложения.. Работа изложена на 220 страницах: 165 машинописи страницах основного текста, 52 страницах приложения, U стрг ' ницах списка литературы. . '