Введение к работе
Актуальность. Sa шг-ледняв года существенно возросло чис-го проблей,связанных с моделированиец крупномасштабных задач їли проведением численного эксперимента в фундаменталышх и ірикладішх исследование, требующих для их удовлетворительного ієшения более совершенна вычислительных средств с производи-ельностью, измеряемой сотнями миллионов и миллиардами операция і секунду. Постоянное развитие интегральной технологии способ-твовало появлению вычислительных систем принципиально новой рхитектурн с распределением функции, нагрузок, организацией араллельной обработки информации, а также обладающих улучшенными характеристиками, такими как надежность, кивучесть и др. ткрылись перспективы для развития новых методов параллельных ычислекий с учетом особенностей функционирования как зксшг/а-ируемых, так и разрабатываемых вычислительных средств. Появил-н ряд направлений, отражающих современные тенденции увеличен ия производительности вычислительных средств, организация ко-орых осуществляется на базе модели большого числа параллельно вботаодих процессорных элементов. Стало очевидным, что архи-эктурные решения современных вычислительных систем и тех, ко-зрые появятся в ближайшее время, будут определяться в первую зередь уровнем развития интегральной технологии. При этом наи-эдее весомый вклад в достижение высокой скорости вычислений їеспечивает адекватность архитектуры вычислительной системы ісленшш методам решения класса задач, на который она расечи-зна.
На основе опыта развития вычислительной техники и анали-
і существующих и разрабатываемых вычислительных систем иокно
делать вывод, что пагещиалышз возможности относительно уве-
гчения производительности вычислений состоят в совместном ИС-»
юдоввнша алгоритмов ввычислительных систем на уровне разря-
ш обрабатываемой информации с целью болега полного использо-
іЯ возможностей.создаваемых и существующих больших и сверх-
ільшх тггегрэлышх схем. '
В связи-с этим, целью настоящей работы является разработка исследование таблично-разрядных методов вычислений, обеспачи-юцйх ряспраллеливание вычислительных процессов на уровне Си-
парных переменных и на их базе создание методов синтеза сверхбыстродействующих вычислительных структур, обеспечивающих обработку информация за время переходного процесса в схеме и микропроцессорных систем, ориентированных на современные интегральные технологии,
В соответствии с поставленной целью исследования проводились в следующих направлениях:
-разработка методов таблично-разрядной интерпретации математических моделей и создание способов формирования аналитических зависимостей и вычислительных процессов на уровне разрядов представления информации!
-разработка таблично-разрядных методов вычислений, использующих ограниченное число простых операций, например алгебраического сложения и сдвига;
-на базе существующих и перспективних СБИС создание методики синтеза сверхбыстродействующих процессоров, представлдащх собой объединение запоминающего блока и параллельного однородного вычислителя}
-разработка методики построения функционально ориентированных микропроцессорных вычислительных систем на основе предложенных высокопроизводительных процессоров;
-создание способов оценки показателей качества функционирования разрабатываемых вычислительных устройств и систем.
Методы исследования. В работе использованы методы линейной алгебры, математический аппарат Т-преобразований, методы диагностики, основные положения теории моделирования, теории графов, а такке логические и схемотехнические методы анализа и синтеза вычислительных структур. Исследование правильности теоретических положений разработанных методов проводилось иммитационным моделированием и результатами зксперементальных исследований.
Научная новизна работа заключается в следующем.
Проведенные теоретические в прикладные исследования организации высокопроизводительных таблично-разрядных вычислительных структур и микропроцессорных вычислительных систем на их основе позволили получить следующие новые научные результатні
I. Разработаны, ориентированные на аппаратную реализацию, таблично-разрядные методы вычислений (Позволяющие распараллелить
вычислительный процесс широкого класса иатеиатических моделей и трансцендентных функциональных зависимостей на уровне разрядов представленил информации, показана возможность организации параллельных вычислений в виде однотипных разрядных рєкурентнні процедур.
2.Предложены мртоды синтеза сверхбыстродействующих таблично-разрядных многофункциональных вычислительных CTpyKTypt включающих однородный поряллелмшй матричный процессор, блок паиягя хранения опорных точпк и промежуточных коэффициентов, которые обеспечивают организацию одновременного прохождения и обработки потока данных за вррмл переходного процесса и ориентированных на современную интегрллькую технологию в виде СБИС.
З.На основе предложенных таблично-разрядных вычислительных структур разработана методология синтеза высокопроизводительных структурно-интеотретировакних микропроцессорных систем позволяющих благодаря организации воспроизведения фрагментов математических модрррй п процессе выполнения команд обмена существенно увеличить производительность вычислений.
4. Получены аналитические зависимости, позволяющие оценить зффекгивкэсть р..зра1отаных таблично-разрядных вычислителей я зтруктурно-интерпретярованных микропроцессорных систем.
Прякти'-оскня ценность работы заключается в разработке
інтенерной методики синтеза таблично-разрядных процессоров я
.груктурно-интерпретировакнчх микропроцессорных систем, на бвзв
соторой получено!
Г.Шрокий набор структур таблично-разрядных процессоров, Срабатывающих информации* за время прохождения сигнала между годными я выходными шин я ми.
2.Структуры многофункциональных параллельных процессоров, юзволяющих за время переходного процесса воспроизводить звдан-іую математическую зависимость, что определяется по условию настройки вычислителя.
З.Нв основе предложенных процессоров, ряд архитектурных ешекий микропроцессорных вычислительных систем повышенной ян-ормацяонной производительности я ориентированных на рвяюнив адач линейной алгебры, обработки сигналов и др.
Работоспособность предложенных структур проворена имигаци-
оішіш ыоделировакиец и результатами эксперементалышх исследований макетного образца структурно-интерпретированной микропро* ' цессорной вычислительной системы. Новизна технических решений подтверждается авторскими свидетельствами.
Реализация и внедрение рпзультятов. Полученные результаті были использованы при разработке и создании макетного образца микропроцессорной вычислительной системы, структурно ориетиро-вшшой на обработку сигналов, который внедрен. Основные результаты работы таете используются при курсовом и дипломном проектировании в учебном процессе Киевского института инженеров гражданской авиации (КИЙГА). Кроме того, результати исследований используются в госбюджетной и хоздоговорной научно-исследовательской работе, проводимой на кафедре КИИГА.
А іробация работы Основные положения диссертационной работ догаадиваліюь к обсуждались на Всесоюзной научно-технической конференции "Математическое моделирование в энергетике" (г.Киев 1990;, на четвертой научно-технической конференции "Проблемы нелинейной электротехники" (г.Киев 1992), на научной конференции "Методы и средства прикладного моделирования" (Киев 1993), а также на научных семинарах ЙПМЭ АН Украины, на заседаниях кафедры Киевского института инженеров гражданской авиации.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе два авторских свидетельства На изобретение.
Ап.ем и структура диссертации. Диссертационная работа ссдершг введение, четыре главы и заключение, изложенная на страницах машинописного текста, 26 рисунков, 5 таблиц, спи-' сок литературы содержит 127 наименований.