Введение к работе
'!"""""' '*"
Актуальность темы определяется резко возрастающими требованиями к быстродействию вычислительных средств, предназначенных для автоматизации инженерного труда. Дальнейшее повышение качества и расширение возможностей обслуживающих (графика, базы данных и др.) и проектирующих подсистем САПР коллективного пользования и рабочих станций индивидуального назначения возможно только при использовании процессоров с быстродействием десятки и сотни миллионов операций в секунду. В ряде случаев такое быстродействие необходимо принципиально, например, для построения трехмерных изображений в динамике, при многомерном моделировании элементов СБИС.
Очевидным способом повышения быстродействия ЭВМ является принцип параллельной обработки. Выпускаемые промышленностью RISC-микропроцессоры с программируемым параллелизмом обеспечивают требуемое быстродействие, удовлетворительную стоимость и габариты даже при реализации вычислительных средств в виде рабочих станций индивидуального пользования, т.е. по существу в виде персональных суперЭВМ (ПС ЭВМ).
Однако параллелизм операций в каждой прикладной задаче представлен в виде особых конструкций, называемых формами параллелизма (ФП). Для каждой ФП необходима соответствующая архитектура параллельного процессора. Если арихитектура процессора неадекватна ФП, то ускорения вычисления задачи не происходит. В связи с этим разработка методов автоматизированного выбора архитектур параллельных процессоров под класс решаемых задач является актуальной проблемой при проектировании ПС ЭВМ.
ШЛк И задачи работы. Целью работы является разработка метода автоматизированного проектирования персональных суперЭВМ и апробация этого метода в приложении к задаче многомерного моделирования элементов СБИС.
Для достижения поставленной цели должна быть решена следующая последовательность задач:
-
Определить и формализовать понятие персональной суперЭВМ, обосновать возможность и необходимость их создания.
-
Вибрать и обосновать состав, характер и уровень частных
моделей, описывающих элементы ПС ЭВМ (модель задачи, распараллеливателя и структуры параллельного процессора). В качестве параметров моделей должны использоваться реально измеряемые характеристики прикладных задач. На основе частных моделей построить интегральную модель системы для оцешси параметров ПС ЭВМ.
-
Разработать и обосновать метод оптимального выбора параметров структуры параллельного процессора, минимизирующего время решения прикладной задачи.
-
Исследовать эффективность метода автоматизированного проектирования ПС ЭВМ на задачах многомерного моделирования элементов СБИС.
5. Программно реализовать метод автоматизированного проектирования и получить экспериментальные результаты.
Методы исследования. В работе использованы методы теории параллельных вычислений и структур, методы теории программирования и теории графов. Для анализа многомерішх структур СБИС используются методы вычислительной математики. Длп представления программ и структур применяются методы теории моделирования и семантические модели.
Научная новизна заключается в следующем:
-
На основе анализа тенденций развития .средств параллельной вычислительной техники, микроэлектроники и средств автоматизации проектирования введен и определен новый класс ЭВМ - персональные суперЭВМ.
-
Предложена аналитическая модель для оценки быстродействия одноуровневой параллельной системы. Доказана теорема о быстродействии многоуровневой системы.
-
Предложен алгоритм СИНГАЛ синтеза оптимальной структуры параллельной системы при заданных свойствах прикладной задачи, представленной в виде гнезда вложенных циклов.
.4. Введен аппарат базовых правил, каждое из которых является элементом теории определенной структуры параллельного процессора. Разработана библиотека базовых правил.
5. Предложены и реализованы новые алгоритмы многомерного
моделирования элементов СБИС, обладающие высоким потенциальным
параллелизмом.
6. Алгоритм СИНТАЛ реализован программно, получены экспериментальные результаты.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
1. Алгоритм СИНТАЛ позволяет на ' начальных этапах
проектирования путем изучения характеристик"" ре алььных прикладных
задач выбрать структуру параллельного процессора, обеспечивающего
наилучшие эксплуатационные характеристики проектируемой системы:
быстродействие, стоимость и др.
2. Алгоритм СИНТАЛ позволяет измерять параллелизм задач,
следовательно, с его помощью можно производить разработку новых
алгоритмов, обладающих нужной степенью параллелизма.
Результаты работы были использованы, для разработки новых алгоритмов многомерного моделирования элементов СБИС для НПО "Интеграл", в госбюджетной теме кафедры ЭММ БГУ по программе "Информатика" (пункт 08.05.03), в учебном процессе на кафедре информатики БГУ по курсу "Архитектура параллельных ЭВМ".
Апробация работы и публикации. Основные научные результаты и выводы, полученные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на международной конференции "Automation, simulation & measurement" (Таллинн, 1991), на межреспубликанской научно-практической конференции "Актуальные проблемы информатики: математическое, программное и информационное обеспечение" (Минск, 1992).
По теме диссертации имеются 2 публикации.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Объем диссертации составляет 202 страницы, включая 47 рисунков, 14 таблиц и 163 наименования литературы. <