Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 7
1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ К
ОТКАЗАМ В ВБІЧИСЛИТЕЛЬНЬІХ СИСТЕМАХ ОБРАБОТКИ
ДАННЫХ 24
1.1 Анализ основных тенденций развития и применения
вычислительных систем 24
1.2 Основные методы обеспечения устойчивости к отказам
вычислительных устройств 48
1.2.1 Обеспечение отказоустойчивости во время функционирования
вычислительных устройств 51
1.2.2 Обеспечение устойчивости к отказам на основе применения
корректирующих способностей кодов 57
1.3 Выбор и обоснование показателей и критериев оценки
отказоустойчивости процессоров 72
14 Постановка проблемы исследований 80
Выводы 86
2 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛИНОМИАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
КЛАССОВ ВЫЧЕТОВ ПОЛЕЙ ГАЛУА 88
2Л Реализация модульных операций в полиномиальной системе классов
вычетов в полях Галуа GF(pv) 88
2.2 Прямое преобразование из двоичного кода в код полиномиальной
системы классов вычетов 105
2.3 Перевод из полиномиальной системы классов вычетов поля
GFypj в позиционный код ИЗ
2-3.1 Перевод непозиционного кода на основе китайской теоремы об
остатках 113
23,2 Реализация преобразований из полиномиальной системы классов
вычетов в обобщенную полиадическую систему 118
2.4 Алгоритмы вычисления ранга полинома, представленного в
полиномиальной системе классов вычетов 125
2-5 Реализация операций по расширению системы оснований в
полиномиальной системе классов вычетов 131
2.6 Основы построения многоступенчатой полиномиальной системы
классов вычетов в расширенных полях Галуа 135
Выводы 138
3 КОНЦЕПЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ КОРРЕКТИРУЮЩИХ
МОДУЛЯРНЫХ КОДОВ ПОЛИНОМИАЛЬНОЙ СИСИТЕМЫ
КЛАССОВ ВЫЧЕТОВ 140
Связь между ошибками в коде полиномиальной системы классов вычетов и распределением полиномов по диапазону 140
Корректирующие коды полиномиальной системы классов вычетов с одним контрольным основанием 151
Корректирующие модулярные коды с двумя контрольными основаниями 160
Обнаружение и коррекция ошибок на основе реализации процедур проекций 164
Оценка корректирующих способностей кодов полиномиальной
системы классов вычетов 168
Выводы 175
ГЛАВА 4 МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ КОНТРОЛЯ И КОРРЕКЦИИ
ОШИБОК В КОДАХ ПОЛИНОМИАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ КЛАССОВ 178
ВЫЧЕТОВ
4.1 Методы и алгоритмы коррекции ошибок на основе вычисление
позиционных характеристик во временной области 178
4.1.1 Метод параллельной нулевизации полинома, представленного в
полиномиальной системе классов вычетов 179
Контроль и коррекция ошибки на основе вычисления интервального номера 187
Поиск и коррекция ошибок на основе вычисления коэффициентов обобщенной полиадической системы 198
Поиск и локализация ошибок в кодах полиномиальной системы классов вычетов на основе вычисления синдрома ошибки 202
4.2 Обнаружение и коррекция ошибок в частотной области 214
Математические основы спектрального метода обнаружения и коррекции ошибок в кодах полиномиальной системы классов вычетов .. 214
Спектральный метод контроля и коррекции ошибок в кодах полиномиальной системы классов вычетов 220
4.3 Сравнительная оценка методов контроля и коррекции ошибок в
кодах полиномиальной системе классов вычетов 232
Выводы 204
ГЛАВА 5 РЕКОНФИГУРАЦИЯ СТРУКТУРЫ ПРОЦЕССОРА
ПОЛИНОМИАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ КЛАССОВ ВЫЧЕТОВ ПРИ
ВОЗНИКНОВЕНИИ ОТКАЗОВ 240
5.1 Определение местоположения и глубины ошибок при деградации
структуры модулярного процессора 240
Разработка метода пересчета ортогональных базисов при деградации структуры непозиционных процессоров 251
Метод пересчета коэффициентов обобщенной полиадической
системы для процессоров с деградируемой структурой 258
Выводы 265
ГЛАВА 6 МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРИНЦИПЫ
ПОСТРОЕНИЯ НЕПОЗИЦИОННЫХ ПРОЦЕССОРОВ УСТОЙЧИВЫХ
К ОТКАЗАМ 267
Разработка методики построения отказоустойчивых процессоров, функционирующих в полиномиальной системе классов вычетов 267
Построение отказоустойчивого непозиционного спецпроцессора цифровой обработки сигналов 274
6.3 Оценивание пригодности методики в инженерной практике 306
Выводы 317
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 319
ЛИТЕРАТУРА 326
ПРИЛОЖЕНИЯ 347
Введение к работе
В настоящее время Россия стоит перед исторической необходимостью перехода от индустриального общества на принципиально новый уровень общественного и экономического развития, характеризующегося формированием информационного общества.
Характерной чертой информационного общества является смещение вектора значимости интересов государства в сторону информационных ресурсов, которые в последние годы являются стратегическими ресурсами государства. Достижение высоких экономических и социальных результатов, повышение доли Российской Федерации в мировой экономической системе в значительной мере зависит от масштабов и темпов проведения информатизации общества.
Одним из наиболее важных направлений развития научно-технического прогресса в сфере информатизации в настоящее время является микропроцессорная революция, для которой характерно широкое использование в системах обработки информации вычислительных систем, персональных компьютеров, микропроцессоров (МП) универсального и специального назначения.
Приведённый аналитический анализ современного состояния рынка вычислительных систем позволил определить одну из основных тенденций развития вычислительной техники. Современный этап развития науки и техники отличается всё более сложными задачами, которые требуют своего решения. Однако сложность задач, выдвигаемой практикой, опережает темпы нарастания мощности универсальных ЭВМ. Основным направлением совершенствования вычислительных устройств является неуклонный рост производительности и точности вычислений.
Все множество вычислительных систем, согласно принятой классификации, можно разбить на четыре основные группы в зависимости от архитектурных решений [14]. Применение SISD-архитектуры (одиночный поток команд и одиночный поток данных) обеспечивает доминирующее положение классической фон-неймановской архитектуры. В таких машинах обработка данных идет
последовательно, команды выполняются друг за другом, при этом каждая ко-
манда инициирует одну скалярную операцию. Даже введение параллельной работы устройств ввода-вывода, информации и процессора, совмещение операций, выполняемых отдельными блоками арифметико-логического устройства (АЛУ), не позволяют эффективно реализовать параллельные вычислительные системы реального масштаба времени. Следовательно, возможности по быстродействию современных ЭВМ, базирующихся на классической архитектуре последовательного выполнения операторов, практически достигли своего предельного значения.
Вычислительные системы второй группы - MISD-архитектуры (множественный поток команд и одиночный поток данных) большой практической реализации не получили. Задачи, в которых несколько процессоров могли бы эффективно обрабатывать один поток данных, в науке и технике пока неизвестны [14].
Основу третьей группы вычислительных систем составляют устройства, разработанные на основе SIMD-архитектуре (одиночный поток команд и множественный поток данных). Применение SIMD-архитектуры позволяет реализовать высокоскоростные системы реального масштаба времени. С их помощью эффективно решаются задачи матричных исчислений, задачи решения систем алгебраических и дифференциальных управлений, задачи теории поля. Среди множества задач, решаемых вычислительными системами с такой архитектурой, особое место занимают задачи цифровой обработки сигналов (ЦОС), которые являются наиболее оптимальными для SIMD - структуры. Данная архитектура вычислительной системы ориентирована на параллельно-конвейерное выполнение наиболее трудоемких вычислительных операций. Обеспечение предельной для данного уровня технологии производительности вычислительной системы возможно только за счет применения нетрадиционной арифметики, в которой процесс распараллеливания осуществляются па уровне арифметических операций [115].
Альтернативным решением проблемы решения задач повышенной вычислительной сложности в реальном масштабе времени является применение
MIMD-архитектуры (множественный поток команд и множественный поток данных). Этот класс предполагает, что в вычислительной системе есть несколько устройств обработки команд, объединенных в единый комплекс и работающих каждый со своим потоком данных и команд. Однако, несмотря на все преимущества, отмеченные выше, такие как, наличие собственной памяти у каждого процессорного элемента (ПЭ) и независимость вычислительного процесса ПЭ, системы с массовым параллелизмом породили целый ряд проблем, связанных с описанием и программированием коммутаций процессов и управления ими. В то же самое время отсутствие математической базы, позволяющей решить данные проблемы, является основным сдерживающим фактором широкого применения MIMD-систем с массовым параллелизмом [14],
Таким образом, очевидно, что дальнейшее поступательное развитие вычислительной техники напрямую связано с переходом к параллельным вычислениям. Данный переход открывает новые возможности в области совершенствования и развития вычислительных устройств.
Важнейшими резервами повышения производительности вычислений являются использования специализированных процессоров (СП), архитектура которых адекватна алгоритму задачи, реализация потока данных вместо потока управляющих команд, применение принципов распараллеливания на всех уровнях [14].
Концепция параллелизма давно привлекала внимание специалистов своими потенциальными возможностями повышения производительности и надежности вычислительных систем. Проводимые теоретические, экспериментальные и промышленные разработки в этом направлении позволили обосновать основные принципы построения параллельных вычислительных систем. Именно с подобными системами связывается в настоящее время перспектива дальнейшего наращивания вычислительной мощности [93].
Основные принципы, положенные в основу построения параллельных вычислительных систем, достаточно полно отражены в работах [14,82,91,92]. Среди них можно выделить следующие:
модульность построения вычислительной системы;
способность системы к адаптации, к самонастройке и самоорганизации;
обеспечение необходимого уровня отказоустойчивости, проявляющейся в способности вычислительной системы сохранять работоспособное состояние при возникновении отказов за счёт реконфигурации и перераспределения вычислительных ресурсов.
Техническая реализация распараллеливания вычислений может осуществляться по-разному, В принципе распараллеливание может быть осуществлено на нескольких уровнях: на уровне построения физических моделей объектов или процессов, создания математических моделей, позволяющих организовать параллельную обработку информации, на уровне метода решения, на уровне алгоритмов известных методов, на уровне программ, на уровне арифметических операций, на уровне обменов информации в вычислительных системах, ввода и вывода данных.
Одним из наиболее перспективных направлений в разработке высокоскоростных вычислительных систем является переход к распараллеливанию на уровне арифметических операций. В современных и перспективных алгоритмах, использующих аппарат линейной алгебры, основными вычислительными процедурами являются операции типа перемножения векторов и матриц, обращение матриц, поиска собственных векторов и собственных значений матриц, решение систем линейных алгебраических уравнений [81,105]- Данные процедуры линейной алгебры обладают повышенной вычислительной сложностью.
Одним из наиболее перспективных направлений решения данных проблем является переход к вычислениям в нетрадиционной арифметике с нетрадиционным представлением операндов[80,103,105,129] . В настоящее время из множества нетрадиционных арифметик, развитых теоретически, наибольшее применение в вычислительных системах нашли четыре;
арифметика в знакологарифмической системе счисления;
модулярная арифметика в системе остаточных классов (СОК);
модулярная комплексная арифметика Гаусса (в квадратичных остатках);
- арифметика в кольце полиномов,
Анализ методов и математического аппарата нетрадиционных арифметик, а так же их реализаций [81,85,88,95, 145-147,168,169,174,185,195-201], показал, что наибольшее применение нашли вычислительные устройства, использующие непозиционные модулярные коды. Особое место среди последних занимает модулярная полиномиальная система классов вычетов (ПСКВ), определяемая над расширенным полем Галуа GF(2V), где v - положительное целое число [32,34,69,166]. Если в качестве оснований новой алгебраической системы выбрать минимальные многочлены p/z) поля GF(py), то любой полином A(z) можно представить в виде вектора A(z) = (cci(z)la2(z)t...fan(z))t где ax(z) = rest{A(z)jp.(z)\ і = IX^n.
Так как сравнения по одному и тому же модулю можно почленно складывать, вычитать и умножать [1,2,34,69,166], то операции суммирования, вычитания и умножения сводятся к соответствующим операциям над остатками. При этом выполнение операций над операндами в расширенном поле Галуа GF(pv) производятся независимо по каждому из модулей pt(z), что указывает на параллелизм данной алгебраической системы. При этом порядок обрабатываемых операндов уменьшается в несколько раз, что является базовой предпосылкой для построения высокоскоростных вычислительных устройств.
Существующая в последние годы в вычислительной технике тенденция к распараллеливанию вычислений связана с непрерывном ростом требований к производительности вычислительных средств. В то же самое время процессоры, составляющие значительную часть аппаратной реализации вычислительной техники, относятся к числу наименее надежных устройств, доля отказов и сбоев которых составляет более 50 процентов от общего числа отказов и сбоев аппаратуры. При этом среднее время ликвидации последствий последних, как правило, на 6-8 порядков превышает среднюю продолжительность выполнения одной задачи [82,137,146].
Таким образом, очевидна проблема: с одной стороны, постоянный рост требований к скоростным характеристикам вычислительных устройств приводит к необходимости организации параллельных вычислений, а с другой стороны, при этом увеличивается частота возникновения отказов, и возрастает время простоя процессоров, вызванное трудностью отыскания и ликвидации неисправности.
Наиболее перспективным путем разрешения данного противоречия является придание процессорам свойства устойчивости к отказам в процессе функционирования. Согласно [135] вычислительная система является отказоустойчивой (Fault-tolerant system), если при возникновении отказа сохраняет свои функциональные возможности в полном (fail-safe) или уменьшенном (fail-soft) объеме. При этом отказоустойчивость (ОУ) обеспечивается сочетанием избыточности системы и наличии процедур обнаружения и устранения ошибок. Во втором издании английского толкового словаря по вычислительным системам, выпущенным издательством Oxford University Press, fail-safe устойчивость к отказам (с амортизацией отказов) характеризует способность вычислительной системы обеспечивать обслуживание, несмотря на возникновение отказа, хотя и с понижением качества, то есть находясь в состоянии постепенного снижения эффективности. Именно в таком контексте будет рассматриваться далее понятие отказоустойчивость и устойчивость к отказам.
Данное свойство обеспечивает вычислительному устройству возможность выполнения заданных действий, и после возникновения отказов за счет снижения в допустимых пределах каких-либо показателей качества функционирования. Таким образом, учет вышесказанного обуславливает актуальность исследований в сфере разработки методов повышения отказоустойчивости в процессе функционирования высокоскоростных процессоров.
Основным методом, который широко применяется при построении отказоустойчивых вычислительных устройств и систем является резервирование [31Э82Д00,111,123,136,140]. Существует большое количество различных способов резервирования, но для любого из них характерна очень высокая избыточ-
ность. Даже при коррекции одиночных ошибок чаще всего приходится увеличивать объем оборудования как минимум в три раза, Столь высокая избыточность объясняется тем, что при применении резервирования практически полностью игнорируются все специфические свойства вычислительного устройства, защищаемого от ошибок или отказов.
Качественным скачком в направлении обеспечения отказоустойчивости
вычислительных устройств является широкое применение кодов, способных
обнаруживать и корректировать возникающие ошибки
[8,13,82,85,89,90,156,169,196]. Характерной чертой таких кодов является наличие двух взаимозависимых частей: информационной и контрольной.
Проведенный анализ известных помехоустойчивых позиционных кодов показал неравноправность данных частей кода относительно арифметических операций. Неарифметичность алгоритмов получения проверочных разрядов не позволяет контролировать результаты арифметических операций [89,99]. Таким образом, очевидно, что применение позиционных корректирующих кодов в вычислительных системах является нецелесообразным.
Данного недостатка лишены непозиционные модулярные коды. Применение полиномиальной системы классов вычетов позволяет обеспечить отказоустойчивость вычислительных устройств, функционирующих в расширенных полях Галуа GF(2V) [34,41,69,166]. Внутренний параллелизм, присущий арифметике ПСКВ, позволяет широко использовать перспективные принципы организации вычислительного процесса и использовать в разработке параллельных спецпроцессоров. Кроме этого, ПСКВ обладает следующими достоинствами:
- независимость разрядов обуславливает возможность построения авто
номных вычислительных трактов (каналов) по каждому основанию и позволяет
считать последние независимыми элементами;
- равноправность разрядов дает возможность изменения функциональных
назначений последних, выражающуюся в переводе информационных вычисли
тельных каналов во множество избыточных и наоборот,
Равноправность остатков является базисом для построения кодов, способных обнаруживать и корректировать ошибки в процессе реализации арифметических операций, Кроме того, данное свойство модулярных кодов ПСКВ служит основой для реализации обменных операций между точностью, информационной надёжностью и быстродействием. Это обусловлено, прежде всего, тем, что каждый остаток модулярного кода несёт информацию обо всём исходном операнде- Тогда, варьируя количеством информационных и контрольных оснований, можно добиться требуемых значений основных показателей качества функционирования процессоров ПСКВ. Данное свойство обеспечивает модулярному вычислительному устройству возможность выполнения заданных действий, и после возникновения отказов за счет снижения в допустимых пределах каких-либо показателей качества функционирования.
Таким образом, целью данной диссертационной работы является обоснование концепции построения корректирующих кодов полиномиальной системы классов вычетов, ориентированных на применение в отказоустойчивых вычислительных системах.
Объектом диссертационного исследования являются методы и алгоритмы построения корректирующих кодов ПСКВ, а так же их практические реализации в отказоустойчивых вычислительных устройствах.
Предметы исследовании:
Методы, алгоритмы и аппаратная реализация модульных и немодульных операций в полиномиальной системе классов вычетов,
Корректирующие коды полиномиальной системы классов вычетов.
Методы и алгоритмы поиска и локализации ошибки в ПСКВ и их схемная реализация.
4. Методы реконфигурации структуры непозиционного процессора
ТТСКВ, позволяющие сохранять работоспособное состояние при возникновении
отказов за счёт снижения в допустимых пределах основных показателей каче
ства функционирования.
Научная проблема, решение которой содержится в диссертационной работе - теоретическое обоснование и развитие основ построения корректирующих кодов полиномиальной системы классов вычетов для обеспечения отказоустойчивости вычислительных систем.
Частные научные проблемы:
Разработка математических основ модульных и немодульных процедур полиномиальной системы классов вычетов, а так же их схемная реализация.
Разработка концепции построения корректирующих кодов ПСКВ для реализации отказоустойчивых непозиционных процессоров.
Разработка методов и алгоритмов контроля и коррекции ошибок с использованием корректирующих кодов полиномиальной системы классов вычетов и их схемная реализация.
Разработка метода реконфигурации структуры процессора классов вычетов, базирующегося на обменных операциях кодов ПСКВ, которые позволяют сохранять работоспособное состояние вычислительного устройства при возникновении отказов за счет снижения в допустимых пределах основных показателей качества функционирования
Разработка методологии построения устойчивых к отказам процессоров, функционирующих в полиномиальной системе классов вычетов.
Научную новизну работы составляют:
Методы и алгоритмы выполнения модульных и немодульных операций ПСКВ, характеризующиеся меньшими схемными и временными затратами по сравнению с ранее известными реализациями.
Теоретические основы построения корректирующих кодов ПСКВ, доказанные теоремы и следствия, определяющие информационную надежность и избыточность модулярных кодов классов вычетов, применение которых позволяет осуществлять обнаружение и коррекцию ошибок в процессе функционирования вычислительной системы,
3- Методы и алгоритмы поиска и коррекции ошибок в непозиционных
кодах ПСКВ, реализованные на основе вычисления позиционных характерній
стик во временной области, которые, в отличие от ранее известных, характеризуются минимальными аппаратными и временными затратами,
Впервые предложен метод обнаружения и исправления ошибок в кодах ПСКВ, базирующийся на вычисление спектральных составляющих кода классов вычетов, а так же предложена его реализация. Применение последнего позволяет осуществлять контроль работы самого устройства поиска и коррекции ошибок
Метод реконфигурации структуры непозициоиного процессора при возникновении отказов, который отличается от известных применением методов пересчета ортогональных базисов и коэффициентов обобщенной полиадической системы (ОПС). Применение последнего позволяет обнаруживать и локализовать ошибки при деградации структуры процессора ПСКВ,
Методология синтеза устойчивого к отказам непозиционного процессора, функционирующего в полиномиальной системе классов вычетов.
Методы исследования базируются на использовании математического аппарата теории чисел, теории кодирования, теории полей Галуа, теории вероятности.
Достоверность и обоснованность проведенных исследований подтверждается физической аргументированностью и математической корректностью исследуемых вопросов, строгостью принятия допущений и введенных ограничений, использованием апробированного математического аппарата, сходимостью результатов расчета с известными из литературных источников, полученными на основе эвристических соображений,
В первой главе работы показана важность и актуальность решения научно-технических проблем связанных с созданием и совершенствованием теоретической и практической базы средств вычислительной техники и систем, обладающих высокими качественными и эксплуатационными показателями и обуславливающих ускорение научно-технического прогресса. Проведенный анализ основных архитектур современных вычислительных систем показал, что наиболее привлекательными, как с точки зрения скорости обработки информа-
ции, так и обеспечения надежности являются вычислительные устройства, базирующиеся на структурах SIMD и M1MD вычислений. Рассмотрены основные уровни распараллеливания вычислений. Показана целесообразность применения непозиционных систем счисления для осуществления распараллеливания вычислений на уровне операций. Рассмотрены основные методы обеспечения отказоустойчивости в процессе функционирования процессоров. На основе проведенного анализа был сделан вывод об эффективности обеспечения устойчивости к отказам в процессе функционирования вычислительных устройств на основе использования корректирующих кодов. Показана целесообразность применения полиномиальной системы классов вычетов. Осуществлен выбор и обоснование показателей и критериев оценки отказоустойчивости процессоров ПСКВ. Проведена постановка проблемы исследований. Для эффективного решения поставленной проблемы произведено ее декомпозирование на пять частных проблем. Показана целесообразность решения разбиения научной проблемы исследования на множество частных проблем.
Вторая глава посвящена математическим основам построения полиномиальной системы классов вычетов. В данной главе рассмотрены методы и алгоритмы выполнения модульных и немодульных операций в ПСКВ расширенных полей Галуа GF(pv). Проведен анализ основных методов прямого преобразования из позиционной системы счисления в код ПСКВ, атак же разработаны их схемные реализации. Синтезированы структуры вычислительных устройств, осуществляющие обратные преобразования из ПСКВ в ПСС при минимальных временных затратах как основе китайской теоремы об остатках (КТО), так и с использованием промежуточной системы счисления - обобщенной полиадической системы. Рассмотрены алгоритмы вычисления ранга полинома ПСКВ, а так же представлены структуры вычислительных устройств, осуществляющих данную операцию. Разработан алгоритм расширения системы оснований в ПСКВ, а также его схемная реализация. Представлен алгоритм перевода из одной системы оснований ПСКВ в другую, а так же его реализация.
В третьей главе представлена концепция построения корректирующих кодов полиномиальной системы классов вычетов. В данной главе проведены исследования корректирующих способностей кодов ПСКВ, рассмотрены математические основы построения избыточных модулярных кодов ПСКВ. Доказана возможность применения избыточности в кодах ПСКВ для обнаружения и коррекции ошибок. Исследованы корректирующие способности кодов ПСКВ с одним и двумя контрольными основаниями. Доказаны предельные теоремы, позволяющие минимизировать избыточность для обеспечения требуемого уровня информационной надежности модулярных кодов ПСКВ, Рассмотрены вопросы обнаружения и коррекции ошибок на основе реализации процедур проекций. Показана целесообразность применения избыточных модулярных кодов для построения отказоустойчивых процессоров.
Четвертая глава посвящена развитию и разработке методов и алгоритмов коррекции ошибок при обработке данных в непозиционных системах. В данной главе рассмотрены вопросы использования позиционных характеристик для обнаружения и коррекции ошибок. Представлены схемные реализации данных методов и алгоритмов. Доказана возможность реализации процедур поиска и коррекции ошибки в частной области. Разработан метод «спектрального анализа» кодовой комбинации модулярного кода ПСКВ. Представлена схемная реализация данного метода. Решена задача выбора оптимальной структуры устройства обнаружения и коррекции ошибки для модулярного кода ПСКВ.
Пятая глава посвящена разработке метода реконфигурации процессора ПСКВ с деградируемой структурой. В данной главе доказана возможность определения местоположения и глубины ошибок при постепенной деградации структуры вычислительного устройства, функционирующего в ПСКВ. Показана возможность разработки метода реконфигурации, базирующегося на обменных операциях ПСКВ, Показано, что основным сдерживающим фактором широкого внедрения реконфигурации, как способа борьбы с отказами, является отсутствие эффективного метода пересчета ортогональных базисов при возникновении ошибок. Представлен разработанный метод пересчета ортогональ-
пых базисов при деградации структуры процессора ПСКВ, а также его схемная реализация. Кроме того, в этой главе разработан метод пересчета коэффициентов ОПС для СП ПСКВ с постепенно деградируемои структурой. Показано, что применение данного метода позволит реализовать эффективные методы реконфигурации структуры непозиционного процессора ПСКВ.
Шестая глава посвящена разработке методологии построения устойчивых к отказам процессоров, функционирующих в ПСКВ. Представленный методологический аппарат позволяет синтезировать процессор ПСКВ, способный сохранить работоспособное состояние при возникновении ошибок за счет перс-распределения вычислительных ресурсов и снижения в доступных пределах основных показателей качества функционирования. Произведен синтез непозиционного процессора ПСКВ с деградируемои структурой и проведена оценка пригодности разработанной методики в инженерной практике.
Практическая ценность работы;
разработаны методы и алгоритмы модульных и нсмодульных операций ПСКВ, которые позволяют реализовывать вычислительные устройства, обладающие более высокой надежностью и производительностью по сравнению с ранее известными;
разработаны методы и алгоритмы поиска и локализации ошибки, а так же их схемные реализации, применение которых позволит повысить отказоустойчивость вычислительных систем полиномиальной системы классов вычетов;
разработан метод реконфигурации непозиционного процессора, применение которого позволяет повысить надежность работы вычислительного устройства ПСКВ;
разработан методологический аппарат построения непозиционного процессора, функционирующего в ПСКВ, который позволяет повысить эффективность работы вычислительных систем реального масштаба времени, за счет способности выполнять поставленные задачи при постепенной деградации
структуры, вызванной возникающими отказами трактов,
Основные положения, выносимые на защиту,
Методы и алгоритмы выполнения модульных и немодульных операций в полиномиальной системе классов вычетов и их схемные реализации, применение которых позволяет повысить надежность и скорость осуществления данных операций по сравнению с ранее известными.
Концепция построения корректирующих кодов полиномиальной системы классов вычетов, применение которых позволит осуществлять контроль и коррекцию ошибок в процессе функционирования вычислительного устройства
пскв.
Методы и алгоритмы поиска и локализации ошибок в процессе функционирования вычислительных систем ПСКВ, которые позволяют осуществить данные процедуры при минимальных временных и аппаратурных затратах.
Метод обнаружения и исправления ошибок в кодах ПСКВ с использованием частотной области, реализация которого позволяет обнаруживать отказы при работе самого устройства поиска и коррекции ошибок.
Метод реконфигурации структуры непозициошюго процессора ПСКВ, позволяющий сохранять работоспособное состояние вычислительного устройства за счет перераспределения ресурсов при большем количестве возникающих отказов по сравнению с ранее известными методами обеспечения отказоустойчивости вычислительных систем.
Метод пересчета значений ортогональных базисов при постепенной деградации структуры вычислительного устройства класса вычетов, который в отличие от ранее известных не требует использование перестраиваемого модульного сумматора по величине рабочего диапазона, что позволяет сократить аппаратурные затраты и повысить надежность функционирования всего процессора.
Метод пересчета значений коэффициентов ОПС при деградации структуры непозиционного процессора ПСКВ, применение которого позволяет осуществлять процедуры поиска местоположения ошибок, вызванных отказами вычислительных трактов,
8, Методологический аппарат построения устойчивых к отказам непозиционных процессоров, функционирующих в полиномиальной системе классов вычетов.
Реализация результатов работы
Основные результаты диссертационной работы использованы в Управлении начальника войск связи и военно-научным комитетом РВСН, научно-производственном объединении «Импульс», ФГУП (г. Санкт-Петербург) при выполнении научно-исследовательских работ, при разработке АРМ «Оператор» в ООО «Моби», что подтверждается актами реализации.
Основные результаты диссертационной работы использованы в учебном процессе:
на кафедре «Информатики и информационных технологий в системах управления» Ставропольского военного института связи РВ, что подтверждается актом реализации
на кафедре «Защиты информации» Северо-Кавказского государственного технического университета, что подтверждается актом реализации.
Апробация работы.
Результаты работы обсуждались на международных конференциях:
Международная конференция «Нейрокомпьютеры и их применение -2002», Москва 2002;
V Международная научно-практическая конференция «Информационная безопасность», Таганрог, 2003;
Международная научно-техническая конференция «Физика и технические приложения волновых процессов», Самара, 2003;
Санкт-Петербургская межрегиональная конференция «Информационная безопасность регионов России», Санкт-Петербург, 2003;
II Международный Форум по проблемам науки, техники и образования, Москва, 2003;
VI Международная научно-практическая конференция «Информа
ционная безопасность», Таганрог, 2004;
III Международный Форум по проблемам науки, техники и образо
вания, Москва, 2004;
I Международная научно-техническая конференция «Инфотеле-коммуникационные технологии в науке, производстве и образовании», Ставрополь, 2004;
IV Международная научно-техническая конференция «Проблемы
информатики и моделирования», Харьков, 2004;
VII Международная научно-практическая конференция «Информа
ционная безопасность», Таганрог, 2005.
Международная конференция Российской академии естествознания «Новые информационные технологии и системы», Москва, 2005.
Публикации,
1. Основные результаты работы представлены в монографии
- Математические модели нейросетевых отказоустойчивых вычисли
тельных средств, функционирующих в полиномиальной системе классов выче
тов/ Под ред, Н.И. Червякова. - М: ФИЗМАТЛИТ, 2004. - 276 с
- Элементы компьютерной математики и нейроноинфроматики /Червяков
Н.И., Калмыков ИА, Галкина В.А., Щелкупова 10,0,, Шилов АЛ.; Под ред.
Н.И. Червякова. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. - 216 с.
2. Основное содержание диссертационной работы опубликовано:
а) в журналах;
«Электронное моделирование» 1994, №1, с. 56-60;
«Радиоэлектроника» 1995, №8, с. 11-20;
«Нейрокомпьютеры: разработка и применение» 2003, №6, с.61-68.
«Нейрокомпьютеры: разработка и применение» 2003, №7, с.61-68;
«Нейрокомпьютеры: разработка и применение» 2003, №8-9, с.23-34;
«Нейрокомпьютеры: разработка и применение» 2004, №5-6, с.61-68;
«Нейрокомпьютеры: разработка и применение» 2004, №5-6, с.61-68;
«Нейрокомпьютеры: разработка и применение» 2004, №12, с,61-68;
«Нейрокомпьютеры; разработка и применение» 2005, №4, с.37-45;
«Известия ТРТУ» 2005, Тематический выпуск №4, с. 35-42;
«Физика волновых процессов и радиотехнические системы» 2003, №5 с.31-34;
«Математическое моделирование» 2005, Том 17, №3, С.67-74;
- «Вестник Ставропольского государственного университета», 2004, Вы
пуск № 38 с, 16-24.
- «Вестник Ставропольского государственного университета», 2004,
Выпуск №38 с. 46-50.
б) в сборниках статей:
Системы обработки информации- Сборник научных трудов- Выпуск 1, Харьков 2003г. С 29-41;
Збірник наукових праць. Національна Академія Наук Укріни. Выпуск №25-Киів,2004. с. 65-78.
Системи обробки інформації. Збірник наукових праць. Випуск 9(37). Харків, 2004, с.40-53;
Системи обробки інформації. Збірник наукових праць. Випуск 5(45). Харків, 2005. с.18-28;
Збірник наукових праць Харівського університету Повітряних Сил. Випуск 6(6). Харків, 2005. с.65-68;
Збірник наукових праць. Національна Академія Наук Укріпи, Выпуск №33.-Киів,2005.с. 53-63.
3, Отражено в отчете о НИР.
4. Получено 5 патентов на изобретение и два положительных решения на
выдачу патента.
Автор выражает глубокую благодарность дл\н., профессору Червякову Н.И. основателю школы компьютерной ускоренной модулярной арифметики, который направлял автора к решению рассматриваемых в работе проблем и способствовал их внедрению.
