Введение к работе
Актуальность проблеми. К специализированным вячислительным системам (ВС), устанавливаемым яа борту некоторых летательных аппаратов (ЛА), в настоящее время предъявляются требования по быстродействию порядка 10 млн я более операций в секунду. Таким требованиям удовлетворяют ВС, относящиеся к классу параллельных векторных вычислительных систем с общим управлением и разделенной памятью, отличительной чертой которых является большое отно-иение производительности к аппаратурным затратам. Алгоритмы задач, решаемых на ВС данного класса, разбиваются на ряд ветвей, каждая из которшс обрабатывается на отдельном процессорном элементе (ПЭ), входящем в решающее поле (РІІ). Во всех ПЭ вычисления производятся по одной программе. В процессе вычислений осуществляется информационный (межпроцессорный) обман между ветвями алгоритма, реализуемый структурой внутрисистемных связей, являющейся частью решающего поля БС. Скорость межпроцессорного обмена существенно влияет на" быстродействие БС. Критерием, определяющим скорость обдана, является "близость" графа, описывающего структуру внутрисистемных связей, к графу, описывающему алгоритм реааемой задача. При несовпадении указанных графов в ВС могут быть большие потеря производительности, сводящие к нули преимущества от распараллеливания вычислений. Для проектирования структуры связей можно воспользоваться известными методами определения графа структуры по информационному графу алгоритм. Известно, что решение последней задачи неоднозначно как с точки зрения вяда графа структуры, так з по способу организации обмена. При создании вычислительной системы, ориентированной на выполнение множества задач с заранее известными информационными графами алгоритмов, для определения универсальной структуры внутрисистемных связей удобно воспользоваться указанной неоднозначностью. Тогда проектирование структуры внутрисистемных связей, решающего поля ВС сводится к выбору цгчшэго варианта структуры из множества конкурирующих вариантов, юлученных при исследовании алгоритмов задач, для решения которых предназначена проектируемая ВС.
К специализированном ВС предъявляются, помимо требований по іроизводательности, весьма жесткие требования по габаритно-массо-зым характеристикам, различным аспектам надежности, энергопотреб-іению, а также ряд других требований. В этих условиях сравнитель-
ная оценка и выбор структуры в рамках только оценки производительности, которая обычно применяется на практике при сравнении структур ВС, недостаточен. Для внбора структуры с требуемой достоверностью необходам расширенный набор характеристик. Следовательно, внбор структури в данных условиях является многокритериальной задачей, решение которой требует с одной стороны применения экспертных оценок, а с другой - введения максимальной формализации.
Постановка задачи. На ранних этапах проектирования специализированной многопроцессорной вычислительной системы на основе исследования1 алгоритмов задач, для решения которых предназначена данная ВС, получены альтернативные варианты структуры внутрисистемных связей. (Каждый вариант структуры - есть граф, изображающий решающее поле проектируемой ВС. Узлы графа соответствуют процессорным элементам (ПЗ), дуги графа соответствуют каналам, каждый из которнх является набором шин, использующих едина для всей структуры протокол обмена, и обеспечивает информационную связь «езду ПЭ). Все варианты структуры связей могут быть оценены по ряду характеристик, отличающихся друг от друга шкалами и методами измерения, а также по (относительной) важности. Необходимо:
-
- формализовать понятие "лучшая для данной ВС структура связей";
-
- произвести сравнительную оценку полученных вариантов структуры внутрисистемных связей по совокупности существенных для проектируемой ВС характеристик, выбрать лучший вариант структуры.
Цель диссертационной работы.
Разработка эффективного метода сравнительной оценки я выбора структуры внутрисистемных связей специализированных вычислительных систем, относящихся к классу параллельных векторных систем с общим управлением и разделенной памятью типа ОКМД по классификации 5ашнна.
Составление набора существенных характеристик для оценки
и сравнения вариантов структуры внутрисистемных связей для данного класса ВС.
Разработка и оценка альтернативных вариантов структуры внутрисистемных связей для специализированного цифрового вычислителя (СЦВ), предназначенного для решения задачи управления движением беспилотного летательного аппарата.
Сравнительный анализ разработанных вариантов структуры и
. 4
выбор среди них лучшей для данного СЦВ структуры связей а решающем поле.
Мегодьг исследования. При решении поставленных задач использованы - в рамках общей методологии математического моделирования - теория однородных: вычислительных систем, теория многокритериального выбора (в части, относящейся к принятию решений в условиях определенности), а такхсе экспертные оценки.
Научная новизна работы состоит в следующем:
-
В рамках системного подхода к проектированию многопроцессорных ВС разработан метод сравнительной оценки эффективности конкурирующих вариантов структуры внутрисистемных связей решающего поля, позволяющий, в частности, строго определить понятие "лучшая по совокупности множества характеристик структура связей для данной ВС". По сравнению с аналогичными известными методами выбора разработанный метод имеет более широкую область применения, за счет снятия ограничений на вида икал характеристик и весовые соотношения между характеристиками.
-
Предложена оригинальная процедура шкалирования многомерных альтернатив, позволяющая юреїіти от исходных характеристик оценки к соответствующим ПОЛ9 3НОСГЯЫ, и далее на основе парных сравнений строго упорядочить альтернативы по предпочтению.
Практическая ценность.
-
Обобщены характеристики оценки структуры- многопроцессорных ВС. Для класса параллельных векторных систем с общим управлением прецлояен набор из 24 характеристик оценки структуры внутрисистемных связей. Проведен сравнительный анализ распространенных на практике вариантов структуры связей .для данного класса ВС.
-
Разработанный метод выбора структуры внутрисистемных связей ВС позволяет производить сравнение вариантов структуры по совокупности всех существенных характеристик, что значительно снЕкает риск працятш неоптимального решения.
;.!етод выбора структуры подробно алгоритмизирован, даны необходимые рекомендации по его применению. Первостепенную важность представляет малая трудоемкость и простота экспертизы альтернативных вариантов структуры, которая достигнута путем упрощения вопросов, требующих ответов лишь на качественном уровне: "больше", "меньше", "неразличимо". Упрощение экспертизы привело к повышении достоверности решения задачи выбора и понижению требований к точности оценок по отдельным характеристикам.
3. При небольшом изменения набора приведенных в работе характеристик данный метод применим для-выбора структуры внутрисистемных связей других классов многопроцессорных вычислительных систем.
Реализация работы. Результаты диссертационной работы использованы в НИИ Точных Приборов, что подтверждено соответствующим актом внедрения.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
XI Всесоюзной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов (Москва, 1985 г.);
П Всесоюзном совещании-семинаре "Швтоям синтеза и планирования развития структур крупномасштабных систем" (Саратов,1986г);
Научно-техническом совещании Секции управляющих вычислительных комплексов Научного Совета АН СССР, посвященном проблеме "Повышение надежности и эффективности управляющих вычислительных комплексов" (Кишинев, 1986г.);
Научно-техническом совещании, проводимом Секцией управляющих вычислительных комплексов (УЖ) Научного Совета АН СССР и посвященном проблеме "івгоіїатизация проектирования УВК" (Москва-Ярополец, 1987г.);
Межреспубликанской школе-семинаре "Анализ и синтез распределенных инсрормационно-управляющих систем" (Батуми, 1987г.);
И-ей Всесоюзной конференции "Проблемы и метода принятия решений в организационных системах управления" (Москва-Звенигород, 1988г.);
Межотраслевом научно-техническом совещании "Проблемы повышения технического уровня а качества средств вычислительной техники" (Москва, 1989г.).
Публикации: по материалам диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Основной текст представлен на Г6І машинописной странице.
Похожие диссертации на Выбор структуры внутрисистемных связей специализированных многопроцессорных вычислительных систем
