Методи і засоби підвищення ефективності реалізації дрібно-зернистого паралелізму в системах реального часу
DSpace at NTB NTUU KPI
Переглянути архів Інформація| Поле | Співвідношення | |
| Title |
Методи і засоби підвищення ефективності реалізації дрібно-зернистого паралелізму в системах реального часу
|
|
| Creator |
Жабіна, Валентина Валеріївна
|
|
| Description |
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.05 – Комп'ютерні системи та компоненти. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», м. Київ, 2011 р. Дисертаційна робота присвячена проблемі прискорення виконання алгоритмів реального часу з дрібнозернистою структурою і забезпечення відмовостійкості обчислювальних систем, побудованих на базі надвеликих інтегральних схем. Обґрунтована можливість прискорення виконання послідовності залежних за даними операцій у системах з безпосередніми зв'язками між обчислювальними модулями. Для цього операції пропонується виконувати в режимі суміщення за допомогою обчислювальних модулів, що здійснюють паралельну об-робку розрядів операндів у надлишкових системах числення з великою основою. Розроблено новий метод обробки інформації в обчислювальних системах, керованих потоком даних, що дозволяє прискорити обчислення за рахунок збільшення інтенсивності завантаження обчислювальних модулів шляхом динамічного формування паралельних потоків команд. Показана можливість прискорення відновлення працездатності систем, керованих потоком даних, при відмові обчислювальних модулів шляхом вдосконалення засобів контролю тривалості операцій та автоматичної реконфігурації. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.05 – Компьютерные системы и компоненты. Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», г. Киев, 2011 г. Диссертационная работа посвящена проблеме ускорения реализации алгоритмов реального времени с мелкозернистой структурой и обеспечения отказоустойчивости вычислительных систем, построенных на базе сверхбольших интегральных схем. На основе анализа алгоритмов обработки информации в реальном времени сформулированы требования к вычислительным системам. Показано, что такие системы должны обеспечивать высокую скорость обработки последовательно-параллельных алгоритмов с мелкозернистой структурой, что может быть достигнуто путем динамического распараллеливания вычислений на уровне обработки операндов и их разрядов. Показано, что для реализации мелкозернистых алгоритмов нецелесообраз-но использовать классические многопроцессорные системы, поскольку в них используются сложные процедуры обмена данными, которые неприемлемы для обмена на уровне отдельных слов. Для таких систем более развиты статические средства параллельного программирования, которые определяют план выпол-нения задач по априорным характеристикам. Основные задачи распараллеливания решаются на этапе разработки программ, что не всегда позволяет обнаружить скрытый параллелизм задач из-за недостатка информации о реальной продолжительности процессов в системе. Показано, что для реализации мелкозернистых алгоритмов более эффективно использовать потоковые вычислительные системы, в которых применяются динамические средства распараллеливания вычислений на нижнем уровне параллелизма. Приведена классификация таких систем, и выделены две их основные разновидности: потоковые системы с непосредственными связями между компонентами и системы, управляемые потоком данных, которые реализуют модели вычислений «data driven» и «data flow» соответственно. Использование современной технологии проектирования (System on Chip – система на кристалле) позволяет ускорить создание систем на базе ПЛИС. Однако, со стороны элементной базы накладывается ряд ограничений, в частности, связанных с числом выводов и функциональными возможностями устройств в ПЛИС, которые должны учитываться при разработке методов вычислений. Впервые предложены методы выполнения арифметических операций в смещенных избыточных системах счисления с большим основанием, позволяющие ускорить выполнение последовательности зависимых по данным операций в неавтономном режиме за счет параллельной обработки разрядов операндов в цепочке операционных устройств с поразрядным обменом данными. Уве-личение основания системы счисления позволяет уменьшить общее количест-во циклов при заданной точности вычислений, в отличие от операций в симметричных системах счисления не требуется обрабатывать отрицательные приращения, что сокращает длительность циклов. Впервые разработана методика и предложены средства выполнения операций с плавающей запятой в избыточных системах счисления с учетом особенностей поразрядной передачи информации между компонентами систем с непосредственными связями, позволяющие повысить точность вычислений при заданной длине разрядной сетки, обеспечить автоматическую нормализацию промежуточных результатов и ускорить обмен данными между узлами системы за счет перехода от синхронной к асинхронной передаче данных. Предложен новый таблично-алгоритмический метод вычисления функций при поразрядном вводе и выводе информации в смещенных системах счисле-ния, который в отличие от методов, использующих симметричные системы, не требует выполнения операций с отрицательными приращениями, что позволяет упростить аппаратную реализацию и уменьшить время вычислений. Усовершенствован метод «цифра за цифрой» для вычисления ряда функций путем обеспечения поразрядного ввода аргументов. Вычисление функций в неавтономном режиме может осуществляться совместно с выполнением арифметических операций, что расширяет возможности систем с непосредственными связями между вычислительными модулями. Разработан новый метод обработки информации в вычислительных систе-мах, управляемых потоком данных, позволяющий при реализации мелкозерни-стых алгоритмов ускорить вычисления за счет увеличения интенсивности загрузки вычислительных модулей путем динамического формирования параллельных потоков команд. Усовершенствован метод автоматического восстановления систем, управляемых потоком данных, при отказе вычислительных модулей путем введения средств контроля длительности операции и модернизации процедуры реконфигурации, что позволило уменьшить время определения неисправности и уско-рить процесс восстановления системы. Предложены способы реализации операционных устройств, реализующих разработанные методы обработки информации в реальном времени и ориенти-рованные на использование современной элементной базы, в том числе, ПЛИС. В отличие от систем с параллельным обменом данными благодаря поразрядному обмену сокращается необходимое число связей между компонентами системы, что позволяет более эффективно использовать ресурсы ПЛИС и создает предпосылки для повышения надежности и уменьшения стоимости систем. Созданы интерактивные программные средства моделирования вычислений на уровне параллельной обработки операндов, позволяющие упростить и ускорить разработку и отладку программ, а также определить необходимые параметры систем, управляемых потоком данных, для эффективной реализации заданного класса задач. Thesis for the Ph.D. degree (Engineering) in speciality 05.13.05 – Computer systems and components. National Technical University of Ukraine "Kyiv Polytechnic Institute", Kyiv, 2011. Thesis deals with a problem of realtime finegrain algorithm realization acceleration and its faulttolerance assurance for computing systems designed on VLSI. Possibility to accelerate data processing in data driven systems is proven. To achieve it, there is proposed realization of concurrent operations with computation units, which realize concurrent processing of operand places presented in redundant numerical system with large basic number. Method of data processing, which enables to accelerate computations at the cost of computation unit load intensity encrease by means of dynamic concurrent data flow generation, is developed for data flow systems. Possibility to accelerate system recovery in case of computation unit fault is shown. Means of operation execution time control and system authomatic reconfiguration process are improved. |
|
| Date |
2011-07-20T09:14:42Z
2011-07-20T09:14:42Z 2011 |
|
| Type |
Thesis
|
|
| Identifier |
http://ela.kpi.ua/handle/123456789/952
|
|
| Language |
uk
|
|