Методы и алгоритмы повышения эффективности вычислительной системы с параллельной архитектурой на основе модулярных структур данных

• Автор: Чернобровкин, Виталий Викторович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Сургут
• Количество страниц: 141 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Основные обозначения и сокращения
Введение
Глава 1 Анализ производительности многоядерной машинной архитектуры и вычислительных алгоритмов многоразрядной обработки информации
1Л Обзорный анализ архитектуры современных многоядерных процессоров
1.2 Характеристики машинной архитектуры и параллельных вычислительных процессов
1.3 Обоснование применения модулярной арифметики в системах с параллельной машинной архитектурой
1.4 Постановка целей и задач исследования
Выводы
Глава 2 Теория распараллеливания многоразрядных вычислений на основе модулярной арифметики
2.1 Распараллеливание многоразрядных вычислений на основе модулярных структур данных
2.2 Адаптация модулярной арифметики под вычислительные проблемы
2.3 Методы вычисления позиционных характеристик в модулярной арифметике
2.4 Методика преобразования числовых кодов в позиционные и непозиционные форматы
Выводы
Глава 3 Разработка алгоритмов немодульных операций
3.1 Метод распараллеливания поиска простых оснований
3.2 Алгоритмы деления в модулярной арифметике
3.3 Алгоритм вычета модулярной величины по большому модулю
3.4 Масштабирование целых положительных чисел
Выводы
Глава 4 Адаптация модулярных вычислительных моделей на параллельную машинную архитектуру
4.1 Программно - аппаратная модель многоразрядной обработки информации на базе модулярных вычислений и параллельной архитектуры
4.2 Особенности адаптации вычислительных алгоритмов под параллельную архитектуру GPU - процессоров
4.3 Адаптация модулярных вычислений на GPU-процессоры с помощью CUDA-технологии
4.4 Экспериментальные оценки производительности вычислительной системы IN SERModCom
Выводы
Заключение
Список литературы
Приложения
Основные обозначения и сокращения
АО - арифметические операции
АУ - арифметическое устройство
ВС - вычислительные системы
ВУ - вычислительные устройства
ВТ- вычислительная техника
МА - модулярная арифметика
МВС - модульное возведение в степень
МО - модульные операции
МОИ - многоразрядная обработка информации
МСС - модулярная система счисления
МУ - модульное умножение
МЧ - многоразрядные числа
НО - немодульные операции
ПО - программное обеспечение
ПСС - позиционная система счисления
ПХ - позиционные характеристики
РЧ - рациональные числа
ЦОС - цифровая обработка сигналов
ВЯЛ - высокоуровневые языки программирования
ОРИ - графический процессор
N - множество натуральных чисел
<5 - множество рациональных чисел
Ъ - множество целых чисел
1. Повышение быстродействия и надежности многоядерных процессоров цифровой обработки информации. Основными путями повышения производительности ЭВМ являются внедрение новых, более эффективных способов организации и проведения вычислений. Одним из важнейших современных направлений теории и практики применения цифровой обработки информации, получивших в последнее время, особенно интенсивное развитие, является создание и внедрение принципиально новых по производительности и надежности вычислительных структур параллельно-конвейерного типа [20, 39]. Несмотря на разнообразие вычислительных алгоритмов многоразрядной обработки информации, их реализация фактически сводится к выполнению некоторого набора алгоритмических преобразований. Ключевую роль в современных системах цифровой обработки играют процедуры ортогональных преобразований, алгоритмы которых характеризуются внутренним параллелизмом. Применение многоядерных процессоров позволяет использовать особенности алгоритмов МА для повышения скорости и надежности обработки информации.
2. Разработка теоретических основ и методов моделирования вычислительного процесса с распараллеливанием на уровне машинных операций, ориентированного на вычисления в больших и сверхбольших компьютерных диапазонах на основе модулярной арифметики и параллельной машинной архитектуры.
3. Разработка конструктивной системы количественных оценок алгоритмической и временной сложности модельных машинных операций и проблемных вычислительных алгоритмов на модулярной базе, позволяющей сравнивать модулярный, позиционный и полиадический подходы к решению вычислительной проблемы и выявлять классы эффективных модулярных вычислений.
4. Адаптация разработанных параллельных алгоритмов на многоядерную архитектуру вычислительной системы с целью оптимизации многоразрядных численных вычислений.