Параллельно-конвейерное коммутационное устройство для организации массового информационного обмена в мультипроцессорах

• Автор: Крикунов, Олег Васильевич
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Курск
• Количество страниц: 135 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение.
ГЛАВА 1. Коммутационные процессы и устройства современных многопроцессорных вычислительных систем

1.1. Виды коммутационных процессов в вычислительных системах

1.2. Виды коммутационных устройств.

1.3. Структу рная организация коммутационных устройств мультипроцессоров

1.3.1. Коммутаторы с разделяемой памятью.

1.3.2. Коммутаторы с разделяемой средой передачи.

1.3.3. Коммутаторы с полносвязной топологией.

1.3.4. Коммутаторы с пространственным разделением

1.3.5. Статические коммутационные устройства.

Выводы.
ГЛАВА 2. Процедура коммутации с параллельноконвейерной обработкой пакетов
2.1. Особенности задачи разработки процедуры коммутации
2.2 Структурнофункциональная модель коммутационного устройства.
2.3. Описание процедуры коммутации.
2.4. Доказательство корректности процедуры коммутации
2.4.1. Синтез моделирующей сети Петри
2.4.2. Исследование достижимых маркировок сети Петри.
Выводы.
ГЛАВА 3. Параллельноконвейерное коммутационное устройство.
3.1. Принципы организации и архитектура коммутационного устройства.
3.2. Структурная организация коммутационного устройства
3.2.1. Организация локальных буферов.
3.2.2. Организация блока выбора направления передачи пакетов
3.2.3. Организация блока распределения пакетов.
3.2.4. Организация блока чтения пакетов
3.3. Процесс функционирования коммутационного устройства.
3.3.1. Обработка одиночных пакетов.
3.3.2. Параллельная обработка групп пакетов
3.3.3. Реализация параллельноконвейерной обработки пакетов
Выводы.
ГЛАВА 4. Оценка функциональной эффективности процедуры коммутации и коммутационного устройства
4.1. Методика проведения сравнительной оценки
4.1.1. Методика оценки аппаратной сложности устройства.
4.1.2. Методика проведения вычислительного эксперимента
4.2. Оценка аппаратной сложности коммутационного устройства
4.3. Организация вычислительного эксперимента
4.3.1 Имитационная модель коммутационного устройства.
4.3.2. Архитектура инструментальных программных средств
имитационного моделирования
4.4. Результаты имитационного моделирования.
4.4.1. Оценка максимального времени обработки пакетов
4.4.2. Оценка вероятности блокировки пакетов.
Выводы.
Заключение.
Список использованной литературы


Основные научные результаты и выводы диссертации внедрены в ООО «Нордвинд» (г. Москва) и ФГУП «Курский НИИ» МО РФ (г. Курск), а также используются в учебном процессе на кафедре вычислительной техники КурскГТУ при проведении занятий по дисциплинам «Теоретические основы проектирования отказоустойчивых мультимикропроцессоров», «Моделирование» и «Отказо-устойчивые многопроцессорные платформы». Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации обсуждались и получили положительную оценку на следующих конференциях и семинарах: на Международной научно-технической конференции «Information and Telecommunication Technologies in Intelligent Systems» (Spain, Mallorca, ), на вузовской научно-технической конференции «Молодёжь и XXI век» (Курск, ), дважды на Международной научно-технической конференции «Медико-экологические информационные технологии» (Курск, , ), на научных семинарах кафедры вычислительной техники КурскГТУ с по год. Публикации. Содержание диссертации опубликовано в 8 работах, среди которых имеется статья в научном издании, входящем в перечень ВАК Минобрнауки РФ. Личный вклад соискателя. Все выносимые на защиту научные результаты получены соискателем лично. В работах по теме диссертации, опубликованных в соавторстве, личный вклад соискателя определяется следующим образом: в [, ] предложена структурно-функциональная модель параллельно-конвейерного коммутационного устройства (процессора), выполнена ее верификация на основе аппарата сетей Петри, а также исследованы зависимости вероятности блокировки пакетов ог интенсивности их поступления; в [] разработана процедура обслуживания транзитных пакетов коммутационным устройством (не включая процесса их маршрутизации); в [] описаны функциональные схемы основных блоков параллельно-конвейерного коммутационного устройства; в [] получены формулы для оценки их аппаратной сложности; в [] разработан ряд специализированных программных модулей среды имитационного моделирования коммутационных устройств. Структура и объем работы. Диссертация включает введение, четыре главы, заключение, приложения и список литературы из наименований. Работа содержит 5 страниц текста (с учетом приложений) и поясняется рисунками и 5 таблицами. Области возможного использования. Результаты диссертационной работы могут быть использованы при построении статических коммутационных средств для мультипроцессоров (SMP- и NUMA-систем, включая системы на кристалле - SoC), логических мультиконтроллеров, некоторых подклассов МРР-систем, а также в иных системах, для которых характерен массовый обмен сообщениями (пакетами), передаваемыми в параллельном коде. Кроме того, возможно их частичное применение при проектировании и программировании коммутационных узлов мультикомпьютеров, локальных сетей ЭВМ, в абонентских системах, информационно-измерительных комплексах и в системах сбора данных. Во второй главе дается характеристика задачи разработки процедуры коммутации пакетов, рассматриваются основные ограничения этой задачи и критерии эффективности решения, определяется обобщенная структурнофункциональная организация параллельно-конвейерного коммутационного устройства (процессора), предлагается и обосновывается процедура коммутации на ее основе. В третьей главе рассматриваются принципы организации и архитектура разработанного параллельно-конвейерного коммутационного устройства, особенности построения его основных блоков и выполняется анализ процесса его функционирования. В четвертой главе выполняется оценка аппаратной сложности разработанного коммутационного устройства, обсуждаются результаты исследования на имитационной модели зависимостей максимального времени обработки и вероятности блокировки пакетов от интенсивности их поступления при различной длине локальных буферов, определяются условия отсутствия блокировок гранзитных пакетов. В приложениях представлены листинги проектов имитационного моделирования разработанного коммутационного устройства, а также справки о внедрении результатов исследований на предприятиях и в учебный процесс.