Преобразование циклических конструкций для многопроцессорных систем кластерного типа с учетом количества вычислительных устройств

• Автор: Мялицин, Вадим Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Пенза
• Количество страниц: 159 с. : ил.

Содержание
Введение.

1 Оптимизация и распараллеливание программного кода

1.1 Анализ и преобразование алгоритмов решения задач

1.2 Оптимизация и оптимизирующие преобразования программ .

1.3 Оптимизация и параллельная обработка данных.

1.4 Параллельная оптимизация циклов.

1.5 Рекуррентные программные циклы

1.6 Выводы по главе.

2 Способы преобразования циклических конструкций.

2.1 Циклические конструкции.

2.2 Способ преобразования циклов вычисления рекуррентных последовательностей
2.3 Способ преобразования циклов с использованием индексных множеств.
2.4 Выводы по главе.
3 Решение задач на кластерных вычислительных системах
3.1 Объем информации и количество вычислителей
3.2 Методика определения количества вычислительных устройств, необходимых для решения задачи за минимальное время
3.3 Оценка эффективности параллельных вычислений для задач обработки информации.
3.4 Выводы по главе.
4 Эффективность методики определения количества вычислительных устройств
4.1 Использование методики для оценки стандартных пакетов.
4.2 Использование методики для оценки алгоритмов программ.
4.3 Применение методики для экспериментальных данных, полученных на разных кластерных установках и для различных задач
4.4 Применение методики для разрабатываемых программ.
4.5 Применение методики в практических задачах.
4.6 Выводы по главе
Заключение.
Список использованных источников


В работах, опубликованных в соавторстве, личное участие автора заключается в определении проблем, постановке задач, разработке теоретических положений и непосредственном участии во всех этапах исследования. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 1 наименования и трех приложений. Работа содержит 1 страницу основного машинописного текста, рисунков, таблиц, страниц приложений. Краткое содержание работы. Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи диссертационной работы, ее научная новизна, практическая значимость полученных результатов и положения, выносимые на защиту, приведены сведения об апробации и практическом внедрении результатов работы. В первой главе рассмотрено использование параллельных вычислительных систем для решения прикладных задач, выполняющих обработку информации, применяемые методы и технологии анализа и оптимизации их алгоритмов на вычислительных системах кластерного типа с целыо уменьшения времени решения задач. Вторая глава посвящена описанию разработанных способов преобразования циклических конструкций прикладных программ. Рассматриваемые трансформации исходного кода программ относятся к оптимизирующим преобразованиям программ, а именно к способам реорганизации алгоритмических конструкций повторения, в теле которых имеется зависимость данных. Достоинством предложенных способов является то, что операторы преобразованных циклов могут4 выполняться одновременно и независимо без синхронизации вычислений на разных вычислительных устройствах. В третьей главе рассматриваются теоретические аспекты параллельных вычислений на многопроцессорных системах кластерного типа. Дополняется формула Амдала с учетом накладных расходов, связанных с передачей сообщений по коммуникационной среде. Проводится теоретический анализ влияния коммуникационной среды на время решения задач. В четвертой главе описывается проведение экспериментов, подтверждающих эффективность применения предложенной методики для различных задач. Описано применение методики для оценки стандартных математических пакетов и нестандартных программ, а также для задачи преобразования информации, которая заключается в решении систем уравнений. Определяется количество процессорных элементов, необходимых для сокращения времени вычисления задач, для ряда вычислительных систем кластерного типа. В заключении суммируются полученные практические и теоретические результаты. В приложениях приводятся материалы по проведению экспериментов, исходные коды используемых программ и документ, подтверждающий внедрение результатов диссертационной работы. Информационные технологии XXI века не просто вошли в наш мир, они стали его неотъемлемой частью. Современные люди не представляют, как можно обойтись без телефонов и 1п1егпе1, а ведь компьютеры, да и вообще вычислительные машины появились только лет назад. В XVII веке люди ощутили необходимость в трудоемких вычислениях. По высказыванию Р. Юнга, путь к решению многих задач был известен, но в самом же начале он оказался блокированным одной непреодолимой преградой - горой цифр []. Например, точное определение всего, что связано с термоядерным взрывом, представляется труднейшей задачей, поскольку приходится иметь дело со сложнейшей последовательностью физических процессов, протекающих в долю секунды. И сразу же по всему миру стали появляться устройства, ускоряющие математические расчеты: сначала машины Блеза Паскаля и Готфрида Лейбница, затем ткацкие станки с автоматическим управлением перфокартами Жаккара, в XIX веке счетные машины с триггерами на электронных лампах и электромеханических реле, в XX веке электронные программируемые вычислительные машины - компьютеры. Со времен простых счетных машин все значительно усложнилось. Компьютеры не просто высокоскоростные вычислительные устройства. Это инструмент для моделирования явлений, запуска ракет в космос и управления термоядерной реакцией, исследования поверхности Луны и анализа ДНК человека. Эти и другие сложные задачи — некогда просто фантастические - стали реальностью с появлением устройств, осуществляющих десятки и сотни миллиардов арифметических операций в секунду.