Разработка и исследование методов автоматизированного проектирования специализированных устройств периодической обработки цифровой информации

• Автор: Хачумов, Вячеслав Михайлович
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 278 c. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава I. ПОСТАНОВКА ОБЩЕЙ ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТРУКТУР СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЦИФРОВОЙ
ИНФОРМАЦИИ

1.1. Варианты задач периодической обработки цифровой

информации
1.2. Современные тенденции синтеза структур специализированных вычислительных устройств
1.2.1. Проектирование на основе функциональноспециализированных процессорных элементов

1.2.2. Использование принципов совмещения и конвейеризации

1.2.3. Автоматизация перехода от структур алгоритмов к структурам вычислительных устройств

1.3. Обзор методов составления периодических расписаний

1.4. Основные выводы и постановка задачи.
Результаты главы I.
Глава 2. ПОСТРОЕНИЕ ПЕРИОДИЧЕСКИХ РАСПИСАНИЙ С СОВМЕЩЕНИЕМ ЦИКЛОВ ОБРАБОТКИ ДЛЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
С ДИНАМИЧЕСКИМИ СЕЯЗЯМИ.
2.1. Основные понятия к определения. Выбор моделей вычислительного алгоритма, специализированного устройства, периодического вычислительного процесса 2.2. Оперативное планирование периодических расписаний
для локальных алгоритмов обработки информации
2.2.1. Оптимизация совмещения циклов выполнения отме
ченного локального алгоритма
2.2.2. Статистическое исследование расписаний для локальных алгоритмов обработки информации
2.2.3. Оптимизация закрепления процессорных элементов
за операциями локального алгоритма
2.2.4. Оценка сложности алгоритмов построения расписаний
и сокращение размерности задачи.
2.3. Построение периодических расписаний для систем
локальных алгоритмов
2.3.1. Расписания для систем локальных алгоритмов, ориентированных на параллелизм множества объектов
2.3.2. Расписания для систем локальных алгоритмов, ориентированных на параллелизм смежных операции.
2. 3.3. Расписания для систем локальных алгоритмов, ориентированных на параллелизм независимых ветвей
2.3.4. Расписания для систем локальных алгоритмов, ориентированных на смешанный параллелизм
2.4. Примеры планирования периодических расписаний в
устройствах с динамическими связями.
Результаты главы 2
Глава 3. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПЕРЕХОДА. ОТ СТРУКТУР ЛОКАЛЬНЫХ АЛГОРИТМОВ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЦИФРОВОЙ ИНФОРМАЦИИ К СТРУКТУРАМ СПЕЦИАЖЗИРОВАННЫХ
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
3.1. Выбор критериев качества и постановка задачи оптимального перехода к структурам специализированных
устройств.
3.2. Минимизация числа процессорных элементов при реализации систем локальных алгоритмов.
3.3. Минимизация числа межпроцессорных связей и оптимизация устройства управления коммутацией процессорных элементов. НО
3.4. Структура программного обеспечения для автоматизации процессов проектирования периодических расписаний и перехода к структурам специализированных
вычислительных устройств
Результаты главы 3
Глава 4. ПРИМЕНЕНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДЛЯ СИНТЕЗА РАСПИСАНИЙ И
СТРУКТУР АРИФМЕТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ.
4.1. Оптимизация представления и структурной реализации
арифметических выражений
4.2. Проектирование специализированных вычислительных
устройств машинной графики
4.2.1. Интерполятор для вывода графической информации
на устройства регистрации.
4.2.2. Спецпроцессор быстрых геометрических преобразований
4.3. Выбор алгоритма функционирования и структуры цифрового регулятора.
Результаты главы 4
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Благодаря реконфигурируемости такой структуры можно организовать различные конвейеры из соответствующих сегментов для многократной реали
зации таких крупных операций как умножение с фиксированной запятой. Перечисленные примеры позволяют сделать вывод о том, что типичной особенностью структуры специализированных вычислителей становится использование большого числа, в общем случае разнотипных процессорных элементов, каждый из которых выполняет некоторую часть задачи. При этом совмещение работы ПЭ представляется наиболее перспективным способом организации периодической обработки информации. Современные тенденции автоматизированного проектирования структур СВУ основываются на принципах оптимального соответствия структуры вычислительного устройства и реализуемых на нем алгоритмов, сформулированных в ,. Это направление, развитое в работах б, , охватывает как абстрактный, так и структурный уровни проектирования. На абстрактном уровне рассматриваются модели представления исходной системы алгоритмов. Специфика задач абстрактного уровня проектирования определяется выбранным языком описания функционирования СБУ и существующим аппаратом преобразований в этом языке. На структурном уровне производится решение оптимизационных задач в соответствии с требуемыми критериями качества СБУ, учитывающее реальные, характеристики исполнительных ресурсов. В настоящее время наиболее используемым языком описания алгоритмов функционирования СБУ являются яруснопараллельные
формы алгоритмовЯПФА , однако в нем, также как и в ряде других слабо развит или не существует формальный аппарат преобразований. В работе была сделана попытка устранить указанный пробел. Здесь предложен формальный язык информационных связей СИС и его графическое представление ГСИС, в котором определены формальные эквивалентные преобразования. ГСИС представляет, по сути, структурную модель операционной части СБУ, реализующую все множество эквивалентных алгоритмов. Наиболее перспективным представляется подход, основанный на выделении определенных структур алгоритмов в соответствии с одним из видов параллелизма , . Всего выделено три практически важных вида параллелизма параллелизм множества объектов, параллелизм смежных операций, параллелизм независимых ветвей, каждому из которых может быть поставлена в соответствие определенная структура вычислительного устройства. На рис. ИГ 8 примеры структур алгоритмов, отвечающих требованиям одного из видов параллелизма. Б вершинах ИГ находятся операторы определенного типа, в которых происходит преобразование данных, поступающих на их входы. Ориентированными дугами показаны пути передачи информации между соответствующими вершинами. Оператор считается готовым к работе, если на его входах имеются данные. Рис. Примеры структур алгоритмов
нескольких видов параллелизма. Задача структурного подхода к построению СВУ заключается в оптимальном покрытии вершин и связей ИГ набором соответствующих ПЭ. Такой способ позволяет получать максимальное быстродействие при максимальной простоте структуры. Несмотря на определенные успехи, достигнутые в теории синтеза СБУ, задача аппаратурной реализации алгоритмов периодической обработки еще не решена ею полностью. Это объясняется тем, что общая теория не в состоянии учесть всех специфических особенностей, присущих устройствам отдельных классов, что необходимо ведет к появлению узконаправленных работ , ориентированных только на конкретный класс, например ,. В общей теории находят пока слабое отражение вопросы построения расписаний синтезируемых устройств. Б частности, в ней практически не рассмотрены периодические расписания, которые в ряде случаев представляются более удобными и эффективными по сравнению с расписаниями, не обладающими свойством цикличности. Алгоритмы периодической обработки информации обладают особенностями, позволяющими широко использовать при их реализации такие средства повышения быстродействия как распараллеливали е и совмещение вычислительных процессов, относящихся к разным циклам обработки. Принципы распараллеливания и совмещения не противоречат друг другу и могут быть совместно использованы при синтезе специализированных устройств периодической обработки, что требует более детального изучения.