Введение к работе
Актуальность темы.
Одним нз важнейших источников информации о взаимодействии эле-ентарных частиц являются эксперименты на установках со встречными учками. Продукты реакций взаимодействия пучков заряженных частиц ггистрируются в детекторах элементарных частиц. Данные с детекто-эв ("события") поступают дискретно, их объем и частота поступления іределяются аппаратурой регистрации.
Прогресс техники эксперимента во всем мире непрерывно порожда-
? проблему несоответствия нарастающих потоков данных средствам
: обработки. Увеличивающиеся сложность и объем данных в "собы-
шх" для решения задачи выделения полезной физической информации
і общего потока выдвигают все новые требования к средствам вычи-
нтельной техники, способным работать по сложным изменяющимся
горитмам, в особенности, к вычислительной мощности этих средств.
адекватность средств, используемых в реальном масштабе времени
:перимента (онлайн) означает потери данных, при массовой деталь-
й обработке данных после эксперимента (офлайн) это ведет к невоз-
жности получения результатов в разумное время.
Универсальные серийные ЭВМ, выпускаемые промышленностью, как
авило, не удовлетворяют экспериментаторов по соотношению цена/
оизводителыюсть или из-за отсутствия требуемых параметров, как
шило, быстродействия. Это обстоятельство заставляет разрабаты-
гь н применять в физических центрах собственные специализирован-
е вычислительные системы.
Исследование алгоритмов обработки данных эксперимента и созда-: для них оптимальной архитектуры таких систем является важней-
шей задачей современного эксперимента. Разработанная архитектура реализуется в виде аппаратуры специализированной ЭВМ, для которой создается уникальное системное и прикладное программное обеспечение для программирования и эксплуатации этих ЭВМ в составе экспериментального оборудования.
Сегодня ни один научный центр в мире, ведущий работы в області физики высоких энергий, не обходится без специальных разработок та кого рода, что свидетельствует об актуальности данной работы, которая позволяет выйти на качественно новый этап в области физического экс перимента.
Цель диссертационной работы.
Главной целью работы является увеличение производительност; систем сбора н обработки данных физических экспериментов путем вне дрения в них специализированных быстродействующих процессоров. Д] ее достижения решались следующие задачи:
1. Анализ требований эксперимента к ЭВМ, применяемым в эти
системах, и разработка архитектуры ЭВМ (специализированных пр<
цессоров), оптимальной для решения этого класса задач.
2. Разработка и реализация способов сопряжения и взаимодейгтві
этих процессоров с серийными ЭВМ как средствами их обслуживания
3. Формулирование принципов программирования и эксплуатащ
процессоров и создание системного программного обеспечения для ра
работки и исполнения их прикладных программ.
-
Создание инструментальной системы ЭВМ для разработки и о ладкн аппаратуры и программного обеспечения процессоров.
-
Создание компьютерных систем обработки данных на основе пр цессоров и разработка для них прикладных программ для работы в р жимах онлайн и офлайн.
Научная ношгана.
1. Определены требования, предъявляемые к аппаратуре и програм
ному обеспечению ЭВМ задачами обработки данных экспериментов
встречных пучках ІІЯФ им. Г.ЇЇ. Будкера СО РАН.
-
На основе анализа этих требований сформулированы принци: выбора оптимальной архитектуры быстродействующих арифметическ процессоров, предназначенных для решения этих задач, и определена с архитектура.
-
Предложены и реализованы методы построения комплексов Э1 на основе этих процессоров, объединяющие их быстродействие с гиб стью и универсальностью серийных ЭВМ.
-
Предложено и реализовано системное программное обеспечение mix комплексов для разработки прикладных программ быстрых про-іессоров.
-
Предложено и реализовано программное обеспечение этих комплексов, создающее среду исполнения прикладных программ быстродей-твующпх процессоров.
-
Разработаны методики для наладки и тестирования аппаратуры і разработки программного обеспечения процессоров и создана распре-;еленная многомашинная система для решения отих задач.
7. Предложено н реализовано программное обеспечение ряда прн-
ладных задач обработки данных экспериментов на встречных пучках,
ешепных с помощью комплексов ЭВМ на основе быстрых процессоров.
Реализация результатов работы, практическая ценность.
Приведенные в диссертации научные и технические решения нашли рактическое применение в системах обработки данных экспериментов а встречных пучках. Для этих целей на базе разработок автора созданы ве большие системы обработки данных.
Система обработки данных, полученных на накопителе ВЭПП-4 и де-екторе МД-1, в режиме офлайн позволила разрешить проблему извлече-ня полезной физической информации из записанных данных за месяцы э сравнению с годами, требуемыми существующими в то время серий-ыми ЭВМ.
Система сбора и обработки данных для накопителя ВЭПП-2М и де-^ктора КМД-2 в режиме онлайн дала возможность организовать провес сбора, первичной обработки и записи информации на магнитные )снтели на качественно новом уровне, позволив накапливать объемы іформацни порядка десятков Гигабайт в течение месяцев эксперимен-U
Автор выносит на оащиту следующие результаты работы:
-
Разработка архитектуры быстродействующих скалярных арифметических процессоров, оптимизированной для обработки данных физического эксперимента па встречных пучках.
-
Разработка принципов сопряжения этих процессоров с серийными ЭВМ с целью создания единого машинного комплекса с новыми качествами и программного обеспечения в соответствие с этими принципами.
-
Формулирование методов программирования отих комплексов и реализация системного программного обеспечения средств программирования.
-
Предложение методов построения иерархической среды исполнения прикладных программ процессоров и создание системного про граммного обеспечения, реализующего эти методы.
-
Создание прикладного программного обеспечения эксперименте] на встречных пучках для работы в режимах онлайн и офлайн с ис пользованием комплексов ЭВМ па основе быстродействующих про цессоров.
Апробация работы и публикации.
Основные положения и результаты диссертационной работы докла дывались и обсуждались на семинарах Института ядерной физики ш» Будкера СО РАН, Первом Всесоюзном семинаре по автоматизации иг учных исследований в ядерной физике и смежных областях (Душанбі 1980 г.), 6-й Всесоюзной конференции по автоматизация научных иссл< дований на основе применения ЭВМ (Новосибирск, 1981 г.), III Межді народной конференции по методике экспериментов на встречных пучка (Новосибирск, 1984 г.), XII Международном симпозиуме по ядерной злеї тропике (Дубна, 1985 г.), III Всесоюзном семинаре по обработке физич ской информации (Цахкадзор, 1984 г.), VII Всесоюзном симпозиуме г модульным информационно—вычислительным системам (Новосибирс 1989 г.), V Международной конференции по методике экспериментов і встречных пучках (Новосибирск, 1989 г.), XXVI Международной конф ренции по физике высоких энергий (Даллас, 1992 г.) и Международш конференции по вычислениям в физике высоких энергий СНЕР92 (Ане 1992 г.). По теме диссертации в соавторстве опубликовано 14 печатні работ.
Структура и объем работы.
Диссертация изложена на 122 страницах текста, состоит из вве; ния, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Тек содержит 18 рисунков, в списке цитируемой литературы—68 наименої ний.