Введение к работе
Актуальность темы. Для существенного ускорения научно-тех-ческого прогресса необходимы принципиально' новые разработки, последние,однако, невозможны без применения ыатематич--ского моделирования и вычислительного эксперимента, значение которых особенно велико в тех областях, где имеется большой разрыв между возможностями теории и эксперимента. В научных исследованиях метод моделирования стал возможным благодаря высокоскоростным ЭВМ, главным образом, вычислительным системам параллельного действия, практическая ценность которых состоит в возможности решать формализованные задачи больших размерностей, формировать новый взгяд на исследуемые процессы и в результате получать новые знания.
При решении задач моделирования особое значение имеют инструментальные средства программирования, вособенности параллельного программирования. Реальные объекты моделирования по своей природе имеют параллельный принцип функционирования. Описание функционирования объектов средствами параллельного программирования имеет более естественную связь с объектами моделирования, что повышает качество моделирования. Параллельный подход имеет преимущество даже для моделирующих систем, реализуемых на последовательных машинах.
Наиболее реальным и экономически обоснованным подходом по созданию высокоскоростных систем параллельного действия,на наш взгляд, является идея крупноблочного конструирования — создание многомодульных конфигураций из блоков, в качестве которых могут бить использованы целые ЭВМ, процессоры, спецпроцессоры, ПЭВМ. Разработка многомодульных конфигураций может идти по нескольким основным направлениям: создание многопроцессорных систем о общей памятью; создание многомашинных конфигураций; использование спецпроцессоров, главным образом, с векторной обработкой; совместная обработка: ПЭВМ в локальной сети с супер-ЭВМ. Важное преимущество идеи крупноблочного конструирования -ето возможность интегрированного использования всего наїсошіенного программного обеспечения комплексируемых модулей." Однако работа в таких неоднородных вычислительных комплексах представляет собой достаточно сложную проблему. Пользователь должен учитывать
разнородный характер и аппаратуры и программного обеспечения входящих в систему модулей. Поэтому эффективное применение многомодульных конфигураций требует разработки системы параллельного программирования е целью создания среды параллельной обработки, предоставляющей возможности привлечения всех ресурсов многомодульной конфигурации к решению одной задачи, устраняющей многие проблемы, связанные с коыплексированием и способствующей сокращению времени получения результатов обработки.
Разрабатываемая в диссертационной работе система параллельного программирования базируется на использовании Ш-технологии (концепции Виртуальных Машин).
Цель работы - разработка и исследование технологии создания программных сред высокоскоростных вычислений и ее практическое воплощение в системах параллельного программирования для вычислительных систем параллельного действия, построенных на базе многомодульных конфигураций.
Методы исследования. Теоретические исследования проводились на основе теории параллельного программирования (моделей программ и вычислений, сетей ПЕТРИ), формальных грамматик и языковых процессоров, численних методов, системного программирования. При разработке программных компонент использовалось системное и прикладное программное обеспечение ВС ЭВМ.
Новые научные результаты. Новизна разрабатываемой в работе методологии создания среды высокоскоростных вычислений заключается в использовании ВМ-технологии в рамках комплексного подхода при разработке математического обеспечения вычислительных систем параллельного действия, который включает разработку новой модели вычислительного процесса, языковых средств описания параллельных процессов, .создание модели системы параллельного действия адекватной модели вычислений и ее отображение на реальную архитектуру многомодульных конфигураций, что придает ей определенную универсальность. Разрабатываемые в рамках предлагаемой методологии системы параллельного программирования могут быть эффективно реализованы на многопроцессорных системах,на многомашинных комплексах, в сетях, при этом главное внимание уделяется повышению производительности работы пользователей.
Практическая ценность работы.
На основе проведенных исследований и разработок создана Система Параллельного Программирования (СПП) для многомодульных конфигураций вычислительных систем. Она обеспечивает поддержку технологии проектирования параллельных программ на основе разработанной секционной модели параллельных вычислений, предоставляет пользователю средства для разработки параллельных программ и их выполнения на многомодульных конфигурациях. СПП расширяет базовые возможности Системы Виртуальных Машин (СВМ) ЕС по параллельной обработке информации и может быть применена при решении задач моделирования и вычислительного эксперимента, на которых позволяет повысить производительность работы на 1-2 порядка. На однопроцессорных системах СПП может быть использована в режиме моделирования для подготовки параллельных программ и их отладки,, анализа и получения численных характеристик, исследования способов управления параллельными процессами.
Реализация результатов. Теоретические и практические результаты использовались и внедрены:
в Белгосуниверситете при выполнении НИР "Математическое и программное обеспечение многопроцессорных систем" (ном.гос.per. 01870052108) в рамках научно-технической программы "Информатика" (задание-04.03-07);
в НИИЭВМ при выполнении хоздоговорных работ "Реализация средств распараллеливания программ в рамках СВМ-3 и СВМ-4", "Разработка средств взаимодействия виртуальных машин .через, общую память"; . .
в учебный процесс при подготовке студентов, по специальности 22.04 - "Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем".
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Программное обеспечение многопроцессорных систем" (г.Тверь 1985,1988 гг.), на V и VII Всесоюзішх школах-семинарах "Распараллеливание обработки информации" (г.Львов, 1985,1989 гг.), на Всесоюзной научно-технической конференции "Микропрограммные средства локальной автоматики" (г.Гродно,1989 г.). на научной конференции Белгосуниверситета "Актуальные проблемы социально-гуманитарных и естественных наук" (Минск,1991 г.), на семинарах кафедры математического обеспечения
ЭВМ и факультета прикладной маатематики и информатики.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 11 работ.
Основные результаты работы, выносимые на защиту:
-
Секционная модель параллельных вычислений, реализующая новый принцип управления параллельными процессами на основе координационных схем(схем синхронизации);
-
Язык параллельного программирования,предоставляющий пользователям эффективные средства описания сложных взаимодействующих процессов;
-
Проект и реализация системы параллельного программирования для многомодульных конфигураций вычислительных систем, обеспечивающей поддержку технологии проектирования параллельных программ;
-
Методика проектирования корректных и эффективных параллельных программ;
-
Результаты практического применения системы параллельного программирования в задачах моделирования распыления твердых тел.
Достоверность приводимых в диссертации результатов обеспечивается корректным применением математических методов и подтверждается результатами вычислительных экспериментов.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Ее объем составляет 156 страниц машинописного текста, в том числе 10 рисунков, Ъ таблиц, 5 графиков, список литературы, включающий 130 наименований и приложения.
