Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Головна сторінка



Методи та засоби конфігурування архітектури програмованих спеціалізованих процесорів

Скачати 300.21 Kb.

Методи та засоби конфігурування архітектури програмованих спеціалізованих процесорів




Скачати 300.21 Kb.
Сторінка1/3
Дата конвертації30.03.2019
Розмір300.21 Kb.
ТипАвтореферат
  1   2   3
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА” САЛО АНДРІЙ МИКОЛАЙОВИЧ УДК 004.27;004.436.2 МЕТОДИ ТА ЗАСОБИ КОНФІГУРУВАННЯ АРХІТЕКТУРИ ПРОГРАМОВАНИХ СПЕЦІАЛІЗОВАНИХ ПРОЦЕСОРІВ 05.13.05 – комп’ютерні системи та компоненти Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук Львів-2008 Дисертацією є рукопис. Робота виконана в Національному університеті “Львівська політехніка” Міністерства освіти і науки України Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Мельник Анатолій Олексійович, Національний університет “Львівська політехніка”, завідувач кафедри електронних обчислювальних машин Офіційні опоненти - доктор технічних наук, професор Харченко В’ячеслав Сергійович, Харківський національний аерокосмічний університет ім.
Націоналі́зм (фр. nationalisme) - ідеологія і напрямок політики, базовим принципом яких є теза про цінність нації як найвищої форми суспільної єдності та її первинності в державотворчому процесі[джерело?].
Міністе́рство осві́ти і нау́ки Украї́ни (МОН України) - центральний орган виконавчої влади України.
Технічні науки - науки, що вивчають закономірності розвитку техніки і визначають способи найкращого її використання.
Те́хніка (від грец. techne - мистецтво, майстерність) - сукупність засобів, створених людством для обслуговування своїх потреб виробничого і невиробничого характеру. У техніці матеріалізовані знання і виробничий досвід, накопичені людством у процесі розвитку суспільного виробництва.
Електро́нна обчи́слювальна маши́на (ЕОМ) - загальна назва для обчислювальних машин, що є електронними (починаючи з перших лампових машин, включаючи напівпровідникові тощо) на відміну від електромеханічних (на електричних реле тощо) та механічних обчислювальних машин.
проф. Н.Е. Жуковського, завідувач кафедри комп’ютерні системи та мережі (м. Харків) доктор технічних наук, професор Николайчук Ярослав Миколайович, Тернопільский національний економічний університет, завідувач кафедри СКС (м.
Ка́федра - базовий структурний підрозділ вищого навчального закладу (його філій, інститутів, факультетів), що проводить навчально-виховну і методичну діяльність з однієї або кількох споріднених спеціальностей, спеціалізацій чи навчальних дисциплін і здійснює наукову, науково-дослідну та науково-технічну діяльність за певним напрямом.
Ки́ївський націона́льний економі́чний університе́т і́мені Вади́ма Гетьмáна (КНЕУ) - вищий навчальний заклад в Україні, самоврядний (автономний) дослідницький національний університет. Заснований в 1906 році як Вищі комерційні курси.
Тернопіль) Захист відбудеться “ 28 ” листопада 2008 р.
Листопа́д (падоли́ст) - одинадцятий місяць року в григоріанському календарі, він має 30 днів.
o 1630 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.052.08 у Національному університеті “Львівська політехніка” (79013, Львів-13, вул. С.Бандери, 12, ауд. 226 головного корпусу). З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного університету “Львівська політехніка” (79013, Львів, вул. Професорська, 1) Автореферат розісланий “ 27 ” жовтня 2008 р. Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, д.т.н., проф. Я.Т.Луцик ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ Актуальність теми. Протягом останніх років технології проектування комп’ютерних пристроїв зазнали кардинальних змін. Було розроблено мови типу VHDL та Verilog, які стали основними інструментами опису комп’ютерних апаратних засобів. Також створено низку потужних САПР НВІС, які підтримують їх розробку, починаючи з опису на названих мовах до створення кристалу. В той же час, завдяки досягненням у галузі інтегральної технології суттєво зріс рівень інтеграції мікросхем, і з’явилась можливість реалізації в них надзвичайно складних комп’ютерних пристроїв.
Мікросхе́ма, інтегральна мікросхема (англ. integrated circuit) - електронна схема, що реалізована у вигляді напівпровідникового кристалу (чипу) та виконує певну функцію. Винайдена у 1958 році американськими винахідниками Джеком Кілбі та Робертом Нойсом.
При́стрій (англ. device, appliance, нім. Vorrichtung f, Einrichtung f) - обладнання, конструктивно завершена технічна система, що має певне функціональне призначення і за допомогою якої виконується яка-небудь робота або спрощується, полегшується певний процес.
Інструме́нт (лат. instrumentum - знаряддя) - технологічне оснащення (знаряддя або пристрій), які в процесі праці безпосередньо стикаються з предметом праці з метою зміни чи контролю його форми, стану, властивостей тощо.
Можливість - це дія, що може відбутися або ні (можливо, приїду, а, можливо, і ні). Можливість можна забезпечити чи покладатись на «авось» та якось буде. Альтернатива дає шанс, але не гарантує без відповідних дій забезпечення результату і адекватності та конструктиву діяльності.
У зв’язку з цим існуючі методи проектування комп’ютерних пристроїв, які передбачають проведення розробки від самого початку (постановки задачі) до реалізації стали неефективними, оскільки для створення комп’ютерного пристрою великої складності вони вимагають невиправдано багато часу, що негативно впливає на конкурентоспроможність створеного продукту.
Конкурентоспромо́жність - здатність певного об'єкта або суб'єкта перевершити конкурентів у заданих умовах.
Існує підхід, який базується на використанні готового рішення з можливістю конфігурування під конкретну задачу. Основою такого підходу є створення базової моделі пристою, яку можна конфігурувати, вибираючи значення тих чи інших параметрів. Ще одним підходом до зменшення часу проектування є такий, що базується на використанні мов програмування високого рівня для опису апаратних засобів. Використання такого підходу дозволяє спростити процес проектування і підняти його на рівень проектування програмного забезпечення. Такий підхід дозволяє одночасно отримати і апаратні, і програмні засоби для реалізації поставленої задачі. У дисертаційній роботі розвинуті нові підходи для створення методів та засобів конфігурування архітектури програмованих спеціалізованих процесорів базуються на доробці багатьох світових вчених.
Програ́мне забезпе́чення (програ́мні за́соби) (ПЗ; англ. software) - сукупність програм системи обробки інформації і програмних документів, необхідних для експлуатації цих програм.
Дисерта́ція (лат. dissertatio - твір, обговорення, розсуд, доповідь) - спеціально підготовлена наукова праця на правах рукопису, яку виконують для прилюдного захисту на здобуття наукового ступеня. В Україні розрізняють дисертацію для здобуття наукового ступеня кандидата наук (кандидатська дисертація) та доктора наук (докторська дисертація).
Серед них: Джастин Тріп, Май Гокхейл, Крістофер Петерсон, Ніколас Мур, Вінод Катхал, Роб Шрейбер, Горан Сандберг та ін. Вагомий внесок у розвиток теоретичних і прикладних основ даного напрямку зробили вітчизняні автори: А.О. Мельник, В.І. Хаханов, Палагін А.І. . Значними є досягнення у галузі проектування спеціалізованих процесорів таких вітчизняних вчених: Я.М.
Батьківщи́на (Вітчизна) - країна, що належить даному народові; вужче - рідний край, місце народження тієї чи іншої людини. Поняття батьківщина позначає країну предків (батьків) людини, а також часто має емоційний підтекст, що має на увазі, що деякі відчувають до батьківщини особливе, сакральне почуття, яке поєднує любов і почуття патріотизму.
Николайчука, В.П. Тарасенка, Г.М. Луцького, М.В. Черка­ського, І.А. Жукова, В.С. Глухова. Cуттєвими недоліками реалізації сучасних підходів до проектування пристроїв шляхом конфігурування базової архітектури є використання специфічних мов програмування високого рівня і недостатньо високий рівень продуктивності кінцевих пристроїв. Використання специфічних мов опису обмежує можливості застосування вже реалізованих алгоритмів. Причиною низької продуктивності кінцевого пристрою є недоліки моделі базової архітектури, які не дозволяють повністю використати природній паралелізм алгоритму. Отже, актуальною є наукова задача створення нових методів та засобів конфігурування програмованих процесорів із мови високого рівня.
Алгори́тм (латинізов. Algorithmi за араб. ім'ям узб. математика аль-Хорезмі) - набір інструкцій, які описують порядок дій виконавця, щоб досягти результату розв'язання задачі за скінченну кількість дій; система правил виконання дискретного процесу, яка досягає поставленої мети за скінченний час.
Застосунок, застосовна програма або прикладна програма (англ. application, application software, app) - користувацька комп'ютерна програма, що дає змогу вирішувати конкретні прикладні задачі користувача.
Мо́ва програмува́ння (англ. Programming language) - це штучна мова, створена для передачі команд машинам, зокрема комп'ютерам. Мови програмування використовуються для створення програм, котрі контролюють поведінку машин, та запису алгоритмів.
Особливо гостро ця задача постає в галузі спеціалізованих комп’ютерних систем, оскільки постійна поява нових алгоритмів призводить до збільшення кількість пристроїв, які необхідно реалізовувати.
Кількість - в Арістотелівській логіці друга з 10 категорій (класів, розрядів, які спрощують процес розумового визначення будь-якої речі), побічна обставина матеріальних речей , за допомогою якої вони поширюються в просторі, вимірюються якоюсь математичною нормою і здатні бути поділеними на окремі частини.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Дисертаційна робота виконувалась згідно з планом науково-дослідних робіт кафедри електронних обчислювальних машин Національного університету “Львівська політехніка” протягом 2001-2007 р. Дисертаційна робота безпосередньо пов’язана з держбюджетними темами, де автор був одним з виконавців робіт: ДБ.17.МЕЛЬ “Інтелектуальні реконфігуровані нарощувані вимірювально-обчислювальні мережі екологічного моніторингу: принципи структурної самоорганізації та функціонування”, 2002-2003 р.
Програма (фр. programme письмове оголошення, порядок денний, від грец. prógramma вказівка) - заздалегідь затверджена (визначена) дія.
Самоорганіза́ція - термін, який вживається для визначення процесів виникнення складних структур при відсутності нав'язаного зовнішньою дією порядку.
Принцип (лат. principium - начало, основа) - це твердження, яке сприймається як головне, важливе, суттєве, неодмінне або, принаймні, бажане. У повсякденному житті принципами називають внутрішні переконання людини, ті практичні, моральні та теоретичні засади, якими вона керується в житті, в різних сферах діяльності.
Моніто́ринг довкі́лля, екомоніто́ринг (англ. environmental monitoring, нім. Monitoring n der Umwelt (der Umgebung)) - комплексна науково-інформаційна система регламентованих періодичних безперервних, довгострокових спостережень, оцінки і прогнозу змін стану природного середовища з метою виявлення негативних змін і вироблення рекомендацій з їх усунення або ослаблення.
(номер державної реєстрації 0100U000530);
Державна реєстрація (лат. registratio - внесення до списку, переліку) - письмовий запис або фіксація іншим чином фактів, явищ, відомостей чи певних матеріальних об'єктів з метою їх державного обліку та контролю, засвідчення дійсності й надання їм законного (легітимного) статусу, а також вчинення інших реєстраційних дій.
ДБАВАГ “Конфігуровані вимірювально-обчислювальні мережі інтелектуальних автономних агентів для вирішення задач моніторингу навколишнього середовища”, 2004-2006 р.
Інтелектуал - людина розумової праці[Джерело?]. «Інтелектуалом» також називають[Хто?] освічену, начитану людину з високо розвиненим інтелектом[Джерело?].
(номер державної реєстрації 0104U002284). Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є прискорення та спрощення процесу проектування програмованих спеціалізованих процесорів шляхом розробки і практичного використання методів та програмно-апаратних засобів конфігурування їх архітектури. Для досягнення поставленої мети в роботі розв’язано такі задачі: 1. Аналіз сучасних методів та засобів проектування комп’ютерних пристроїв. 2. Аналіз існуючих архітектур процесорів, перспективних з точки зору створення базової моделі для проектування спеціалізованих процесорів. 3.
Перспекти́ва (фр. perspective, від лат. perspicio - ясно бачу) - система зображення об'ємних тіл на площині або якій-небудь іншій поверхні, яка враховує їх просторову структуру й віддаленість окремих їх частин від спостерігача.
Практика (грец. πράξις «діяльність») - доцільна і цілеспрямована діяльність, яку суб'єкт здійснює для досягнення певної мети. Практика має суспільно-історичний характер і залежить від рівня розвитку суспільства, його структури.
Аспект (лат. aspectus - вигляд, погляд) - поняття філософії (онтології, теорії пізнання). У філософії аспект розглядається
Дослідження та розроблення моделі базової архітектури спеціалізованого процесора, яка включає в себе розробку загальної структури процесора та структуру базових елементів (регістрового файлу, обчислювальних та додаткових модулів), які мають бути конфігурованими та підтримувати паралелізм на рівні інструкцій для забезпечення високої продуктивності. 4. Дослідження та розроблення методів конфігурування базової архітектури з використанням опису алгоритму мовою високого рівня. 5. Розроблення засобів конфігурування моделі базової архітектури процесора на основі опису алгоритму мовою високого рівня. 6. Реалізація НВІС спеціалізованих процесорів з використанням розроблених засобів конфігурування моделі базової архітектури.
Програмування - процес проектування, написання, тестування, зневадження і підтримки комп'ютерних програм. Програмування поєднує в собі елементи інженерії (існує навіть відповідна спеціальна галузь інженерії - програмна інженерія (англ. software engineering)
Об’єкт дослідження: комп’ютерні засоби системного проектування програмованих спеціалізованих процесорів. Предмет дослідження: методи та засоби конфігурування програмованих спеціалізованих процесорів. Методи дослідження: В дисертаційній роботі використано: методи математичного та імітаційного моделювання, основи теорії комп’ютерних систем, теорію графів, обчислювальну математику, методи проектування комп’ютерних систем, прикладну теорію цифрових автоматів, основи теорії алгоритмів, теорію складності та прикладного програмування.
Іміта́ція (лат. imitatio - наслідування): Пародія на щось. Наслідування. Підробка. Ерзац. Сурогат. Повторення. Приклад: виріб, який є підробкою під що-небудь; Наслідування голосом, почерку тощо.
Систе́ма (від дав.-гр. σύστημα - «сполучення», «ціле», «з'єднання») - множина взаємопов'язаних елементів, що утворюють єдине ціле, взаємодіють з середовищем та між собою, і мають мету.
Імітаці́йне моделюва́ння - це метод, що дозволяє будувати моделі процесів, що описують, як ці процеси проходили б насправді.
Обчи́слювальна матема́тика - розділ математики, що включає коло питань, зв'язаних з виконанням наближених обчислень. У більш вузькому розумінні, обчислювальна математика - теорія чисельних методів розв'язування типових математичних задач.
Теорія алгоритмів (англ. Theory of computation) - окремий розділ математики, що вивчає загальні властивості алгоритмів. Виникла в 30-х роках 20 століття.
Теорія графів - розділ математики, що вивчає властивості графів. Наочно граф можна уявити як геометричну конфігурацію, яка складається з точок (вершини) сполучених лініями (ребрами). У строгому визначенні графом називається така пара множин G = (V, E), де V є підмножина будь-якої зліченної множини, а E - підмножина V × V.
Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному: 1. Вперше розроблено конфігуровану модель архітектури процесора із підтримкою паралелізму на рівні команд та обгрунтовано можливість синтезу на її основі спеціалізованих пристроїв обробки даних із заданими технічними характеристиками. 2.
Результат, пі́дсумок, (заст. ску́ток, вислід) - кінцевий наслідок послідовності дій. Можливі результати містять перевагу, незручність, вигоду, збитки, цінність і перемогу. Результат є етапом діяльності, коли визначено наявність переходу якості в кількість і кількості в якість.
Обро́бка да́них - систематична цілеспрямована послідовність дій над даними. Обробка даних містить в собі множину різних операцій.
Запропоновано метод конфігурування формалізованої моделі архітектури процесора з описом алгоритму мовою високого рівня, який, на відміну від відомих, базується на виборі конфігураційних параметрів за критерієм “продуктивність затрати обладнання” та не вимагає введення додаткових конструкцій у мову опису алгоритму, що дозволяє прискорити та спростити процес проектування процесорів. 3. Подальшого розвитку набув існуючий метод ефективного планування завантаження паралельних віток процесора, який був розширений для оптимізації виконання інструкцій у розробленій моделі архітектури процесора на основі розподіленого регістрового файлу з динамічним принципом розміщення даних, що дозволило налаштувати роботу спеціалізованого процесора відповідно до вхідного алгоритму програми. 4.
Крите́рій (від лат. critērium, яке зводиться до грец. χριτήριον - здатність розрізнення; засіб судження, мірило, пов'язаного з грец. χρινω - розділяю, розрізняю) - мірило, вимоги, випробування для визначення або оцінки людини, предмета, явища; ознака, взята за основу класифікації.
Регістровий файл - пристрій процесора, що включає в себе регістри і використовується для збереження і швидкого доступу до цифрової інформації. Сучасні регістрові файли зазвичай реалізовані як багатопортовий масив швидкої статичної пам'яті SRAM.
Вперше запропоновано метод та структури пристрою виконання умовних команд у базовій архітектурі процесора, який передбачає підрахунок кількості захищених команд, що забезпечило виконання алгоритмів з процедурою передачі керування та дозволило прискорити їх виконання.
Архітекту́ра (грец. αρχιτεκτονικη - будівництво) - це одночасно наука і мистецтво проектування будівель, а також власне система будівель та споруд, які формують просторове середовище для життя і діяльності людей відповідно до законів краси.
Практичне значення одержаних результатів. - розроблено та досліджено конфігуровану VHDL-модель базової архітектури процесора, на основі якої, шляхом заданих конфігураційних параметрів, можна генерувати спеціалізовані пристрої з необхідними технічними характеристиками; одержані в дисертаційній роботі наукові результати реалізовано у вигляді програмного забезпечення для проектування спеціалізованих пристроїв на основі конфігурування VHDL-моделі базової архітектури процесора; одержані на спроектованих у роботі засобах процесори випереджають аналогічні взірці процесорів, одержаних за допомогою існуючих на ринку засобів майже в два рази за продуктивністю та майже на 13 за затратами обладнання.
Продукти́вність англ. productivity, нім. Produktivität f) - у широкому розумінні - здатність давати продукцію.
Анало́гія - (грец. αναλογια - «відповідність») - подібність, схожість у цілому відмінних предметів, явищ за певними властивостями, ознаками або відношеннями.
Використання результатів. Одержані в дисертаційній роботі результати використані в наступних організаціях: Національний університет “Львівська політехніка”, кафедра “Електронні обчислювальні машини”, в рамках виконання науково-дослідних робіт по темах, ДБ.17.
Організа́ція (від грец. ὄργανον - інструмент) - цільове об'єднання ресурсів для досягнення певної мети.
МЕЛЬ “Інтелектуальні реконфігуровані нарощувані вимірювально-обчислювальні мережі екологічного моніторингу: принципи структурної самоорганізації та функціонування”, 2002-2003 рр., ДБАВАГ “Конфігуровані вимірювально-обчислювальні мережі інтелектуальних автономних агентів для вирішення задач моніторингу навколишнього середовища”, 2004-2006 рр. Національний університет „Львівська політехніка”, кафедра Електронні обчислювальні машини, в рамках лекційного курсу “Архітектура спеціалізованих комп’ютерних систем”. На ДП “Арсенал” в рамках створення периферійної плати канального адаптера “КА100М”. На ДАХК “Артем” в рамках створення периферійної плати канального адаптера “КА100М”. На науково - виробничому підприємстві “Інтрон” при розробці системи «Хамелеон» для автоматизованого проектування спеціалізованих процесорів.
Підприє́мство - самостійний суб'єкт господарювання, зареєстрований компетентним органом державної влади або органом місцевого самоврядування, для задоволення суспільних та особистих потреб шляхом систематичного здійснення виробничої, науково-дослідної, торговельної, іншої господарської діяльності в порядку, передбаченому Господарським кодексом України та іншими законами.
Практична цінність результатів роботи підтверджується актами про впровадження результатів дисертації на ДП “Арсенал”, ДАХК “ Артем”, НВП “Інтрон”. Особистий внесок здобувача. Всі теоретичні та практичні результати, що виносяться на захист, отримано автором самостійно. У роботах, опублікованих у
  1   2   3


Скачати 300.21 Kb.

  • Міністерства освіти