У дисертаційній роботі поставлена і вирішена фундаментальна проблема сучасного розвитку ОТ. Її зміст полягає в усуненні протиріччя між рівнем інтеграції в мікроелектронній апаратурі (величезне зосередження обчислювальних схем на кристалі) і технологією обчислювального процесу (обробка в дрібних одиницях інформації - числах). Вирішення проблеми зводиться до заміни машинної арифметики ( основа обчислювальної технології сучасних ЕОМ) машинною алгеброю. Зазначена алгебра дозволяє реалізувати процеси збереження, передачі й обробки інформації в укрупнених одиницях, адекватних рівню інтеграції елементів ОТ у мікросхемі. Для вирішення фундаментальної проблеми в дисертації запропонована оригінальна універсальна алгоритмічна матрично-алгебраїчна система. На її базі розроблена нова технологія машинної обробки інформації, а також запропоновані загальна концепція й основні принципи організації та функціонування ЕОМ нового покоління. Принципи, алгоритмічна й апаратурна підтримка нової технології, що захищаються в дисертації: 1. Пропозиція, згідно з якою машинною мовою ЕОМ має бути мова високого рівня, у якій процедури сучасних ЕОМ використовуються як машинні команди, а машинними операндами (мінімальними одиницями інформації, з яким працює ЕОМ) запропоновані складні структури даних сучасних машин. 2. Підвищення технологічності обчислювального процесу виконується за рахунок - організації оригінальної архітектури і структури ЕОМ, що підтримує роботу двох контурів: матричного (алгебраїчного) і числового (керуючого); - застосування єдиних апаратурних і комунікаційних напрацювань для алгебраїчної (матричної) і скалярної (числової) обробки інформації; - структурування пам'яті машини і засобів зв'язку із середовищем користувача за типами даних, що належать різним машинним алгебрам; - зведення обчислення добутку матриць високого порядку до рівня машинної операції. 3. Ефективне використання переваги мікроелектроніки як основи елементної бази, на якій реалізується технологія, здійснюється шляхом - організації адресації пам'яті комбінацією двох способів - "просторового" і "часового"; - застосування мінімального функціонально повного набору елементів-мікросхем, необхідного і достатнього для реалізації ЕОМ, що працює в алгебрі матриць; - застосування способу множення дійсних чисел (складова операція множення матриць), яке дозволяє створювати пристрої, що не уступають по швидкодії існуючим аналогам, але одночасно на 1,5 порядку вимагають меншої кількості необхідних контактів у мікросхемах. 4. Забезпечення високого рівня продуктивності ЕОМ досягається за рахунок - розпаралелювання на рівні реалізації машинних операцій (використовується математичний апарат інтерполяції і розпаралелювання робочих даних обчислювального процесу до його початку (апріорі)); - транспортування машинної матриці (операнда машинної технології) паралельно всіма її елементами, але послідовно розряд за розрядом позиційного представлення; - застосування суто апаратурного (не мікропрограмного) способу підтримки мови надвисокого рівня (самого нижнього рівня машинної мови), технічно реалізуючи алгебру матриць (структурна реалізація мови надвисокого рівня); - використання нової організації розпаралелювання сортування, у якій порівняння виконується не між числами, взятими із вихідного масиву, а з однієї (загальної для всієї матриці чисел) константою; - представлення даних в оптимальному вигляді для нової технології на основі математичного апарату регулярних матричних представлень. Застосування нової машинної технології і запропоновані принципи її реалізації дозволили на сучасному етапі розвитку вирішити ряд принципово важливих проблем, що з’явились при створенні ЕОМ понадвисокої продуктивності і сьогодні набули самостійного значення. До них належать такі проблеми: - організації зв'язку і керування обчислювальними засобами; - розпаралелювання обчислювального процесу на рівні процедур сучасних машин; - використання надвеликої інтеграції мікроелектронної технології для створення схем обробки ОТ; - використання надвеликої інтеграції мікроелектронної технології для створення схем пам'яті. Крім того, на сучасному етапі знята актуальність інших не менш важливих проблем - узгодження частоти обробки інформації в мікросхемі і поза нею; - контактних площадок мікросхеми; - створення САПР мікросхем надвеликої інтеграції; - відбраковування (верифікація) готових мікросхем надвеликої інтеграції. Розроблена і запропонована теоретична база по створенню нової технології дозволяє - досягти еквівалентної швидкодії в 1Тфлопс для однопроцесорного варіанта матрично-алгебраїчної машини (варіант SISD) при тактовій частоті елементів, що не перевищує 300 МГц; - ліквідувати диспропорцію між витратами на апаратуру і програмними засобами (понад 90% вартості витрат сучасної обчислювальної системи складають витрати на програмне забезпечення). Запропоноване вирішення фундаментальної проблеми дозволяє створити ЕОМ нового типу, для якої - програмне забезпечення містить у собі як складову частину весь програмний продукт сучасних засобів ОТ, чим вирішується задача спадковості програмного забезпечення; - мова користувача (зовнішня) є функціональною (не процедурною), що дозволяє відгородити ЕОМ від небажаного втручання (проблема хакерів, програмних вірусів). Отримані результати фундаментальних досліджень мають велике прикладне значення, оскільки сучасний розвиток мікроелектроніки дозволяє без особливих кадрових і фінансових ускладнень створити протягом двох - трьох років дослідний зразок однопроцесорної ЕОМ з використанням запропонованої матрично-алгебраїчної технології обробки інформації. Еквівалентна швидкодія такої машини сягає понад 1Тфлопс. Апаратурні витрати і надійність її належать до класу середніх машин. Матеріал дисертації оригінальний і аналогів не має. Основні положення дисертації викладені в таких працях: Вышинский В.А., Коломейко В.В., Петущак В.Д. Устройство адресации специализированной ЦВМ, реализующей алгоритм БПФ // Управляющие системы и машины. - 1976. - №5. – C. 111-112. Вышинский В.А., Рабинович З.Л. Об одной возможности существенного повышения производительности ЭВМ путем ускорения матрично-векторных операций // Кибернетика. - 1979. - №1. – C. 120-123. Вышинский В.А., Рабинович З.Л. Некоторый новый подход к повышению производительности ЭВМ // Управляющие системы и машины. - 1976. - №4. – C. 23-26. Вышинский В.А., Рабинович З.Л. О создании высокопроизводительных универсальных ЭВМ, работающих в алгебре матриц // Автоматика. – 1983. - №5. – C. 80-84. Вышинский В.А. Об одной универсальной алгоритмической системе // Автоматика. – 1984. - №4. – C. 71-73. Вышинский В.А., Князев В.И. Алгебра полиномов и матричные машины. // Методы и средства проектирования дискретных систем – К.: Ин-т кибернетики им. В.М. Глушкова АН УССР. - 1984. – С. 61-69. Вышинский В.А., Винецкая Е.В., Третьяк А.А. Матричное представление алгебры полиномов от многих переменных // Моделирование и оптимизация сложных систем. - 1985. – №4. - C. 69-73. Вышинский В.А., Винецкая Е.В., Ветров А.П. Возможность применения матричных алгебр к решению многочастичных задач в физике твердого тела // Физика. - 1985. – №26. – C.76-80. Вышинский В.А., Фурман И.А. Об использовании булевых матриц и операций над ними для построения быстродействующих программируемых устройств логического управления // Управляющие системы и машины. - 1986. - №2. – C.12-16. Вышинский В.А., Винецкая Е.В. Алгебраический подход к решению задач на матричной машине // Кибернетика. – 1986. - №2. – C.97-99. Вышинский В.А. О реализации алгебры многомерных векторов евклидова пространства в ЭВМ // Кибернетика. – 1997. - №5. – C.170-175. Вышинский В.А., Яковлев Ю.С., Задорожный В.Ф. Проблема создания ЭВМ для решения задач большой размерности I // Математичні машини і системи. - 1999. – №3. – C.60-68. Вышинский В.А., Яковлев Ю.С., Задорожный В.Ф. Проблема создания ЭВМ для решения задач большой размерности II // Математичні машини і системи. - 2000. –№1. – C.38-45. Вышинский В.А. Об одном способе умножения чисел // Управляющие системы и машины. – 2001. - №1. – C. 48-51. Вышинский В.А. Сортировка чисел // Управляющие системы и машины. – 2001. - №2. – C. 50-52. Вышинский В.А, Яковлев Ю.С., Задорожный В.Ф. О решении сложных задач динамики на ЭВМ // Проблемы управления и информатики – 2000. - №1. – C.88-97. Вишинский В.А., Яковлєв Ю.С., Задорожний В.Ф. До оптимізації обчислювального процесу при досліджені якісних систем на перспективних ЕОМ // Теорія обчислень. – К.: Ін-т кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України. - 1990. – С. 80-83. Вышинский В.А. Запоминающая среда в матрично-алгебраической ЭВМ // Нові комп’ютерні засоби, обчислювальні машини та мережі. – К.: Ін-т кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України. - 2001. - Т.1. – С.99-104. Вышинский В.А., Гарбовский В.В., Панчук В.И.. О некоторых алгоритмах, связанных с непрерывными дробями, и их реализация на матричной ЭВМ // Проектирование многопроцессорных вычислительных систем. - К.: Ин-т кибернетики им. В.М. Глушкова АН УССР. – 1986. – С.51-56. Вышинский В.А. Об одном алгоритме обеспечения информацией устройства умножения чисел // Автоматика. – 1986. - №5. – С. 80-84. Специализированный процессор: А.с. №684550 СССР, МКИ кл. G 06 F 7/52 / Глушков В.М., Вышинский В.А., Иваськив Ю.Л., Рабинович З.Л. (СССР). - №2440108; Заявлено 03.01. 77; Опубл. 05.09.79, Бюл. №33. – 10 с. Устройство для умножения: А.с. № 1203512 СССР, МКИ кл. G 06 F 7/52 / Вышинский В.А., Тихонов Б.М., Фесенко Н.Б. (СССР). - №3748511; Заявлено 06.06. 84; Опубл. 07.01.86, Бюл. №1. – 3 с. Устройство для суммирования частичных произведений: А.с. 1302272 СССР, МКИ кл. G 06 F 7/52 / Боборыкин Н.С., Вышинский В.А., Тихонов Б.М., Фесенко Н.Б. (CCCP). - №3890862: Заявлено 24. 04. 85, Опубл. 07.04.87, Бюл. №13. – 3 с. Устройство сортировки чисел: А. с. №1441384 СССР, МКИ кл. G 06 F 7/06 / Вышинский В.А., Тихонов Б.М., Карпенко Н.А. (СССР). - №4035265; Заявлено 10.03. 86; Опубл. 30.11.88, Бюл. №44. – 4 с. Устройство поклеточного умножения матриц: А.с. №1444819 СССР, МКИ кл. G 06 F 15/347 / Вышинский В.А., Рабинович З.Л., Тихонов Б.М., Фесенко Н.Б. (СССР). - №4167114; Заявлено 22.12. 86; Опубл. 15.12.88, Бюл. №46. – 3 с. Устройство для умножения: А.с. № 1444755 СССР, МКИ кл. G 06 F 7/52 / Вышинский В.А., Тихонов Б.М., Фесенко Н.Б. (СССР). - №4284325; Заявлено 15.07. 87; Опубл. 15.12.88, Бюл. №46. – 8 с. Устройство для умножения: А.с. 1425659 СССР, МКИ кл.G 06 F 7/52 /Боборыкин Н.С., Вышинский В.А., Тихонов Б.М., Фесенко Н.Б. (CCCP). – №4214896; Заявлено23. 03. 87; Опубл. 23.09.88, Бюл.№35. – 10 с. Устройство для умножения: А.с. № 1481744 СССР, МКИ кл. G 06 F 7/52 / Вышинский В.А., Ледянкин Ю.Я. (СССР). - №4285879; Заявлено 20.07. 87; Опубл. 23.05.89, Бюл. №19. – 5 с. Устройство для вычисления сумм произведений: А.с.1569826 СССР, МКИ кл. G 06 F 7/544 / Вышинский В.А., Рабинович З.Л., Тихонов Б.М. (CCCР). - №4312186; Заявлено 02.10. 88; Опубл. 07.06.90, Бюл. №21. – 22 с. Скалярный умножитель векторов: А.с. № 1619254 СССР, МКИ кл. G 06 F 7/52 / Вышинский В.А., Ледянкин Ю.Я. (СССР). - №4445295; Заявлено 22.06. 88; Опубл. 07.01.91, Бюл. №1. – 20 с. Устройство для суммирования частичных произведений: А. с. №1580354 СССР, МКИ кл. G 06 F 7/544 / Вышинский В.А., Тихонов Б.М., Фесенко Н.Б. (СССР). -№4621609; Заявлено 18.12. 88; Опубл. 23.07.90, Бюл. №27. – 13 с. Устройство для умножения: А.с. №1580352 СССР, МКИ кл. G 06 F 7/52 / Вышинский В.А., Тихонов Б.М., Фесенко Н.Б. (СССР). - №4621609; Заявлено 19.12. 88; Опубл. 23.07.90, Бюл. №27. – 13 с. Устройство для поклеточного умножения матриц: А. с. № 1727136 СССР, МКИ кл. G 06 F 15/347 / Вышинский В.А., Тихонов Б.М., Фесенко Н.Б. (СССР). - №4710747; Заявлено 26.06.89; Опубл. 15.04.92, Бюл. №14. – 4 с. Устройство вычисления сумм произведений: А. с. №1718216 СССР, МКИ кл. G 06 F 7/52 / Вышинский В.А., Тихонов Б.М., Луцкая Н.М. (СССР). - №4837221; Заявлено 11.06. 90; Опубл. 07.03.92, Бюл. №9. – 26 с. Rabinovicy Z., Vishinski V. Massively Parallel processing in basis of complex data structures // Intern. Conf. Massively Parall. Appl. and Development. - 1994. – Р.78-81. Вышинский В.А. Об одном решении фундаментальной проблемы современного развития вычислительной техники // Управляющие системы и машины. – 2003. - №4. – C. 81-91.
|
