М.Е.Вознесенская, А.Е.Король
Тел.: (095) 939-53-06, 481-27-29,
e-mail: korol@inmech.msu.su
Возрастающие требования к скорости решения современных задач по проектированию сложных вычислительных систем, ограниченность последовательных систем обработки информации, доступность дешевых высокоскоростных СБИС создают основу для создания новых технологий проектирования параллельных вычислительных систем. В связи с этим объектом исследования современной науки становятся все более сложные системы. (см. работы В.П. Кулагина, А.В. Петрова). В области информатики и вычислительной техники данная проблема формулируется как отображение методов решения задач вычислительной математики на архитектуру параллельных вычислительных систем.
Актуальной проблему можно считать по следующим причинам:
1. Значительные достижения в разработке новых подходов к проектированию перспективных систем еще не дали существенных результатов в решении этой проблемы. Одна из причин этого заключается в значительной разобщенности областей исследования, почти полном отсутствии общих инструментальных средств и объектов исследования.
2. Отличительными особенностями однородных вычислительных систем являются такие свойства как параллелизм, недетерминированность, наличие взаимодействующих процессов, сочетание синхронного и асинхронного управления и др.
Выбор формализованного языка, в наибольшей степени учитывающего особенности параллельных ВС, является основной задачей начального этапа проектирования. Решение таких задач связано с применением специальных методов построения синхронных и асинхронных моделей дискретных систем. Среди этих методов наибольшую известность получили методы алгоритмизации систем массового обслуживания, автоматного и агрегативного моделирования, расширения известных языков программирования, структурные нотации, сетевой и алгебраический подходы, графовые модели. Эффективным средством анализа и синтеза параллельных ВС и процессов является алгебраический подход, который основан на формульном выражении сетевых моделей.
Использование алгебраического подхода позволяет аналитическими методами путем проведения эквивалентных преобразований формул получать оптимальные структуры ВС. Недостатками данного подхода являются: ограниченность, т.к. не все сетевые структуры могут быть описаны алгебраически; сложность, т.к. процесс построения алгебраического описания сложной сетевой структуры требует определенных навыков и умения.
В последнее время отмечается тот факт, что графовые модели являются наиболее удобными и эффективными средствами описания и исследования параллельных структур и процессов. К настоящему времени существует несколько формализмов, основанных на графовых моделях и служащих для описания параллельных процессов. К концу 70-х годов указанные модели были практически вытеснены сетями Петри (СП) - формализмом, описывающим структуру и взаимодействие параллельных процессов.
Широкое распространение СП обусловлено рядом преимуществ, среди которых можно выделить следующие: СП позволяют моделировать асинхронность и недетерминизм; параллельных независимых процессов, параллелизм конвейерного типа, конфликтные взаимодействия между процессами; СП включают в себя возможности ряда других моделей, предложенных для описания и исследования параллельных ВС; СП, расширенные такими обобщениями, как ингибиторные дуги, приоритетность и время срабатывания переходов, цветные метки и др., позволяют моделировать сложные ВС с учетом таких факторов, как приоритетность процессов, временные параметры событий, совместное отображение структуры управления и потоков данных; СП допускают произвольную интерпретацию элементов модели как в смысле выполняемого фрагмента (выражения, операторы, подпрограммы, аппаратные преобразования информации), так и по уровню абстракции. Это позволяет с помощью СП производить иерархическое построение аппаратных и программных модулей ВС; эффективность представления знаний в экспертных системах (ЭС).
Современные языки программирования имеют ограничения, которые связаны с выполнением действий в определенном порядке. Исследование в этой области, направленные на устранение указанного ограничения путем ввода новых примитивов, привели к использованию СП; СП, обладая однородностью и аналитическими зависимостями,которые описывают функционирование переходов, удовлетворяют необходимым условиям для использования в тензорной методологии; для СП, которые являются двудольным ориентированным динамическим помеченным мультиграфом, справедливы все положения теории графов. Тензорный метод удовлетворяет современным требованиям к проектированию структур параллельных вычислительных систем, помогает избавиться от громоздких преобразований в описании моделей.