Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Исследование методов отладки аппаратуры и программного обеспечения на процессоре с автоматическим распределением ресурсов

Диссертация: Исследование методов отладки аппаратуры и программного обеспечения на процессоре с автоматическим распределением ресурсов
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

В этой связи весьма перспективным выглядит подход, в котором вычислительный процесс управляется потоками готовых к обработке данных. Этот подход в течение длительного времени привлекает к себе внимание разработчиков компьютеров многими весьма ценными для получения предельной производительности особенностями. В первую очередь, это связано с тем, что уже на стадии изложения алгоритма в максимальной… Читать ещё >

Содержание

  • ГЛАВА 1. Обзор современных высокопроизводительных вычислительных комплексов и методов их отладки
  • Архитектуры современных многопроцессорных систем
  • Сравнительный анализ современных многопроцессорных вычислительных систем
  • Вычислительные системы, управляемые потоком данных
  • Основные проблемы, связанные с отладкой задач и аппаратуры современных вычислительных систем
  • Общая методика отладки аппаратных средств вычислительных систем
  • Трудности при отладке задач на многопроцессорных вычислительных системах традиционных архитектур
  • Обзор средств для отладки программ на современных многопроцессорных вычислительных системах
  • Методы отладки многопоточных программ на вычислительных системах с массовым параллелизмом
  • Выводы
  • ГЛАВА 2. Особенности организации вычислительных процессов и архитектура вычислительной системы с автоматическим распределением ресурсов
  • Исследование принципов организации вычислений при автоматическом распределении ресурсов
  • Основные архитектурные особенности вычислительной системы с автоматическим распределением ресурсов
  • Исследование и разработка принципов взаимодействия между вычислительной системой с автоматическим распределением ресурсов и ХОСТ — машиной
  • Выводы
  • ГЛАВА 3. Методы отладки вычислительной системы с автоматическим распределением ресурсов
  • Исследование необходимых аппаратных средств для отладки устройств вычислительной системы с автоматическим распределением ресурсов
  • Обоснование дополнительной аппаратной поддержки в вычислительной системе с автоматическим распределением ресурсов для отладки задач пользователей и аппаратуры самой системы
  • Обоснование методики автономной отладки аппаратуры вычислительной системы с автоматическим распределением ресурсов
  • Обоснование необходимых средств для отладки задач в вычислительной системе с автоматическим распределением ресурсов
  • Исследование подходов к отладке задач на вычислительной системе с автоматическим распределением ресурсов
  • Выводы
  • ГЛАВА 4. Реализация предложенных методов в виде набора сервисных программ для вычислительной системы с автоматическим распределением ресурсов

Состав и функциональные возможности разработанных программных средств для обмена информацией между макетом вычислительной системы с автоматическим распределением ресурсов и инженерным персональным компьютером.

Особенности реализации программного обеспечение инженерного персонального компьютера.

Особенности реализации программных средств для отладки макета вычислительной системы с автоматическим распределением ресурсов.

Особенности реализации программного обеспечения для отладки задач, выполняемых на макете вычислительной системы с автоматическим распределением ресурсов.

Исследование методов отладки аппаратуры и программного обеспечения на процессоре с автоматическим распределением ресурсов (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Актуальность темы

.

В настоящее время в различных областях науки и техники, таких как энергетика, аэродинамика, биология, информатика, экономика и других существует большое количество сложных вычислительных задач. Эти задачи требуют огромных вычислительных мощностей и, как правило, имеют большое количество глобальных (разделяемых) данных, что приводит к снижению реальной производительность суперЭВМ и вычислительных комплексов. Можно назвать две основные проблемы, тормозящие рост реальной производительности вычислительных комплексов:

1. Необходимость поддержки когерентности КЭШ памяти.

2. Необходимость синхронизации вычислительных процессов по данным.

Это приводит к тому, что реальная производительность универсальных суперЭВМ и многопроцессорных вычислительных комплексов на задачах с относительно большим количеством глобальных данных составляет в среднем лишь 12−15 процентов от пиковой производительности комплексов [37, 38]. Для устранения этих серьезных недостатков необходима разработка совершенно новых методов организации вычислительного процесса и аппаратных средств, реализующих эти методы.

В этой связи весьма перспективным выглядит подход, в котором вычислительный процесс управляется потоками готовых к обработке данных [35, 36]. Этот подход в течение длительного времени привлекает к себе внимание разработчиков компьютеров многими весьма ценными для получения предельной производительности особенностями. В первую очередь, это связано с тем, что уже на стадии изложения алгоритма в максимальной степени исключается взаимосвязь операций, и провозглашается принцип «можно выполнять одновременно все операции, для которых в этот момент готовы операнды». Выполнение этого принципа обеспечивает предельную степень параллелизма, который имеется у конкретной задачи.

В настоящее время спроектирован, изготовлен, отлажен и прошел всесторонние испытания макет вычислительной системы с автоматическим распределением ресурсов (ВСАРР), который позволил исследовать, как на программном, так и на аппаратном уровнях большинство проблем, возникающих при разработке полномасштабной ВСАРР. Одной из основных таких проблем является исследование и разработка современных методов отладки аппаратуры ВСАРР и выполняемых на ней задач. Эти вопросы рассматриваются в настоящей работе.

Отличительной особенностью ВСАРР является автоматическое (без вмешательства программиста) распределение ресурсов системы и распараллеливание вычислительных процессов. Еще одной отличительной особенностью ВСАРР является то, что организацию параллельных вычислительных процессов выполняет ассоциативная память. Проведенные исследования на имитационной модели и макете ВСАРР на задачах с относительно большим количеством глобальных данных показали, что при увеличении числа исполнительных устройств и модулей ассоциативной памяти производительность всей системы в целом возрастает пропорционально количеству процессоров, если параллелизм самой задачи достаточно высок. ВСАРР может эффективно работать, как в многозадачном режиме, так и в режиме управления процессами внутри большой задачи. На аппаратном уровне, без затраты времени исполнительных устройств, решена проблема синхронизации вычислительных процессов как по данным внутри системы, так и по данным, которые приходят от внешних объектов, работающих в реальном масштабе времени.

Исполняемая на ВСАРР задача может быть представлена в виде графа вычислений, каждый узел которого имеет не более двух входов и практически неограниченное количество выходов. Так как в ВСАРР последовательность выполнения большинства операций не определена и ход их выполнения может изменяться при различных запусках одной и той же задачи, то отладка задач на ВСАРРР требует принципиально новых подходов, которые исследуются в настоящей работе. Весьма актуальными являются следующие новые вопросы, возникающие при отладке задач:

• разработка методов отладки задач на ВСАРР;

• разработка принципов организации системного программного обеспечения для отладки задач на ВСАРР;

• разработка методов отладки аппаратуры ВСАРР;

• аппаратная поддержка методов отладки задач, проходящих на ВСАРР;

• аппаратная поддержка методов отладки системного программного обеспечения, расположенного на ВСАРР.

Наряду со средствами отладки задач необходимо разработать средства для автономной отладки следующих компонентов аппаратуры ВСАРР:

• ассоциативной памяти;

• многопоточных исполнительных устройств;

• всей системы в целом.

Цель диссертационной работы.

Цель работы — исследовать новые методы отладки системного программного обеспечения и прикладных задач для новой вычислительной системы с автоматическим распределением ресурсов. Разработать принципы отладки задач для указанной архитектуры. Создать программное обеспечение для отладки прикладных задач, выполняемых на рассматриваемой архитектуре, а также для отладки аппаратуры указанной вычислительной системы. Создать необходимую аппаратную поддержку разработанных методов отладки.

Методы исследования.

Исследования проводились с использованием теории операционных систем, теории параллельных вычислительных процессов. Программное обеспечение для отладки ВСАРР создавалось на основе современных принципов объектно-ориентированного программирования.

Степень научной новизны.

Впервые исследованы и разработаны методы, позволяющие отлаживать программное обеспечение и аппаратуру для новой вычислительной системы с автоматическим распределением ресурсов и с новыми подходами к организации процесса вычислений. Научная новизна работы состоит в следующем:

• предложены методы отладки системных и прикладных задач на ВСАРР;

• предложена аппаратная поддержка для методов отладки системных и прикладных задач;

• выявлены специфические компоненты системного программного обеспечения, необходимые для отладки задач на ВСАРР;

• сформулированы принципы разработки программно-аппаратных средств для отладки аппаратуры ВСАРР;

• исследованы и разработаны структура и алгоритмы функционирования сервисных программ, выполняющих следующие функции: о получение и визуализация результатово сбор статистики о работе ВСАРРо загрузка данных и кода программ в память рассматриваемой вычислительной системы, а также их модификациио считывание содержимого логических анализаторов с устройств ВСАРР.

Практическая значимость.

Практическая значимость заключается в следующем:

• разработано программное обеспечение для отладки системных и прикладных задач запускаемых на ВСАРР;

• определены особенности аппаратной поддержки ВСАРР, необходимые для обеспечения эффективной отладки системных и прикладных задач;

• реализовано и апробировано на макете разработанное программное обеспечение для отладки аппаратуры макета ВСАРР.

Все перечисленное выше было разработано, отлажено и практически апробировано при отладке макета ВСАРР.

Полученные результаты диссертационной работы могут быть использованы при отладке аппаратуры полномасштабной суперЭВМ с автоматическим распределением ресурсов, а также сложных задач, требующих больших объемов вычислений, выполняемых на этой суперЭВМ. Кроме того, полученные результаты могут быть использованы при отладке аппаратуры и задач на суперЭВМ подобной архитектуры.

Апробация результатов.

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научных семинарах в ИПИ РАН 2000;2003 г., на международных конференциях «Информационные технологии в науки, образовании, телекоммуникации, бизнесе» 2001 и 2002 годах, на международной конференции «Интеллектуальные и многопроцессорные системы ИМС'2003» в 2003 году. Исследование разработанных методик и механизмов отладки проводилось в Институте проблем информатики РАН при отладке макета ВСАРР.

Объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Объем диссертации: всего 178 е., из них основного текста 147с., список литературы из 80 наименований, 50 рисунков.

Основные результаты работы.

1. Разработана методика отладки аппаратуры ВСАРР.

2. Предложена аппаратная и программная поддержка автономной отладки устройств ВСАРР.

3. Предложена аппаратная поддержка для отладки аппаратуры, системного программного обеспечения и прикладных задач,.

4. Разработано и создано программное обеспечение для отладки аппаратуры ВСАРР.

5. Разработана методика отладки системных и прикладных задач на ВСАРР.

6. Разработано и создано программное обеспечение для отладки системных и прикладных задач на ВСАРР.

7. Намечены пути дальнейшего развития разработанных средств для использования их в полномасштабной ВСАРР.

Заключение

.

Опыт отладки макета ВСАРР подтвердил правильность методов и подходов, разработанных в ходе диссертационной работы, и помог сформировать направления дальнейшего развития программноаппаратных средств для ВСАРР. На практике получены следующие результаты: определены архитектурные особенности аппаратной поддержки ВСАРР, необходимые для обеспечения эффективной отладки задачразработано программное обеспечение для отладки системных и прикладных задачразработано программное обеспечение для отладки аппаратуры ВСАРР.

Все перечисленные программно-аппаратные средства были разработаны, отлажены и апробированы при отладке макета ВСАРР. В рамках диссертационной работы, на основе опыта разработки и отладки макета, выявлены и проанализированы возникающие при отладке проблемы и намечены пути их решения. Созданы необходимые аппаратные средства поддержки методов отладки. Для полномасштабной ВСАРР необходимо лишь развитие предлагаемых средств.

Практическая реализация комплекса программного обеспечения и средств аппаратной поддержки для отладки системных и прикладных программ, а также для отладки аппаратуры макета ВСАРР, подтвердила работоспособность и эффективность разработанных средств.

Показать весь текст

Список литературы

  1. «Архитектура и языки программирования для машин, управляемых потоком данных», // Отчет отдела системного программирования ВЦКП АН СССР за 1989 г.
  2. Agervala Т., Arvind. Data Flow Systems // Computer. Vol.15. — No.2. Feb, 1982. -P.10−13
  3. Agerwala Т., J.L.Martin, J.H.Mirza and others «SP2 System Architecture» // IBM Systems Journal, Vol. 34, M 2,1995.
  4. Amos В., S. Deshpande, M. Mayfield, F. O’Connell «RS/6000 SP 375MHz POWER3 SMP High Node», White paper, IBM Corporation // http://www-l.ibm.com/servers/eserver/ pseries/hardware/whitepapers/nighthawk.pdf August 2000.
  5. Buck J.T., Scheduling dynamic dataflow graphs with bounded memory using the token flow model // Thesis of dissertation for the degree of Doctor of Philosophy, University of California at Berkeley, 1993
  6. D., «The Explicit Token Store» // Jurnal of Parallel and Distributed Computing, vol.10, 289−308,1990.
  7. Culler D.E., K.E. Schauser, T. von Eicken. Two Fundamental Limits on Dataflow Multiprocessing // Computer Science Division University of California, Berkeley: Report No. UCB/CSD 92/716
  8. Dennis J., Data Flow Supercomputers // Computer. Vol.13. — No. l 1. Nov, 1980. — P.48−56
  9. Dennis J.,. The Evolution of 'Static' Data-Flow Architecture // Advanced Topics in Dataflow Computing, ed. L. Bic and J.-L. Gaudiot, Prentice Hall, 1991. P.35−91
  10. J.B., «First Version of s Data Flow Procedure Language» // Lecture Notes in Computer Science, vol.19,1974.
  11. Dorojevets M., COOL multithreading in HTMT SPELL-1 processors // International Journal of High Speed Electronics and Systems. Vol. 10. — No. 1, 2000
  12. Gurd J.R. et al., «Fine grain Parallel Computing: the Dataflow Approach» // Lecture Notes in Computers Science, vol.272, 1987
  13. Gurd J.R. et al., «The Manchester Prototipe Dataflow Computer» // Communication of the ACM, vol.28, no. 1,1985
  14. Kavi K.M., J. Arul, R. Giorgi. Execution and Cache Performance of the Scheduled Dataflow Architecture // Journal of Universal Computer Science, Vol. 6, no. 10,2000
  15. K., Gurd J.R., " A Scalable Dataflow Structure Store" // Proceedings of the 13th Annual Simposium on Computer Architecture, June 1986
  16. Sakai S. et al., «An Architecture of a Dataflow Single Chip Processor» // 16 Annual Symposium on Computer Architecture, 1989.
  17. Sakai S. et al., «Pipeline Optimisation of a Data-flow Machine» in «Advanced Topics in Data-Flow Computing».
  18. Sargeant J. and Kirkham C.C., «Stored Data Structure on the Manchester Dataflow Machine» // Proceedings of the 13th Annual Simposium on Computer Architecture, June 1986.
  19. Silc J." B. Robic, T. Ungerer. Asynchrony in parallel computing: From dataflow to multithreading // Parallel and Distributed Computing Practices. March 1998. — Vol.1, No. l
  20. Sterling Т., L. Bergman. A design analysis of a Hybrid Technology Multithreaded Architecture for Petaflops scale computation // Jet propulsion laboratory California Institute of Technology Pasadena, California, 1999
  21. Т., В. Robic, J. Silc. Multithreaded processors // The Computer Journal. -Vol.45. No.3. 2002. — P.320−348
  22. A.H., «Dataflow Machine Architecture» // ACM Computing Surveys, vol.18, no.4,1986.
  23. Yamaguchi Y. et al., «An Architectural Design of a Higly Parallel Dataflow Machine» // in Information Processing 89 (IFIP Congress Proceedings), 1989 Elsevier Sc.Publ.
  24. A.A., Ю.А.Дубинский, Н. В. Копченова «Вычислительные методы для инженеров» учеб. пособие // М.: Высш. шк, 1994.
  25. А.П., «Язак описания цифровых устройств AlteraHDL» // Москва: РадиоСофт, 2001
  26. А.П., В.Ф.Мелехин, А. С. Филиппов «Обзор элементной базы фирмы ALTERA."//СПб: Файнстрит, 1997.
  27. .П., „Моделирование цифровых систем на языке VHDL“ // М., МИР, 1992.
  28. А.Я., „Delphi 7 справочное пособие“ // Москва: БИНОМ, 2003
  29. К. Петафлопсные вычисления: дорого, но реально (часть1) // Компьютерра. -2000.- 13 дек.
  30. П.Н., „Синтез логических схем с использованием языка VHDL“ // Москва: СОЛОН-Р, 2002
  31. А.А. Разработка средств непроцедурной реализации распараллеливающих преобразований программ. // Труды Всероссийской научной конференции
  32. Фундаментальные и прикладные аспекты разработки больших распределенных комплексов». Абрау-Дюрсо. 1998.-е. 109−116.
  33. B.C., Л.Г.Тарасенко «Использование стандартных микропроцессоров в системе потока данных» В сб. Вычислительные машины с нетрадиционной архитектурой.// СуперЭВМ. Выпуск 3, М., ИВВС РАН, 1995 г., с.3−30.
  34. Бурцев В.С.,"Система массового параллелизма с автоматическим распределением аппаратных средств суперЭВМ в процессе решения задачи." В сб. Вычислительные машины с нетрадиционной архитектурой.// СуперЭВМ. Выпуск 2, М. ВЦКП РАН, 1994 г., с.3−37.
  35. Вл.В. Архитектура массивно-параллельных компьютеров (на примере CRAY T3D). Особенности программирования: // Курс лекций. Параллельная обработка данных. http://parallel.ru/
  36. А., М. Милчев, Ю. Солоницын, «Переферийные устройства» // СПб: ПИТЕР, 2001
  37. А.В., Молчанов А. Ю. «Системное программное обеспечение» // СПб: ПИТЕР, 2002
  38. Гук М.,"Интерфейсы ПК: справочник" // СПб: ЗАО «Издательство „Питер“», 1999.
  39. Данилов П. IBM POWER4 процессор из параллельного мира // http://www.ixbt.com/cpu/ibm-power4.shtml. — 2002. — 12 марта
  40. И. Голубой ключик // Компьютерный мир Харькова. Независимый информационно-аналитический еженедельник. Сетевая версия. 2000. — 14 февр. -№ 1
  41. Д., «Введение в операционные системы» // СПб: БХВ-Санкт-Петербург, 2002
  42. А.В. Многопроцессорные системы с программируемой архитектурой. -М.: Радио и связь. 1984. -240 с.
  43. А.В., Левин И. И., Пономарев И. М. Базовый модуль многопроцессорной вычислительной системы с программируемой архитектурой для эффективного решения исследовательских и производственных задач. // Наука производству, М.,№ 11, 1999. -с 33 -39.
  44. А.В., Станишевский О. Б. Принципы построения программно-аппаратных средств супермакрокомпьютеров. // Информатика, М., № 2, 1990. -с. 13−21.
  45. А.В., Фрадкин Б. Г., Левин И. И. Унифицированная элементная база для построения реконфигурируемых под задачу вычислительных систем. // Известия ВУЗов, Электроника, М.,№ 1, 1997. -с. 74−83.
  46. А.В., Каляев И. А., Левин И. И., Пономарев И. М. Параллельный компьютер с программируемой под структуру задачи архитектурой. // Труды шестого международного семинара «Распределенная обработка информации», Новосибирск. 1998. -с. 25−29.
  47. В. Еще раз о Hyper Threading // http://www.ixbt.com/cpu/hyperthreading-tech.shtml. 2002. — 10 мая
  48. Д.А., Р.А. Мальяк, А. С. Филиппов «Системы автоматизированного проектирования фирмы ALTERA MAX+PLUS II и QuartusII» // Москва: РАДИОСОФТ, 2002
  49. В.В., «Параллельные вычислительные системы» // М.: «Нолидж», 1999.
  50. В.В. Архитектуры с распределенной разделяемой памятью // Открытые Системы. -2001. -№ 3
  51. В.В. Параллельные вычислительные системы. // М.: «Нолидж», 1999
  52. В.В. Эволюция микропроцессорных архитектур // Открытые системы.2000. № 4
  53. В.В., А.В. Киселев «Современные микропроцессоры"// М.: «Нолидж», 1998.
  54. М. Архитектура S2MP свежий взгляд на cc-NUMA // Открытые системы. — 1997. — № 2
  55. М. Векторно-параллельные суперкомпьютеры NEC // Открытые системы. 1999. — № 3
  56. М. Дорога к высоким тактовым частотам // Открытые системы.2001.-№ 2
  57. М., Волков Д. Современные суперкомпьютеры: состояние и перспективы // Открытые Системы. 1995. — № 6
  58. Л.А. Концепция компьютеров потока данных: Обзор-реферат. // Л.: ЛЭТИ, каф. ИИТ, 1990
  59. В.Д., «Сравнение архитектур SMP и NUMA» // Открытые Технологии. http://www.ot.ru/ru/news/interesting/numa smp. html
  60. Ю.В., «Основы цифровой схемотехники» // Москва: МИР 2001
  61. Ю.В., О.А. Калашников, С. Э. Гуляев, «Разработка устройств сопряжения» //Москва: ЭКОМ, 1997
  62. Ю.Ф., О.П.Глудкин, А. И. Гуров «Аналоговая и цифровая электроника» // М., 1996, Радио и связь.
  63. С.А., «Курс лекций по дисциплине «Техническое обеспечение и внешние устройства ЭВС» // МАТИ-РГТУ, кафедра МПС, Э и Э.
  64. В.Д., «Система проектирования цифровых устройств OrCAD» // М.:"Солон-Р», 2000.
  65. Севериновский Е. Hyper-Threading: «два-в-одном» от Intel, или Скрытые возможности Хеоп // Компьютерное Обозрение. 2002. — 27 марта. — № 12
  66. Стешенко В.Б.,"ПЛИС фирмы «Altera»: Элементная база, система проектирования и языки описания аппаратуры"// М.: «Додэка-ХХГ, 2002.
  67. М., Ю. Хсих, «Наука отладки» // Москва: КУДИЦ-ОБРАЗ, 2003
  68. Е., «Цифровая схемотехника» // СПб: БХВ-Санкт-Петербург, 2000
  69. Э., «Разработка СОМ Приложений в среде Delphi» // Москва: Вильяме, 2000
  70. Я. А. Проектирование информационно-вычислительных комплексов -М.: Высшая школа. 1977 г.
  71. Я.А., Древе Ю. Г. Проектирование информационно-вычислительных комплексов. М. 1987.- 280с.
  72. Я.А. Основы проектирования управляющих вычислительных систем // М.: Радио и связь, 1991, с. 287.
  73. Чмырь Игорь Алексеевич. «Теория операционных систем» // курс лекций 10/06/1997 Одесская Государственная Академия Холода.
  74. В. Системы IBM SP2 // Открытые системы. 1995. — № 6
  75. В.З. Современные высокопроизводительные компьютеры // Центр Информационных Технологий. 1996. — http://citforum.ru/hardware/svk/contents.shtml
  76. В.З., Кузнецов С. Д. Аппаратно-программные платформы корпоративных информационных систем // Центр Информационных Технологий. 1996. -http://citforum.ru/hardware/appkis/contents.shtml
  77. В.З., Кузнецов С. Д. Серверы корпоративных баз данных // Центр Информационных Технологий. ^ 1997. http://citforum.ru/database/skbd/contents.shtml
  78. А.С., «VHDL — язык описания аппаратных средств: Учебное пособие» //, МАТИ-РГТУ «ЛАТМЭС», М., 1998.
  79. Р.Ю. Параллельные пространственно-временные вычислительные структуры. //Вильнюс: Мокслас. 1988 г. -с. 181. el- оч- <57a1. Российская академия наук
  80. Q Институт проблем информатики1. На правах рукописи
  81. Торчигин Сергей Владимирович
  82. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ОТЛАДКИ АППАРАТУРЫ И ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ НА ПРОЦЕССОРЕ С АВТОМАТИЧЕСКИМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ РЕСУРСОВ0Jt±щ7с/1с/if1. G ifc1. Hit? ictc^rerycL^
  83. KcCttftyCfa"^ длительные машины и системы»
  84. Дата Читательский билет № Диспетчерский № Сот𠹕
Заполнить форму текущей работой

На отлично!