У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, визначено науково-прикладну проблему, що потребує розв’язання, показано зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Сформульовано мету і основні задачі досліджень, визначено наукову новизну та практичну цінність одержаних результатів. Наведено дані про особистий внесок здобувача, апробацію результатів, основні праці, опубліковані за темою дисертації.
У розділі 1 здійснено аналіз сучасних концепцій паралельних обчислень і високопродуктивних комп’ютерних засобів обробки інформації. На основі проведеного аналізу визначено, що останнім часом особливої актуальності набуває створення обчислювальних комплексів на основі інтеграції парадигм паралельної та розподіленої обробки інформації, а також технологій GPGPU для подальшої реалізації швидкої та ефективної паралельної обробки надвеликих масивів інформації різної фізичної природи. Характеризуючи такого роду обчислювальні комплекси, як правило, визначають такі особливості як відкритість, паралельність, масштабованість, відмовостійкість, прозорість, спільність використання ресурсів, що надають переваги при розв’язанні великої кількості прикладних задач. Відзначено, що при дослідженні сучасних технологій високопродуктивних комп’ютерних засобів оброблення інформації чітко простежується тенденція їх конвергенції. Це характеризується сильним взаємовпливом і взаємопроникненням різноманітних технологій, виникненням багатьох практично-прикладних результатів на стику областей у рамках міждисциплінарних робіт. Аналізуючи та враховуючи ці тенденції в роботі стверджується, що при розробленні високопродуктивних ПІОС із рекурсивною архітектурою обов’язковою вимогою є врахування можливостей та застосування парадигм паралельного, розподіленого та гетерогенного програмування.
На основі аналізу принципів природного та штучного паралелізму на системному рівні, виявлено низку невідповідностей щодо природних механізмів сприйняття об'єктів і ситуацій зовнішнього світу. Вказані механізми не знайшли відповідного відображення у сучасних підходах до побудови високопродуктивних ОС. В свою чергу, це обмежує технічні можливості ОС та не відповідає головним вимогам, які ставляться до інтелектуальних засобів оброблення інформації. Тому, в роботі визначено та систематизовано передумови для розроблення концептуальної основи багаторівневої ПІОС. Це дозволяє за допомогою конвергентно-дивергентних структур на технічному рівні моделювати окремі природні особливості організації обчислень – топографічний характер відображення, паралельність дії сигналів, мозаїчність структури, її грубу ієрархічність та просторово-корельований у часі механізм сприйняття. Наведені особливості враховано при розробці методологічних основ структурно-функціональної організації багаторівневої ПІОС, що надає можливості проектування високопродуктивних обчислювальних комплексів. Також, виявлено протиріччя та обмеження існуючих методів ПІ перетворення та розроблених на їх основі комп'ютерних засобів, що обумовлює необхідність розробки теоретичних засад і методів побудови високопродуктивних ПІОС із рекурсивною архітектурою.
На основі проведеного аналізу здійснено постановку проблеми, сформульовано мету та задачі досліджень.
У розділі 2 виокремлено методологічні передумови для створення високопродуктивних ПІОС. Здійснено аналіз існуючих підходів подання інформаційного поля (ІП) для організації перетворення цифрових даних, у результаті якого визначено методи перетворення для проблемно-орієнтованих систем оброблення інформації. Наведено класифікацію проблемно-орієнтованих методів перетворення інформації, в якій введено та визначено положення таких класів, як пірамідальне перетворення та пірамідальне паралельно-ієрархічне перетворення, що досліджуються в роботі.
Наведені методологічні передумови для створення високопродуктивних ПІОС дозволяють їх використання для формалізації обчислювальних процедур багаторівневого процесу оброблення інформації. Визначено базові твердження, зокрема: множина аналогових операндів як міра інформації в найбільш ущільненій формі може бути подана у виді сукупності коефіцієнтів паралельно-ієрархічного розкладання, дискретизація яких у просторово-часовій (ПЧ) області визначається структурою паралельно-ієрархічної обчислювальної системи (ПІ мережі).
Визначено вимоги до організації мережевої обчислювальної структури ПІОС, що досліджується і розробляється в роботі. Для знаходження математично обґрунтованих зв'язків між рівнем якості конкретних моделей та архітектури високопродуктивних ПІОС із максимально можливою ефективністю ПІП, розглянуто та доведено відповідні твердження, зокрема: для ПІП в умовах допустимого вибору цифрової інформації на кожному рівні її оброблення існує мінімальний час перетворення, при якому кількість вихідних коефіцієнтів перетворення з найбільшою ймовірністю відповідає їх кількості в ідеальній моделі, з якого сформульовано такі наслідки:
– максимальна швидкодія ПІОС паралельного запису-зчитування інформації досягається просторово-часовим квантуванням часу, як оптимальним критерієм, за кількістю послідовно сформованих коефіцієнтів (хвостових елементів) ПІП;
– для досягнення швидкості перетворення в реальному часі при мінімальній складності ПІ алгоритмічних і програмних засобів операнди числового ІП повинні оброблятися на основі методу ПІП; а при записуванні, збереженні і зчитуванні інформації здійснюватися за допомогою ПІ кодів;
– ПІП дозволяє здійснити принцип розподіленого мережевого оброблення, що важливо при реалізації однорідних високопродуктивних обчислювальних структур.
Розглянуто окремі аналогії методів інтегрування неперервних і дискретних функцій і методу паралельно-ієрархічного перетворення. Розроблено моделі реалізації структурних схем ПІОС на основі різних комбінацій методів перетворення інформації відповідно до різних форм паралелізму.
У розділі 3 розроблено теоретичні основи організації високопродуктивних ПІОС із рекурсивною архітектурою.
Розроблено базові теоретичні положення та сформульовано основні поняття та означення моделі мережевого ПІП, що дозволяє їх використання для формалізації обчислювальних процедур багаторівневого процесу оброблення інформації в ПІОС.
Введено окремі поняття, що відносяться до деревоподібної моделі мережевої структури перетворення з регулярними зв'язками. Нехай граф G=(V,E) є структурою оброблення даних, що містить множину вузлів V і множину ребер E. Граф є направленим, якщо ребра подано у вигляді впорядкованих пар вузлів. Дерево перетворення визначається направленим графом, що володіє такими властивостями:
– тільки одні кореневі вузли не мають дуг, що входять у них;
– у кожен вузол входить множина дуг, кількість яких визначається нелінійною структурою оброблюваних даних;
– із кожного кореня до вузла йде єдиний шлях, тобто єдиний кінцевий набір ребер.
Така структура оброблення даних ототожнюється із направленим графом, причому вузлам відповідають елементи даних, а направлені дуги, що пов'язують вузли, описують різноманітні залежності між елементами і позначаються відповідним чином (рис. 1).Для подальшого аналізу організації мережевої структури ПІП введено такі основні означення.
