ОПТИМИЗАЦИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ В СИСТЕМАХ ПОЛУНАТУРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Краткое содержание

ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі «Аналіз методів і засобів організації обчислювальних процесів систем напівнатурного моделювання складних динамічних систем» проведений огляд: а) особливостей задач моделювання динамічних систем в реальному масштабі часу; б) функціональних вимог і особливостей напівнатурних засобів моделювання; в) програмно-апаратних засобів систем напівнатурного моделювання г) методів побудови розкладів в системах реального часу (РЧ); д) способів підвищення ефективності обчислювальних процесів з використанням методів цілочисельної оптимізації при розподілі та плануванні завдань. Розглянуто приклади багаточастотних динамічних об'єктів застосування напівнатурного моделювання. Показним є важливий об'єкт для промисловості – шахтна вентиляційна мережа (ШВМ), що представляється  у вигляді графа , де  – кількість гілок,  – кількість вузлів. Кожна гілка розглядається як об’єкт з розподіленими параметрами, що описується системою рівнянь динаміки руху повітря і змін концентрації метану. Представлення динаміки аерогазодинамічного об'єкта двочастотною математичною моделлю використовується для вирішення завдань гірничодобувної галузі. Особливо важливими серед них є такі, коли на перший план висуваються критичні вимоги швидкого реагування при встановлених директивних термінах обробки, зокрема: різке метановидеління, загроза пожеж в шахтах. Це обумовлює необхідність використання сучасних апаратних платформ в реальному часі при вирішенні завдань дослідження режимів керування провітрюванням у шахтах.

На підставі виконаного аналізу формулюється актуальна мета підвищення ефективності моделювання динамічних систем в реальному масштабі часу за рахунок оптимізації обчислювального процесу. Визначено завдання вдосконалення цифрових напівнатурних систем моделювання шляхом розробки проектних рішень для визначення параметрів циклу реального часу цифрової частини багатоядерної системи.

 У другому розділі «Розробка дискретних моделей паралельних завдань циклу реального часу напівнатурної динамічної системи» при розгляді структури напівнатурної системи моделювання особлива увага приділяється цифровій частині. Основним завданням такої системи є обчислення різночастотних фазових змінних задачі моделювання (ЗМ), які виконуються в окремих програмних потоках з постійною тривалістю , де M – кількість потоків). Для дотримання реального масштабу часу робота кожного потоку повинна бути завершена протягом директивного періоду  об’єкта. Порушення директивних термінів виконання призводить до збою в роботі системи і може викликати аварійні наслідки. Керування всіма апаратними ресурсами, на яких виконуються потоки ЗМ, відбувається під контролем ядра системи моделювання.

В дисертаційній роботі виконується аналіз цифрової частини апаратної платформи, яка реалізується на багатоядерній платформі. Розглядається модель такої системи, до складу якої входять: оперативна пам'ять, n-ядерний суперскалярний процесор, на кожному з обчислювальних ядер якого може виконуватися pl контекстів задачі моделювання і час перемикання між якими становить p. Швидкодія такої системи при циклічному розкладі оцінюється функцією, яка залежить від параметрів: кількості потоків, кількості ядер системи, часу обробки потоків завдання на ядрі, періодів надходження M потоків в систему, часу перемикання контексту обчислень, часу доступу до пам'яті. При цьому підвищити швидкодію необхідно за умови виконання всіх потоків без порушення директивних термінів. У роботі пропонуються два варіанти вирішення цієї проблеми: зменшення необхідних витрат процесорного часу на обчислення фазових змінних, що призводить до зниження вимог ЗМ до апаратури, і оптимізація планування обчислювальних потоків (зменшення використання процесорних ресурсів), що розширює клас вирішуваних завдань. Обидва підходи враховуються в запропонованій циклічній організації обчислювального процесу.