Публикации по теме диссертации. Публикации в журналах, входящих в перечень ВАК: 1. Арыков С. Б., Малышкин В. Э. Алгоритмы конструирования асинхрон­ ных программ заданной степени


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ÓÄÊ004.432,004.434:5,
004.4'42,004.451.45
Íàïðàâàõðóêîïèñè
ÀðûêîâÑåðãåéÁîðèñîâè÷
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÷èñëåííîãîìîäåëèðîâàíèÿ
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ìàøèí,êîìïëåêñîâèêîìïüþòåðíûõñåòåé
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äèññåðòàöèèíàñîèñêàíèåó÷¼íîéñòåïåíè
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Íîâîñèáèðñê2010
ÐàáîòàâûïîëíåíàâÓ÷ðåæäåíèèÐîññèéñêîéàêàäåìèèíàóêÈíñòèòóòå
âû÷èñëèòåëüíîéìàòåìàòèêèèìàòåìàòè÷åñêîéãåîôèçèêèÑèáèðñêîãîîòäå-
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Íàó÷íûéðóêîâîäèòåëü:
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Âåäóùàÿîðãàíèçàöèÿ:
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ïîàäðåñó:630090,ã.Íîâîñèáèðñê,ïð.Àêàä.Ëàâðåíòüåâà,ä.6.
ÑäèññåðòàöèåéìîæíîîçíàêîìèòüñÿâáèáëèîòåêåÈíñòèòóòàñèñòåìèíôîð
ìàòèêèÑèáèðñêîãîîòäåëåíèÿÐÀÍ.
Àâòîðåôåðàòðàçîñëàí15íîÿáðÿ2010ã.
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äèññåðòàöèîííîãîñîâåòà,
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2
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íûõèïðèêëàäíûõçàäà÷ïðîäîëæàåòâîçðàñòàòü.Äëÿìîäåëèðîâàíèÿñâûñî
êîéòî÷íîñòüþíåîáõîäèìûîãðîìíûåâû÷èñëèòåëüíûåðåñóðñû,ïîýòîìóäëÿ
áîëüøèíñòâàçàäà÷ðàçðàáàòûâàþòñÿïàðàëëåëüíûåïðîãðàììû,ïîçâîëÿþùèå
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Ðàçðàáîòêàõîðîøåéïàðàëëåëüíîéïðîãðàììûâíàñòîÿùååâðåìÿîñòà¼òñÿ
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íîñòåéñðåäñòâðàçðàáîòêè.Âïàðàëëåëüíûõïðîãðàììàõâñòðå÷àþòñÿñïåöè
ôè÷åñêèåîøèáêè,êîòîðûåñëîæíîîáíàðóæèòüèóñòðàíèòüâñèëóíåäåòåðìè
íèçìàèñïîëíåíèÿòàêèõïðîãðàìì.Íàêîíåö,ïåðåíîñïàðàëëåëüíîéïðîãðàì
ìûñîäíîãîâû÷èñëèòåëÿíàäðóãîé÷àñòîòàêæåñîïðÿæ¼íñîçíà÷èòåëüíûìè
òðóäíîñòÿìè.
Òàêèìîáðàçîì,ñïåöèàëèñòàì-ïðèêëàäíèêàìïðèõîäèòñÿóäåëÿòüñëèø
êîìáîëüøîåâíèìàíèåïðîáëåìàìïàðàëëåëüíîãîïðîãðàììèðîâàíèÿ.Âñâÿçè
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ñêðûâàþòîòïîëüçîâàòåëÿòåõíè÷åñêèåòðóäíîñòèðàçðàáîòêèïàðàëëåëüíûõ
ïðîãðàììèïîçâîëÿþòñîñðåäîòî÷èòüñÿíààëãîðèòìåðåøåíèÿçàäà÷è.
Çíà÷èòåëüíûìøàãîìíàýòîìïóòèìîæíîñ÷èòàòüòàêèåñèñòåìû,êàê
HPF,DVM,mpC.Îíèáåðóòíàñåáÿçàáîòóîðåàëèçàöèèêîììóíèêàöèé,ñèí
õðîíèçàöèéèíåêîòîðûõäðóãèõïðîáëåìàõ,îäíàêî,âñèëóèçëèøíåæåñòêî
3
çàäàííîãîóïðàâëåíèÿ(÷òîõàðàêòåðíîäëÿâñåõèìïåðàòèâíûõÿçûêîâ),àâòî
ìàòè÷åñêèâûÿâèòüâíóòðåííèéïàðàëëåëèçìàëãîðèòìà÷àñòîíåóäà¼òñÿ.
Ñïîâñåìåñòíûìðàñïðîñòðàíåíèåììíîãîÿäåðíûõïðîöåññîðîâçàäà÷à
ðàçðàáîòêèïàðàëëåëüíîéïðîãðàììûåù¼áîëååóñëîæíÿåòñÿ,ïîñêîëüêóýô
ôåêòèâíîðàñïðåäåëèòüäîñòóïíûåðåñóðñûìåæäóêðóïíûìèâçàèìîäåéñòâóþ
ùèìèïîñëåäîâàòåëüíûìèïðîöåññàìèçàòðóäíèòåëüíî.Ýòîïîðîäèëîìíîæå
ñòâîèññëåäîâàòåëüñêèõïðîåêòîâ,íàïðàâëåííûõíàïîèñêáîëååïîäõîäÿùåé
ìîäåëèâû÷èñëåíèé.Ñðåäèðîññèéñêèõðàçðàáîòîêìîæíîîòìåòèòüïðîåêò
ÌÀÐÑ(ÿçûêèÁàðñèÏîëÿð),ñèñòåìóÍÎÐÌÀ,ñèñòåìóOpenTS;ñðåäèçàðó
áåæíûõáèáëèîòåêóPLASMA,ñèñòåìûALF,Charm++,SMPsuperscalarè
äðóãèå.
Îäíèìèçíîâûõïîäõîäîâ,àëüòåðíàòèâíûõïðîãðàììèðîâàíèþíàîñíî
âåïàðàëëåëüíî-ïîñëåäîâàòåëüíîéìîäåëèâû÷èñëåíèé,ÿâëÿåòñÿôðàãìåíòè
ðîâàííîåïðîãðàììèðîâàíèå.Êåãîîñíîâíûìïðåèìóùåñòâàììîæíîîòíåñòè
âîçìîæíîñòüàâòîìàòè÷åñêîéãåíåðàöèèïàðàëëåëüíîéïðîãðàììû,âîçìîæ
íîñòüàâòîìàòè÷åñêèîáåñïå÷èòüïðîãðàììàìðÿääèíàìè÷åñêèõñâîéñòâ,ëó÷
øóþïåðåíîñèìîñòüìåæäóâû÷èñëèòåëÿìèðàçëè÷íîéàðõèòåêòóðû,àòàêæå
âîçìîæíîñòüâûïîëíèòüôîðìàëüíûéàíàëèçïàðàëëåëüíîéïðîãðàììû.Ýòîò
ïîäõîäâíàñòîÿùååâðåìÿàêòèâíîðàçâèâàåòñÿ,èâñóùåñòâóþùèõïðîåêòàõ
(PLASMA,ALF,Charm++)ðåàëèçîâàíûëèøüåãîîòäåëüíûåýëåìåíòû.Ïî
ýòîìóäàëüíåéøååðàçâèòèåñðåäñòâôðàãìåíòèðîâàííîãîïðîãðàììèðîâàíèÿ
ÿâëÿåòñÿàêòóàëüíîéçàäà÷åé.
Îáúåêòèïðåäìåòèññëåäîâàíèÿ.
Îáúåêòîìèññëåäîâàíèÿÿâëÿåòñÿôðàã
ìåíòèðîâàííîåïðîãðàììèðîâàíèå.Ïðåäìåòèññëåäîâàíèÿÿçûêèèñèñòåìû
ôðàãìåíòèðîâàííîãîïðîãðàììèðîâàíèÿ.
Öåëüðàáîòû.
Öåëüþäèññåðòàöèîííîéðàáîòûÿâëÿåòñÿ
ðàçðàáîòêàÿçû
êàèñèñòåìûôðàãìåíòèðîâàííîãîïàðàëëåëüíîãîïðîãðàììèðîâàíèÿçàäà÷
÷èñëåííîãîìîäåëèðîâàíèÿ
.
4
Äëÿäîñòèæåíèÿïîñòàâëåííîéöåëèáûëèñôîðìóëèðîâàíûñëåäóþùèå
çàäà÷è:
1.
Àíàëèçèçâåñòíûõìîäåëåé,ìåòîäîâèïðîãðàììíûõñðåäñòâïàðàëëåëü
íîãîïðîãðàììèðîâàíèÿèôîðìóëèðîâàíèåòðåáîâàíèéêñèñòåìåôðàã
ìåíòèðîâàííîãîïàðàëëåëüíîãîïðîãðàììèðîâàíèÿ.
2.
Ðàçðàáîòêàìîäåëèâû÷èñëåíèé,ó÷èòûâàþùåéîñîáåííîñòèôðàãìåíòè
ðîâàííîãîïðåäñòàâëåíèÿàëãîðèòìîâ÷èñëåííîãîìîäåëèðîâàíèÿ.
3.
Ðàçðàáîòêàÿçûêàïðîãðàììèðîâàíèÿ,ïîçâîëÿþùåãîïðåäñòàâëÿòüôðàã
ìåíòèðîâàííûåàëãîðèòìûâòåðìèíàõïðåäëîæåííîéìîäåëè.
4.
Ðåàëèçàöèÿðàçðàáîòàííûõìîäåëåé,ìåòîäîâèàëãîðèòìîâââèäåñèñòå
ìûôðàãìåíòèðîâàííîãîïàðàëëåëüíîãîïðîãðàììèðîâàíèÿäëÿàðõèòåê
òóðñîáùåéïàìÿòüþ.
Ìåòîäûèññëåäîâàíèÿ.
Âðàáîòåèñïîëüçîâàëèñüðåçóëüòàòûòåîðèèàëãî
ðèòìîâ,òåîðèèìíîæåñòâ,òåîðèèôîðìàëüíûõÿçûêîâ.Âêà÷åñòâåôîðìàëüíîé
ìîäåëèïàðàëëåëèçìàâçÿòààñèíõðîííàÿìîäåëüâû÷èñëåíèé.Âýêñïåðèìåí
òàëüíûõèññëåäîâàíèÿõïðèìåíÿëèñüìåòîäûñèñòåìíîãî,îáúåêòíî-îðèåíòè
ðîâàííîãîèïàðàëëåëüíîãîïðîãðàììèðîâàíèÿ.
Íàó÷íàÿíîâèçíà.
Íàó÷íîéíîâèçíîéîáëàäàþòñëåäóþùèåðåçóëüòàòû
äèññåðòàöèîííîéðàáîòû,ïîëó÷åííûåàâòîðîìëè÷íî:
1.
Àñèíõðîííàÿìîäåëüâû÷èñëåíèéñóïðàâëåíèåìíàîñíîâåñòðîãîãî÷à
ñòè÷íîãîïîðÿäêà,îðèåíòèðîâàííàÿíàôðàãìåíòèðîâàííîåïðîãðàììè
ðîâàíèå÷èñëåííûõçàäà÷,èàëãîðèòìûå¼ïðåîáðàçîâàíèÿâàñèíõðîí
íóþìîäåëüñóïðàâëÿþùèìèîïåðàòîðàìè.
2.
Ñîâîêóïíîñòüñïîñîáîâçàäàíèÿóïðàâëåíèÿâîôðàãìåíòèðîâàííîéïðî
ãðàììå,âêëþ÷àÿìàññîâîåóïðàâëåíèå.
5
3.
Àëãîðèòìûðåàëèçàöèèñèñòåìûôðàãìåíòèðîâàííîãîïðîãðàììèðîâà
íèÿÀñïåêòäëÿàðõèòåêòóðñîáùåéïàìÿòüþ,àòàêæåñàìàðåàëèçàöèÿ,
âòîì÷èñëå:

àëãîðèòìûãåíåðàöèèóïðàâëÿþùèõîïåðàòîðîâ,ïîääåðæèâàþùèå
ìàññîâîåóïðàâëåíèå;

ìåòîäèêàïðåäñòàâëåíèÿàñèíõðîííîéïðîãðàììûíàÿçûêåC++.
Ïðàêòè÷åñêàÿçíà÷èìîñòü.
Ðåçóëüòàòûðàáîòûìîãóòëå÷üâîñíîâóøè
ðîêîãîñïåêòðàñðåäñòâðàçðàáîòêèôðàãìåíòèðîâàííûõïàðàëëåëüíûõïðî
ãðàììèïðèìåíÿòüñÿäëÿðåøåíèÿïðèêëàäíûõçàäà÷÷èñëåííîãîìîäåëèðî
âàíèÿ.ßçûêÀñïåêòïîçâîëÿåòíà÷àòüíàêîïëåíèåáèáëèîòåêèôðàãìåíòèðî
âàííûõàëãîðèòìîâ,àâîçìîæíîñòüçàìåíûðàçðàáîòàííîéèñïîëíèòåëüíîé
ïîäñèñòåìûíàäðóãóþîáåñïå÷èâàåòïåðåíîñèìîñòüÀñïåêò-ïðîãðàìì.
ÑèñòåìàïðîãðàììèðîâàíèÿÀñïåêòèñïîëüçóåòñÿâîòäåëåÌÎÂÂÑÈí
ñòèòóòàâû÷èñëèòåëüíîéìàòåìàòèêèèìàòåìàòè÷åñêîéãåîôèçèêèÑÎÐÀÍ
äëÿâûïîëíåíèÿèññëåäîâàíèéïîðàçëè÷íûìïðîåêòàì,àòàêæåâó÷åáíîì
ïðîöåññåÍîâîñèáèðñêîãîãîñóäàðñòâåííîãîóíèâåðñèòåòàèÍîâîñèáèðñêîãî
ãîñóäàðñòâåííîãîòåõíè÷åñêîãîóíèâåðñèòåòàäëÿîáó÷åíèÿñòóäåíòîâïàðàë
ëåëüíîìóïðîãðàììèðîâàíèþ.
Íàçàùèòóâûíîñÿòñÿ:
1.
Àñèíõðîííàÿìîäåëüâû÷èñëåíèéñóïðàâëåíèåìíàîñíîâåñòðîãîãî÷à
ñòè÷íîãîïîðÿäêà,îðèåíòèðîâàííàÿíàôðàãìåíòèðîâàííîåïðîãðàììè
ðîâàíèå÷èñëåííûõçàäà÷,èàëãîðèòìûå¼ïðåîáðàçîâàíèÿâàñèíõðîí
íóþìîäåëüñóïðàâëÿþùèìèîïåðàòîðàìè.
2.
ßçûêôðàãìåíòèðîâàííîãîïðîãðàììèðîâàíèÿÀñïåêò.
3.
ÑèñòåìàôðàãìåíòèðîâàííîãîïðîãðàììèðîâàíèÿÀñïåêòèàëãîðèòìûå¼
ðåàëèçàöèè.
6
Àïðîáàöèÿðàáîòû.
Îñíîâíûåðåçóëüòàòûäèññåðòàöèîííîéðàáîòûäî
êëàäûâàëèñüèîáñóæäàëèñü:

íàÊîíôåðåíöèèìîëîäûõó÷åíûõÈÂÌèÌÃÑÎÐÀÍ(Íîâîñèáèðñê,2005
è2006ãã.);

íàVIIIÂñåðîññèéñêîéêîíôåðåíöèèìîëîäûõó÷åíûõïîìàòåìàòè÷å
ñêîìóìîäåëèðîâàíèþèèíôîðìàöèîííûìòåõíîëîãèÿì(Íîâîñèáèðñê,
2007ã.);

íàÌåæäóíàðîäíîéíàó÷íîéêîíôåðåíöèè¾Ïàðàëëåëüíûåâû÷èñëèòåëü
íûåòåõíîëîãèè(ÏàÂÒ'2008)¿(Ñàíêò-Ïåòåðáóðã,28ÿíâàðÿ1ôåâðàëÿ
2008ã.);

íàVIÂñåðîññèéñêîéêîíôåðåíöèèñòóäåíòîâ,àñïèðàíòîâèìîëîäûõó÷å
íûõ¾Ìîëîä¼æüèñîâðåìåííûåèíôîðìàöèîííûåòåõíîëîãèè¿(Òîìñê,
26-28ôåâðàëÿ2008ã.);

íàÌåæäóíàðîäíîéíàó÷íîéêîíôåðåíöèè¾Ïàðàëëåëüíûåâû÷èñëèòåëü
íûåòåõíîëîãèè(ÏàÂÒ'2009)¿(ÍèæíèéÍîâãîðîä,30ìàðòà3àïðåëÿ
2009ã.);

íàÌåæäóíàðîäíîéíàó÷íîéêîíôåðåíöèè¾ParallelComputerTechnologies
(PaCT-2009)¿(Íîâîñèáèðñê,31àâãóñòà4ñåíòÿáðÿ2009ã.);

íàÌåæäóíàðîäíîéíàó÷íîéêîíôåðåíöèè¾Ïàðàëëåëüíûåâû÷èñëèòåëü
íûåòåõíîëîãèè(ÏàÂÒ'2010)¿(Óôà,29ìàðòà2àïðåëÿ2010ã.);

íàíàó÷íûõñåìèíàðàõ¾Ìàòåìàòè÷åñêîåèàðõèòåêòóðíîåîáåñïå÷åíèå
ïàðàëëåëüíûõâû÷èñëåíèé¿(îòäåëÌÎÂÂÑÈíñòèòóòàâû÷èñëèòåëü
íîéìàòåìàòèêèèìàòåìàòè÷åñêîéãåîôèçèêèÑÎÐÀÍ),¾Àðõèòåêòóðà,
7
ñèñòåìíîåèïðèêëàäíîåïðîãðàììíîåîáåñïå÷åíèåêëàñòåðíûõñóïåð
ÝÂÌ¿(ðàñøèðåííûéñåìèíàðÑÑÊÖ,ÍÃÓ,ÖåíòðàÊîìïåòåíöèèÑÎ
ÐÀÍINTEL),¾Ñèñòåìíîåïðîãðàììèðîâàíèå¿,¾Êîíñòðóèðîâàíèåè
îïòèìèçàöèÿïðîãðàìì¿(îáúåäèí¼ííûåñåìèíàðûêàôåäðûïðîãðàììè
ðîâàíèÿÍÃÓèÈíñòèòóòàñèñòåìèíôîðìàòèêèèìåíèÀ.Ï.Åðøîâà
ÑÎÐÀÍ).
Ïóáëèêàöèè.
Ïîòåìåäèññåðòàöèèîïóáëèêîâàíî11ðàáîò,âòîì÷èñëå
3ñòàòüèâðåöåíçèðóåìûõæóðíàëàõè4ñòàòüèâñáîðíèêàõòðóäîâìåæäóíà
ðîäíûõêîíôåðåíöèé.
Ëè÷íûéâêëàäàâòîðà.
Âûíîñèìûåíàçàùèòóðåçóëüòàòûïîëó÷åíûàâ
òîðîìëè÷íî.Âîïóáëèêîâàííûõñîâìåñòíûõðàáîòàõó÷àñòèåàâòîðàçàêëþ÷à
ëîñüâðàçðàáîòêåèèññëåäîâàíèèàëãîðèòìîâèèõïðîãðàììíîéðåàëèçàöèè.
Ïîñòàíîâêàèèññëåäîâàíèåçàäà÷îñóùåñòâëÿëèñüñîâìåñòíûìèóñèëèÿìèñî
àâòîðîâ.Ñîçäàíèåèâíåäðåíèåïðèêëàäíûõðàçðàáîòîêîñóùåñòâëåíîàâòîðîì
ëè÷íî.
Ñòðóêòóðàèîáúåìäèññåðòàöèè.
Äèññåðòàöèîííàÿðàáîòàñîñòîèòèç
ââåäåíèÿ,ïÿòèãëàâ,çàêëþ÷åíèÿ,ñïèñêàëèòåðàòóðûèç125íàèìåíîâàíèéè
ïÿòèïðèëîæåíèé.Îáùèéîáúåìðàáîòûñîñòàâëÿåò195ñòðàíèö,èçíèõ151
ñòðàíèöàîñíîâíîãîòåêñòà,âêëþ÷àÿ13òàáëèöè23ðèñóíêà.Îáùèéîáúåì
ïðîãðàììíîãîêîäàñîñòàâëÿåò9702ñòðîêè.
Ñîäåðæàíèåðàáîòû
Âîââåäåíèè
îáîñíîâàíààêòóàëüíîñòüäèññåðòàöèîííîéðàáîòû,ñôîð
ìóëèðîâàíûöåëüèíàó÷íàÿíîâèçíàèññëåäîâàíèé,ïîêàçàíàïðàêòè÷åñêàÿ
çíà÷èìîñòüïîëó÷åííûõðåçóëüòàòîâ,ïðåäñòàâëåíûðåçóëüòàòû,âûíîñèìûåíà
çàùèòó.
8
Âïåðâîéãëàâå
èçëàãàþòñÿðàçëè÷íûåïîäõîäûêðàçðàáîòêåïàðàëëåëü
íûõïðîãðàììèôîðìóëèðóþòñÿòðåáîâàíèÿêñèñòåìåïðîãðàììèðîâàíèÿ.
Âðàçäåëå1.1ïðèâîäèòñÿêëàññèôèêàöèÿñðåäñòâðàçðàáîòêèïàðàëëåëü
íûõïðîãðàììíàîñíîâåìåòîäàðàçðàáîòêè.Âûäåëÿþòñÿñëåäóþùèåìåòîäû:
ðàñïàðàëëåëèâàíèåïîñëåäîâàòåëüíûõïðîãðàìì,èñïîëüçîâàíèåïàðàëëåëüíûõ
áèáëèîòåê,ïîääåðæêàðàñïàðàëëåëèâàþùèõêîíñòðóêöèéâñóùåñòâóþùèõ
ÿçûêàõ,ïðîãðàììèðîâàíèåíàîñíîâåøàáëîíîâ,ñèñòåìûïîääåðæêèâðåìå
íèâûïîëíåíèÿ,íîâûåÿçûêèïðîãðàììèðîâàíèÿ,âèçóàëüíîåïðîåêòèðîâàíèå
ïàðàëëåëüíûõïðîãðàìì.Îïèñàíèåêàæäîãîìåòîäàñîïðîâîæäàåòñÿêðàòêîé
õàðàêòåðèñòèêîé,óêàçàíèÿìèíàñëîæíîñòè,âîçíèêàþùèåïðèåãîïðèìåíå
íèè,àòàêæåññûëêàìèíàèçâåñòíûåïðîåêòû.
Ðàçäåë1.2ïîñâÿùåíäåòàëüíîìóàíàëèçóñðåäñòâðàçðàáîòêèàñèíõðîí
íûõïðîãðàìì.Ðàññìàòðèâàåòñÿïÿòüïðîåêòîâ:ÌÀÐÑ(Âû÷èñëèòåëüíûéöåíòð
ÑÎÀÍÑÑÑÐ),OpenTS(Èññëåäîâàòåëüñêèéöåíòðìóëüòèïðîöåññîðíûõñè
ñòåìÈÏÑÐÀÍ),Charm++(ÈëëèíîéñêèéóíèâåðñèòåòâÓðáàíà-Øàìïåéí),
ÃðàôÏëþñ(Ñàìàðñêèéãîñóäàðñòâåííûéàýðîêîñìè÷åñêèéóíèâåðñèòåò)è
PLASMA(ñîâìåñòíûéïðîåêòóíèâåðñèòåòàøòàòàÒåííåññè,Êàëèôîðíèé
ñêîãîóíèâåðñèòåòàâÁåðêëèèóíèâåðñèòåòàøòàòàÊîëîðàäîâÄåíâåðå).Äëÿ
êàæäîãîïðîåêòàîïèñûâàåòñÿìîäåëüâû÷èñëåíèé,ÿçûêïðîãðàììèðîâàíèÿè
îñîáåííîñòèðåàëèçàöèè,àíàëèçèðóþòñÿäîñòîèíñòâàèíåäîñòàòêè,ïðèâîäèò
ñÿïðèìåðïðîãðàììû.
Âðàçäåëå1.3íàîñíîâåàíàëèçàðàññìîòðåííûõïðîåêòîâôîðìóëèðó
þòñÿòðåáîâàíèÿêïåðñïåêòèâíîéñèñòåìåïàðàëëåëüíîãîïðîãðàììèðîâàíèÿ,
âêëþ÷àþùèåôðàãìåíòèðîâàííîåïðåäñòàâëåíèåàëãîðèòìîâ,ÿâíîåîïèñàíèå
óïðàâëåíèÿ,àñèíõðîííîñòü,âûñîêèéóðîâåíüïðîãðàììèðîâàíèÿ,ñïåöèàëè
çèðîâàííîñòü.
Âòîðàÿãëàâà
ïîñâÿùåíàèññëåäîâàíèþòåîðåòè÷åñêèõîñíîâôðàãìåíòè
ðîâàííîãîïîäõîäàêïðîãðàììèðîâàíèþ.
9
Âðàçäåëå2.1îáñóæäàþòñÿòåîðåòè÷åñêèå(ñèíòåçïàðàëëåëüíûõïðî
ãðàììíàâû÷èñëèòåëüíûõìîäåëÿõ),ïðàêòè÷åñêèå(ìåòîä¾÷àñòèöû-â-ÿ÷åé
êàõ¿)èýêñïåðèìåíòàëüíûå(îïòèìèçàöèÿïîäñóùåñòâóþùèåàðõèòåêòóðû)
ïðåäïîñûëêèâîçíèêíîâåíèÿôðàãìåíòèðîâàííîãîïðîãðàììèðîâàíèÿ,ïîñëå
÷åãîíàïðèìåðåçàäà÷èóìíîæåíèÿìàòðèöíåôîðìàëüíîïîÿñíÿþòñÿîñíîâ
íûåïîíÿòèÿýòîãîïîäõîäà.
Îïðåäåëåíèå1.
Ôðàãìåíòèðîâàííîåïðîãðàììèðîâàíèå
ýòîïðåäñòàâ
ëåíèåàëãîðèòìàðåøåíèÿçàäà÷èââèäåìíîæåñòâà
ôðàãìåíòîâäàííûõ
è
ìíîæåñòâà
ôðàãìåíòîâêîäà
.Ôðàãìåíòêîäàïîëó÷àåòíàâõîäíàáîð
âõîäíûõ
ôðàãìåíòîâäàííûõ
,íàîñíîâåêîòîðûõâû÷èñëÿåòíàáîð
âûõîäíûõôðàãìåí
òîâäàííûõ
.Ïîäñòàíîâêàôðàãìåíòîâäàííûõâêà÷åñòâåïàðàìåòðîâôðàãìåí
òàêîäàíàçûâàåòñÿ
ïðèìåíåíèåì
ôðàãìåíòàêîäàêôðàãìåíòàìäàííûõ(îäèí
èòîòæåôðàãìåíòêîäàìîæåòïðèìåíÿòüñÿêðàçëè÷íûìôðàãìåíòàìäàííûõ).
Ñîâîêóïíîñòüôðàãìåíòàêîäàèåãîâõîäíûõèâûõîäíûõôðàãìåíòîâäàííûõ
íàçûâàåòñÿ
ôðàãìåíòîìâû÷èñëåíèé
.Íàìíîæåñòâåôðàãìåíòîââû÷èñëåíèé
çàäà¼òñÿñòðîãèé÷àñòè÷íûéïîðÿäîê.
Îïðåäåëåíèå2.
Óïðàâëåíèå
ýòîìíîæåñòâîîãðàíè÷åíèéíàïîðÿäîê
âûïîëíåíèÿôðàãìåíòîââû÷èñëåíèé.
Ðàçäåë2.2ïîñâÿù¼íðàçðàáîòêåïîäõîäÿùåéìîäåëèâû÷èñëåíèéäëÿ
ôðàãìåíòèðîâàííîãîïðîãðàììèðîâàíèÿ÷èñëåííûõçàäà÷.Âêà÷åñòâåáàçîâîé
âûáðàíààñèíõðîííîéìîäåëüâû÷èñëåíèé.Äà¼òñÿôîðìàëüíîåîïðåäåëåíèå
ïðîñòîéàñèíõðîííîéìîäåëè,àñèíõðîííîéìîäåëèñîñòðóêòóðíûìèÀ-áëîêà
ìè,àñèíõðîííîéìîäåëèñìàññîâûìèÀ-áëîêàìè.Âýòèõìîäåëÿõóïðàâëåíèå
ñêðûâàåòñÿâíóòðèóïðàâëÿþùèõîïåðàòîðîâ,÷òîäåëàåòåãîíåäîñòóïíûìäëÿ
àíàëèçà,êîòîðûéíåîáõîäèìäëÿàâòîìàòè÷åñêîãî/àâòîìàòèçèðîâàííîãîðàñ
ïðåäåëåíèÿðåñóðñîâ.Ïîýòîìóïðåäëàãàåòñÿàñèíõðîííàÿìîäåëüâû÷èñëåíèé
ñóïðàâëåíèåìíàîñíîâåñòðîãîãî÷àñòè÷íîãîïîðÿäêà,êîòîðàÿïðåäñòàâëÿåò
èíôîðìàöèþîáóïðàâëåíèèíàóðîâíåìîäåëè.
10
Îïðåäåëåíèå3.
Àñèíõðîííàÿïðîãðàììàñóïðàâëåíèåìíàîñíîâåñòðîãî
ãî÷àñòè÷íîãîïîðÿäêà
ïðåäñòàâëÿåòñîáîéíàáîð
P
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M
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A
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M
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ìíîæåñòâî
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,
M
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1
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x
m
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;
A
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À-áëîêîâ
,
A
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j
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2
1
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M
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M
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Y
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x
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¯
z
g
,
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äî÷åííûõïîäìíîæåñòâ,êîòîðûåíàçûâàþòñÿ
ìàññèâàìè
,èëè
ñòðóêòóðíûìè
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.Ýëåìåíòûìàññèâà
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x
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x
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¯
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G

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2
G
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A
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ìíîæåñòâî,è
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,åñëè
N
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N
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îáëàñòüþïðèìåíèìîñòè
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A
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.
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A
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k
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x
l
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x
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s
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l
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O
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,êîòîðàÿïîçíà÷åíèÿì
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x
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m
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n
,ïðèýòîìêîëè÷åñòâî
âõîäíûõèâûõîäíûõïàðàìåòðîââñåõýêçåìïëÿðîâîäíîãîÀ-áëîêàñîâïàäàåò:
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j
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j
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,
q
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R
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k
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ïîðÿäîê,çàäàííûéíàïîäìíîæåñòâå
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k
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C
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h
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,
y
t
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k
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,ëèáîÀ-ïðîãðàììà
P
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,êîòîðàÿâû÷èñëÿåòâñåïåðåìåí
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O
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A
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f
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Àñèíõðîííàÿñèñòåìà
åñòüíàáîðïðàâèë,ïîçâîëÿþùèõ
ïðîèçâåñòèâû÷èñëåíèÿäëÿçàäàííîéàñèíõðîííîéïðîãðàììû
P
:
1.
ÏðèçàïóñêåÀ-ïðîãðàììûíàèñïîëíåíèåôîðìèðóåòñÿìíîæåñòâî
A
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êèñïîëíåíèþýêçåìïëÿðîâÀ-áëîêîâ
A
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A
0
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f
A
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j:9
(
B
p
q
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A
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2
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^
T
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ÈÑÒÈÍÀ
g
.
2.
Èçìíîæåñòâàãîòîâûõýêçåìïëÿðîâ
A
0
âûäåëÿåòñÿíåêîòîðîåïîäìíîæå
ñòâî
A
00
,ýêçåìïëÿðûêîòîðîãîçàïóñêàþòñÿíàèñïîëíåíèå.Èñïîëíåíèå
ýêçåìïëÿðàÀ-áëîêà
A
i
k
ñîñòîèòââû÷èñëåíèèåãîîïåðàöèè
O
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k
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âåðêåçíà÷åíèéòðèããåð-ôóíêöèéâñåõýêçåìïëÿðîâ
B
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âû÷èñëåíèÿ
O
i
k
âñåïðåäøåñòâóþùèåýêçåìïëÿðûÀ-áëîêîâîêàçàëèñü
âû÷èñëåííûìè,èäîáàâëåíèèâìíîæåñòâî
A
0
òåõ
B
p
q
,óêîòîðûõòðèã
ãåð-ôóíêöèèèìåþòçíà÷åíèåÈÑÒÈÍÀ.Âû÷èñëåíèåîïåðàöèè
O
i
k
ñî
ñòîèòëèáîââû÷èñëåíèèâñåõôóíêöèé
f
1
;
f
2
;:::;
f
n
,ëèáîââû÷èñëåíèè
À-ïðîãðàììû
P
0
,êîòîðàÿâû÷èñëÿåòñÿïîòåìæåïðàâèëàì,÷òîèèñ
õîäíàÿÀ-ïðîãðàììà
P
.Âïîñëåäíåìñëó÷àå
O
i
k
In

M
0
,
O
i
k
Out

M
0

îïåðàöèÿ
O
i
k
ñ÷èòàåòñÿâû÷èëåííîé,êîãäàÀ-ïðîãðàììà
P
0
çàâåðøèëà
ñâî¼èñïîëíåíèå.Ýêçåìïëÿðûèñïîëíÿþòñÿíåçàâèñèìîäðóãîòäðóãà,
êàæäûéýêçåìïëÿðèñïîëíÿåòñÿíåáîëååîäíîãîðàçà.
3.
ÈñïîëíåíèåÀ-ïðîãðàììûçàâåðøàåòñÿ,êîãäàíèîäèíýêçåìïëÿðÀ-áëî
êàíåèñïîëíÿåòñÿèìíîæåñòâîãîòîâûõýêçåìïëÿðîâïóñòî:
A
0
=
;
.
Åñëèâàñèíõðîííîéìîäåëèñóïðàâëåíèåìíàîñíîâåñòðîãîãî÷àñòè÷
íîãîïîðÿäêàðàññìàòðèâàòüêàæäóþïåðåìåííóþ(ïðîñòóþëèáîêîìïîíåíò
12
ìàññèâà)êàêôðàãìåíòäàííûõ,êàæäûéÀ-áëîêêàêôðàãìåíòêîäà,àêàæäûé
ýêçåìïëÿðÀ-áëîêàêàêôðàãìåíòâû÷èñëåíèé,òîïðåäñòàâëåíèåàëãîðèòìà
âàñèíõðîííîéìîäåëèáóäåòñîîòâåòñòâîâàòüôðàãìåíòèðîâàííîìóïðåäñòàâ
ëåíèþ.
Òåîðåìà1.
ÏóñòüîïåðàöèèýêçåìïëÿðîâÀ-áëîêîâðåàëèçóþòëèøüïðî
ñòåéøèåâû÷èñëèìûåôóíêöèè(ñëåäîâàíèÿ,âûáîðàèíóëåâóþôóíêöèþ).Òî
ãäàêëàññàñèíõðîííûõïðîãðàììñóïðàâëåíèåìíàîñíîâåñòðîãîãî÷àñòè÷
íîãîïîðÿäêàïîçâîëÿåòîïðåäåëèòüëþáóþ÷àñòè÷íîðåêóðñèâíóþôóíêöèþ.
Âðàçäåëå2.3ðàññìàòðèâàþòñÿâîïðîñûêîíñòðóèðîâàíèÿàñèíõðîííûõ
ïðîãðàìì.Ïðåäëîæåíûäâàôîðìàëüíûõîïðåäåëåíèÿóïðàâëÿþùèõîïåðàòî
ðîâ:íàîñíîâåïðèçíàêîâçàâåðøåíèÿ/ãîòîâíîñòèèíàîñíîâåñ÷¼ò÷èêîâçàâè
ñèìîñòåé.Îñíîâíûìäîñòîèíñòâîìïåðâîãîïîäõîäàÿâëÿåòñÿáîëååïðîñòàÿ
ðåàëèçàöèÿ,òîãäàêàêâòîðîéïîäõîäïîçâîëÿåòèñïîëíÿòüçàâèñèìûåýêçåì
ïëÿðûÀ-áëîêîâïîìåðåâû÷èñëåíèÿçíà÷åíèéîòäåëüíûõâûõîäíûõïåðåìåí
íûõïðåäøåñòâóþùèõýêçåìïëÿðîâÀ-áëîêîâ,÷òîîñîáåííîâàæíîâñëó÷àå
ðåàëèçàöèèîïåðàöèèýêçåìïëÿðàÀ-áëîêàñïîìîùüþÀ-ïðîãðàììû.
Íàîñíîâåïðåäëîæåííûõôîðìàëüíûõîïðåäåëåíèéðàçðàáîòàíûàëãîðèò
ìûãåíåðàöèèóïðàâëÿþùèõîïåðàòîðîâ:
Àëãîðèòì1
ïîçâîëÿåòñãåíåðèðîâàòüóïðàâëÿþùèéîïåðàòîðäëÿýêçåì
ïëÿðàÀ-áëîêà
A
i
k
àñèíõðîííîéïðîãðàììû
P
ñóïðàâëåíèåìíàîñíîâåñòðîãîãî
÷àñòè÷íîãîïîðÿäêàèñïîëüçóÿôîðìàëüíîåîïðåäåëåíèåóïðàâëÿþùèõîïåðà
òîðîâíàîñíîâåïðèçíàêîâçàâåðøåíèÿÀ-áëîêîâ.
Àëãîðèòì2
ïîçâîëÿåòñãåíåðèðîâàòüóïðàâëÿþùèéîïåðàòîðäëÿýêçåì
ïëÿðàÀ-áëîêà
A
i
k
àñèíõðîííîéïðîãðàììû
P
ñóïðàâëåíèåìíàîñíîâåñòðîãîãî
÷àñòè÷íîãîïîðÿäêàèñïîëüçóÿôîðìàëüíîåîïðåäåëåíèåóïðàâëÿþùèõîïåðà
òîðîâíàîñíîâåñ÷¼ò÷èêîâçàâèñèìîñòåéïîïåðåìåííûì.
Ïðèìåíÿÿàëãîðèòì1èëèàëãîðèòì2êîâñåìýêçåìïëÿðàìÀ-áëîêîâ,
ìîæíîïðåîáðàçîâàòüàñèíõðîííóþïðîãðàììóñóïðàâëåíèåìíàîñíîâå
13
ñòðîãîãî÷àñòè÷íîãîïîðÿäêàâàñèíõðîííóþïðîãðàììóñóïðàâëåíèåìíà
îñíîâåóïðàâëÿþùèõîïåðàòîðîâ.
Òðåòüÿãëàâà
ïîñâÿùåíàîïèñàíèþÿçûêàïðîãðàììèðîâàíèÿÀñïåêò,ïîç
âîëÿþùåãîðàçðàáàòûâàòüôðàãìåíòèðîâàííûåïàðàëëåëüíûåïðîãðàììû.
Âðàçäåëå3.1.ðàññìîòðåíûêëþ÷åâûåîñîáåííîñòèÿçûêà:ÿâíîåîïèñàíèå
çàâèñèìîñòåéìåæäóîïåðàöèÿìè,÷àñòè÷íîåðàñïðåäåëåíèåðåñóðñîâ,ðàçäåëå
íèåóïðàâëåíèÿèâû÷èñëåíèé,îðèåíòàöèÿíàðåãóëÿðíûåñòðóêòóðûäàííûõ,
ïîääåðæêàñòðóêòóðíûõôðàãìåíòîâêîäà,ïðåäñòàâëåíèåâû÷èñëåíèéâíóòðè
ôðàãìåíòîâêîäàñïîìîùüþâíåøíåãîÿçûêà(íàïðèìåð,Ñ++).Ïðèïðîåêòèðî
âàíèèÿçûêàÀñïåêòó÷òåíûîñîáåííîñòèçàäà÷÷èñëåííîãîìîäåëèðîâàíèÿ,÷òî
íàøëîîòðàæåíèåâïîääåðæèâàåìûõñòðóêòóðàõäàííûõèñïîñîáàõçàäàíèÿ
óïðàâëåíèÿ.
Åñëèâèìïåðàòèâíûõÿçûêàõâñåêîìàíäûïîóìîë÷àíèþèñïîëíÿþòñÿ
ïîñëåäîâàòåëüíî,àó÷àñòêèïðîãðàììû,ïðèãîäíûåäëÿïàðàëëåëüíîãîèñïîë
íåíèÿ,íåîáõîäèìîÿâíîóêàçàòü,òîâÿçûêåÀñïåêòèñïîëüçóåòñÿïðîòèâî
ïîëîæíûéïîäõîä:ïîóìîë÷àíèþñ÷èòàåòñÿ,÷òîâñåôðàãìåíòûâû÷èñëåíèé
ìîãóòèñïîëíÿòüñÿïàðàëëåëüíî,àåñëèíåîáõîäèìïîðÿäîê(íàïðèìåð,èç-çà
çàâèñèìîñòèïîäàííûì),òîåãîíåîáõîäèìîçàäàòüÿâíî.
Âðàçäåëå3.2ðàññìàòðèâàåòñÿôîðìàëüíûéñèíòàêñèñèñåìàíòèêàÿçûêà
Àñïåêò.ÏðèìåðïðîñòîéÀñïåêò-ïðîãðàììûïîêàçàíàíàðèñ.1.
Ðàçäåë
preface
ïîçâîëÿåòçàäàòüîïðåäåëåíèÿâíåøíåãîÿçûêà.Ðàçäåë
datafragments
ïîçâîëÿåòîïðåäåëèòüôðàãìåíòûäàííûõ,ðàçäåë
code
fragments
ôðàãìåíòûêîäà,ðàçäåë
taskdata
äàííûåçàäà÷è(ñòàòè÷å
ñêèåèäèíàìè÷åñêèå),ðàçäåë
taskcomputations
ôðàãìåíòûâû÷èñëåíèé,
ðàçäåë
taskcontrol
óïðàâëåíèå,âêîòîðîìñëåâàîòñèìâîë྿óêàçûâàåò
ñÿïðåäøåñòâóþùèéýêçåìïëÿðôðàãìåíòàâû÷èñëåíèé,àñïðàâàçàâèñèìûé
ýêçåìïëÿðôðàãìåíòàâû÷èñëåíèé.
Ìíîæåñòâîíîìåðîâýêçåìïëÿðîâìàññîâîãîôðàãìåíòàâû÷èñëåíèé
14
programMultMatrix
preface{
constintM=3,N=3;
};
datafragments
doubleMatrix[M][M];
codefragments
Mult(inMatrixX,MatrixY,MatrixZ;outMatrixZ){
for(inti=0;iM;++i)
for(intk=0;kM;++k)
for(intj=0;jM;++j)
Z[i][j]+=X[i][k]*Y[k][j];
};
taskdata
MatrixA[N][N],B[N][N],C[N][N];
taskcomputations
S[i][j][k]:Mult(A[i][k],B[k][j],C[i][j],C[i][j])
wherei:0..N-1,j:0..N-1,k:0..N-1;
taskcontrol
S[i][j][k]S[i][j][k+1];
end
Ðèñ.1.Àñïåêò-ïðîãðàììàóìíîæåíèÿìàòðèö
çàäà¼òñÿäåêàðòîâûìïðîèçâåäåíèåìèíäåêñîâ.Ìíîæåñòâîçíà÷åíèéêàæäî
ãîèíäåêñàîïðåäåëÿåòñÿâðàçäåëå
taskcomputations
ïîñëåêëþ÷åâîãîñëîâà
where
óêàçàíèåìíèæíåãîèâåðõíåãîïðåäåëîâäèàïàçîíàíàòóðàëüíûõ÷è
ñåëñøàãîì,ðàâíûìåäèíèöå.Ïðèîïðåäåëåíèèîäíîãîèíäåêñàäîïóñêàåòñÿ
èñïîëüçîâàòüçíà÷åíèåäðóãîãî,íàïðèìåð,j:i+1..N-1,íîãðàôçàâèñèìîñòåé
ìåæäóèíäåêñàìèäîëæåíáûòüàöèêëè÷åñêèì.
Óïðàâëåíèåìîæåòáûòüçàäàíîñòàòè÷åñêè(ñïîìîùüþðàçäåëà
task
control
)èäèíàìè÷åñêè(ñïîìîùüþòðèããåð-ôóíêöèé,çàïèñàííûõíàâíåø
íåìÿçûêå).Ñòàòè÷åñêîåóïðàâëåíèåâîçìîæíîçàäàòüêàêìåæäóðàçíûìè
ôðàãìåíòàìèâû÷èñëåíèé(íàïðèìåð,AB),òàêèìåæäóýêçåìïëÿðàìèîä
íîãîèòîãîæåôðàãìåíòàâû÷èñëåíèé(ñì.ðèñ.1).Ïîääåðæèâàåòñÿïðîñòîå
óïðàâëåíèå(ìåæäóêîíêðåòíûìèýêçåìïëÿðàìè),íàïðèìåð,A[5]B[5];ñëîæ
íîåóïðàâëåíèå(ñèñïîëüçîâàíèåìëîãè÷åñêèõîïåðàöèé),íàïðèìåð,
(A|(B&C))D;èìàññîâîåóïðàâëåíèå(ìåæäóâñåìýêçåìïëÿðàìèñðàçó),
15
íàïðèìåð,A[i]B[i].Äëÿîáîçíà÷åíèÿâñåõýêçåìïëÿðîâôðàãìåíòàâû÷èñëå
íèéèñïîëüçóåòñÿïóñòîéèíäåêñ[].
Äëÿóêàçàíèÿñâÿçèìåæäóïðåäøåñòâóþùèìèçàâèñèìûìýêçåìïëÿðà
ìèâñëó÷àåìàññîâîãîóïðàâëåíèÿäîïóñêàåòñÿèñïîëüçîâàòüâûðàæåíèÿâèäà
y
=
x

b
,ãäå
x
èäåíòèôèêàòîð,à
b
êîíñòàíòà.Ìíîæåñòâîçíà÷åíèé
èäåíòèôèêàòîðàìîæíîîãðàíè÷èòüñïîìîùüþïðåäèêàòà.
Ðàçäåë3.3ïîñâÿùåíïðîãðàììèðîâàíèþíàÿçûêåÀñïåêò.Îáñóæäàþòñÿ
ïðåèìóùåñòâàôðàãìåíòèðîâàííîãîïðîãðàììèðîâàíèÿèñëîæíîñòè,âîçíèêà
þùèåïðèåãîïðèìåíåíèè.Ðàññìàòðèâàþòñÿñïîñîáûçàïèñèòèïîâûõñõåì
óïðàâëåíèÿ(ïîñëåäîâàòåëüíîå,êîñîå,êîíâåéåðèäðóãèå),ðàçáèðàåòñÿðåøå
íèåäâóõçàäà÷:LU-ðàçëîæåíèåìàòðèöèâû÷èñëåíèå÷èñåëÔèáîíà÷÷è.
Â÷åòâ¼ðòîéãëàâå
îïèñûâàåòñÿðåàëèçàöèÿñèñòåìûôðàãìåíòèðîâàííî
ãîïðîãðàììèðîâàíèÿÀñïåêòèïîðÿäîêðàáîòûññèñòåìîé.
Ðàçäåë4.1ïîñâÿù¼íïðîãðàììíîéàðõèòåêòóðå.Âå¼îñíîâåëåæèòðàç
äåëåíèåñèñòåìûíàäâàêîìïîíåíòà:òðàíñëÿòîðñÿçûêàÀñïåêòèèñïîëíè
òåëüíóþïîäñèñòåìó.ÒðàíñëÿòîðîñóùåñòâëÿåòïåðåâîäÀñïåêò-ïðîãðàììûâ
àñèíõðîííóþïðîãðàììóñìàññîâûìèÀ-áëîêàìèíàÿçûêåC++,àèñïîëíè
òåëüíàÿïîäñèñòåìàîáåñïå÷èâàåòïîääåðæêóâðåìåíèâûïîëíåíèÿ(óïðàâëå
íèåïîòîêàìè,ïàìÿòüþ,î÷åðåäÿìèãîòîâûõÀ-áëîêîâ).
ÏðîöåññðàçðàáîòêèïðîãðàììûâñèñòåìåÀñïåêòïîêàçàííàðèñ.2.Íà
Ðèñ.2.ÐàçðàáîòêàïðîãðàììûâñèñòåìåÀñïåêò
âõîäòðàíñëÿòîðóïîäà¼òñÿòåêñòïðîãðàììûíàÿçûêåÀñïåêò,íàâûõîäåãåíå
ðèðóåòñÿàñèíõðîííàÿïðîãðàììàíàC++,êîòîðóþíåîáõîäèìîñêîìïèëèðî
âàòüâìåñòåñèñïîëíèòåëüíîéïîäñèñòåìîéêîìïèëÿòîðîìC++.
16
Âðàçäåëå4.2ðàññìàòðèâàåòñÿðåàëèçàöèÿòðàíñëÿòîðàñÿçûêàÀñïåêò.
Ëåêñè÷åñêèéèñèíòàêñè÷åñêèéàíàëèçûðåàëèçîâàíûíàîñíîâåîáùåèçâåñò
íûõïîäõîäîâ,ïîýòîìóîñíîâíîåâíèìàíèåóäåëåíîãåíåðàòîðóêîäà.
Ïðèãåíåðàöèèâûäåëÿþòñÿñëåäóþùèåýòàïû:ãåíåðàöèÿîñíîâíîéïðî
ãðàììû,ãåíåðàöèÿñòðóêòóðûÀ-ïðîãðàììûèâñïîìîãàòåëüíûõýëåìåíòîâ,
ãåíåðàöèÿïåðåìåííûõ,ãåíåðàöèÿÀ-áëîêîâ,ãåíåðàöèÿóïðàâëÿþùèõîïåðà
òîðîâ,ãåíåðàöèÿïðîöåäóðûaplMainèãåíåðàöèÿôóíêöèèaplRun.Âñâîþî÷å
ðåäü,ãåíåðàöèÿóïðàâëÿþùåãîîïåðàòîðàðàçäåëÿåòñÿíàãåíåðàöèþçàãîëîâêà,
ãåíåðàöèþïðîâåðêèóñëîâíîéîáëàñòè,ãåíåðàöèþìíîæåñòâàïîòåíöèàëüíî
ãîòîâûõýêçåìïëÿðîâ,ãåíåðàöèþçàõâàòîâïðèìèòèâîâñèíõðîíèçàöèè,ãåíå
ðàöèþèçìåíåíèÿïðèçíàêàçàâåðøåíèÿ,ãåíåðàöèþïðîâåðêèïîòåíöèàëüíî
ãîòîâûõýêçåìïëÿðîâèãåíåðàöèþîñâîáîæäåíèÿïðèìèòèâîâñèíõðîíèçàöèè.
Ãåíåðàòîðêîäàñîçäà¼òîäèíïàðàìåòðèçîâàííûéøàáëîíóïðàâëÿþùåãî
îïåðàòîðàäëÿâñåõýêçåìïëÿðîâîäíîãîÀ-áëîêà.Ãåíåðàöèÿêîäàîñíîâûâàåòñÿ
íààëãîðèòìàõ,ó÷èòûâàþùèõìàññîâîåèñëîæíîåóïðàâëåíèåÿçûêàÀñïåêò:
Àëãîðèòì3
ïîçâîëÿåòäëÿçàäàííîãîÀ-áëîêà
A
k
ñãåíåðèðîâàòüêîä,ôîð
ìèðóþùèéñïèñîêïîòåíöèàëüíîãîòîâûõêèñïîëíåíèþ(ïîñëåçàâåðøåíèÿ
ëþáîãîýêçåìïëÿðà
A
k
)ýêçåìïëÿðîâÀ-áëîêîâ.
Àëãîðèòì4
ïîçâîëÿåòñãåíåðèðîâàòüêîä,ïðîâåðÿþùèéýêçåìïëÿðÀ-áëî
êàíàãîòîâíîñòüêèñïîëíåíèþ.
Àëãîðèòì5
ïîçâîëÿåòñãåíåðèðîâàòüêîä,äîáàâëÿþùèéâî÷åðåäüâñå
ýêçåìïëÿðûÀ-áëîêîâ,êîòîðûåìîãóòáûòüèñïîëíåíûñðàçóïîñëåèíèöèàëè
çàöèèÀ-ïðîãðàììû.
Âðàçäåëå4.3ðàññìàòðèâàåòñÿðåàëèçàöèÿèñïîëíèòåëüíîéïîäñèñòåìû,
îðèåíòèðîâàííàÿíààðõèòåêòóðóñîáùåéïàìÿòüþ.żñòðóêòóðàïðåäñòàâëåíà
íàðèñ.3.
ÑëîéàáñòðàãèðîâàíèÿîòÎÑâêëþ÷àåòâñåáÿâñåïîäïðîãðàììû,âêîòî
ðûõèñïîëüçóåòñÿAPIîïåðàöèîííîéñèñòåìû(îïðåäåëåíèåäîñòóïíûõ
17
Ðèñ.3.Àðõèòåêòóðàèñïîëíèòåëüíîéïîäñèñòåìû
ðåñóðñîâ,ðàáîòàñïîòîêàìè,ôóíêöèèäëÿðàáîòûñîâðåìåíåìèäðóãèå).
ÝòîïîçâîëÿåòïåðåíîñèòüèñïîëíèòåëüíóþïîäñèñòåìóèçîäíîéÎÑâäðóãóþ
çàìåíîéëèøüîäíîãî,âûäåëåííîãîñëîÿ.
Ìåíåäæåðïîòîêîâóïðàâëÿåòðàñïðåäåëåíèåìðàáîòûìåæäóïðîöåññîðà
ìè(ÿäðàìè).Ìåíåäæåðïàìÿòèóïðàâëÿåòðàñïðåäåëåíèåìïàìÿòèâñèñòåìå,
îñóùåñòâëÿåòå¼âûäåëåíèå/îñâîáîæäåíèåäëÿî÷åðåäåéèÀ-ïðîãðàìì.Ïëàíè
ðîâùèêóïðàâëÿåòíàáîðîìî÷åðåäåé,êàæäàÿèçêîòîðûõèìååòîïðåäåë¼ííûé
ïðèîðèòåòèðåàëèçîâàíàââèäåìîíèòîðà.
Èäåÿàëãîðèòìàïëàíèðîâàíèÿçàèìñòâîâàíàèçðåàëèçàöèèïëàíèðîâùè
êàÿäðàÎÑLinuxâåðñèè2.6.Àëãîðèòìèìååòñëîæíîñòü
O
(1)
èçàêëþ÷àåòñÿ
Âïÿòîéãëàâå
ïðèâîäÿòñÿðåçóëüòàòûïðàêòè÷åñêèõèñïûòàíèéñèñòåìû
ïðîãðàììèðîâàíèÿÀñïåêò.Âñåòåñòûðàçäåëåíûíàòðèãðóïïû:ñïåöèàëüíûå
çàäà÷è,ìîäåëüíûåçàäà÷èèïðèêëàäíûåçàäà÷è.
Âðàçäåëå5.1îïèñûâàåòñÿòåñòîâàÿñðåäàèìåòîäèêàèñïûòàíèé.
Âðàçäåëå5.2ðàññìàòðèâàåòñÿòåñòèðîâàíèåèñïîëíèòåëüíîéïîäñèñòå
ìûíàñïåöèàëüíûõòåñòàõ,ðàçðàáîòàííûõäëÿïðîâåðêèå¼õàðàêòåðèñòèê.
ÍàêëàäíûåðàñõîäûïðèèñïîëíåíèèÀñïåêò-ïðîãðàììûñêëàäûâàþòñÿèçíà
êëàäíûõðàñõîäîâèñïîëíèòåëüíîéïîäñèñòåìûèíàêëàäíûõðàñõîäîâíàèñ
ïîëíåíèåóïðàâëÿþùèõîïåðàòîðîâ.Äëÿêàæäîãîòèïàðàñõîäîâðàçðàáîòàíû
îòäåëüíûåòåñòû,ðåçóëüòàòûêîòîðûõïîäòâåðæäàþòîñíîâíûåõàðàêòåðèñòè
êè,çàëîæåííûåâñèñòåìóÀñïåêòïðèïðîåêòèðîâàíèè:ñëîæíîñòüïëàíèðîâ
ùèêà
O
(1)
,ñòàáèëüíàÿðàáîòàïðèáîëüøîì(ìèëëèîíèáîëåå)êîëè÷åñòâå
ôðàãìåíòîââû÷èñëåíèé,ëèíåéíûéðîñòíàêëàäíûõðàñõîäîâíàèñïîëíåíèå
óïðàâëÿþùåãîîïåðàòîðàïðèëèíåéíîìóâåëè÷åíèè÷èñëàçàâèñèìûõôðàã
ìåíòîâ.
Âðàçäåëå5.3ðàññìàòðèâàåòñÿòåñòèðîâàíèåñèñòåìûÀñïåêòíàìîäåëü
íûõçàäà÷àõ,âêà÷åñòâåêîòîðûõâûáðàíûçàäà÷èóìíîæåíèÿìàòðèö,LU
ðàçëîæåíèÿ,èÿâíàÿðàçíîñòíàÿñõåìà,àêòèâíîèñïîëüçóåìûåâ÷èñëåííûõ
ìåòîäàõ.Ïîëó÷åííûåðåçóëüòàòûïîäòâåðäèëèõîðîøóþìàñøòàáèðóåìîñòü
ôðàãìåíòèðîâàííûõïðîãðàìì.Âýòîìæåðàçäåëåïðèâîäèòñÿïðèìåðèñïîëü
çîâàíèÿñòîðîííèõáèáëèîòåêäëÿðåàëèçàöèèôðàãìåíòîâêîäà.
Âðàçäåëå5.4îïèñûâàþòñÿðåçóëüòàòûèñïûòàíèéñèñòåìûÀñïåêòíà
äâóõïðèêëàäíûõçàäà÷àõ.
Ïåðâàÿçàäà÷àñîñòîÿëàâîöåíêåìàòåìàòè÷åñêèõîæèäàíèéàääèòèâíûõ
ôóíêöèîíàëîâîòòðàåêòîðèéäèôôóçèîííûõïðîöåññîâèðåøàëàñüìåòîäîì
Ìîíòå-Êàðëî.Ðåçóëüòàòûèçìåðåíèéíàñèñòåìåñ4ïðîöåññîðàìèIntelXeon
Õ7350(16ÿäåð)è256ÃáàéòRAMäëÿ64ìëí.ñìîäåëèðîâàííûõòðàåêòî
ðèéïðèâåäåíûâòàáëèöå1.Âèäíî,÷òîóñêîðåíèåïðàêòè÷åñêèëèíåéíîå,÷òî
19
äîñòèãàåòñÿçàñ÷¼òíåçàâèñèìîãîðàñ÷¼òàêîíöåíòðàöèèâêàæäîìèíòåðâà
ëå,àòàêæåõîðîøåéëîêàëüíîñòèäàííûõ,îáåñïå÷åííîéôðàãìåíòèðîâàííûì
ïîäõîäîì.
Òàáëèöà1.Ðåçóëüòàòûòåñòèðîâàíèÿïðîãðàììû,ðåàëèçóþùåéçàäà÷óîöåíêèìàòåìàòè÷åñêèõ
îæèäàíèéàääèòèâíûõôóíêöèîíàëîâîòòðàåêòîðèéäèôôóçèîííûõïðîöåññîâ
Õàðàêòåðèñòèêà
Êîëè÷åñòâîÿäåð
1
2
4
8
16
Âðåìÿñ÷¼òà,c
23805,50
12051,00
5939,00
2990,00
1510,68
Óñêîðåíèå,ðàç
1
1,97
4
7,96
15,75
Âòîðàÿçàäà÷àñîñòîÿëàâìîäåëèðîâàíèèâçàèìîäåéñòâèÿêîðîòêîãîëà
çåðíîãîèìïóëüñàñïëàçìîéèðåøàëàñüìåòîäîì¾÷àñòèöû-â-ÿ÷åéêàõ¿.Ðå
çóëüòàòûèçìåðåíèéíàñåðâåðåñ2ïðîöåññîðàìèIntelXeonE5520(8ÿäåð,
HTîòêëþ÷åíà)è24ÃáàéòRAMäëÿ5øàãîâìîäåëèðîâàíèÿïðèâåäåíûâ
òàáëèöå2.
Òàáëèöà2.Ðåçóëüòàòûòåñòèðîâàíèÿïðîãðàììû,ðåàëèçóþùåéçàäà÷óìîäåëèðîâàíèÿâçàè
ìîäåéñòâèÿêîðîòêîãîëàçåðíîãîèìïóëüñàñïëàçìîé
Õàðàêòåðèñòèêà
Êîëè÷åñòâîÿäåð
1
2
4
8
Âðåìÿñ÷¼òà,ñ
21,92
11,03
6,14
3,48
Óñêîðåíèå,ðàç
1
1,99
3,57
6,30
Îñîáåííîñòüçàäà÷èñîñòîèòâòîì,÷òîðàñ÷¼òýëåêòðîìàãíèòíûõïîëåé
ðàñïàðàëëåëèâàåòñÿõóæå(èç-çàèíòåíñèâíîãîîáìåíàñïàìÿòüþ),÷åìðàñ÷¼ò
äâèæåíèÿ÷àñòèö.Ïîýòîìó÷åìáîëüøå÷àñòèöèñïîëüçóåòñÿïðèìîäåëèðî
âàíèè,òåìëó÷øåïîêàçàòåëüóñêîðåíèÿ.Âòîæåâðåìÿáîëüøååêîëè÷åñòâî
÷àñòèöïðèâîäèòêëó÷øåéòî÷íîñòè.
20
Âçàêëþ÷åíèè
êðàòêîïåðå÷èñëÿþòñÿîñíîâíûåðåçóëüòàòûäèññåðòàöèè.
ÂïðèëîæåíèèÀ
ïðèâåäåíûïðèìåðûàñèíõðîííûõïðîãðàììíàðàçëè÷
íûõÿçûêàõïðîãðàììèðîâàíèÿ.
ÂïðèëîæåíèèÁ
ïðèâåäåíûäîïóñòèìûåëåêñåìûèãðàììàòèêàÿçûêà
ïðîãðàììèðîâàíèÿÀñïåêò.
ÂïðèëîæåíèèÂ
ïðèâåäåíûòåêñòûÀñïåêò-ïðîãðàìì.
ÂïðèëîæåíèèÃ
ïðèâåäåíûïàðàìåòðûêîìàíäíîéñòðîêèäëÿóïðàâ
ëåíèÿòðàíñëÿòîðîì,àòàêæåñîîáùåíèÿîáîøèáêàõ,âûäàâàåìûåèìïðè
òðàíñëÿöèèïðîãðàìì.
ÂïðèëîæåíèèÄ
ïðèâåäåíîîïèñàíèåïðîãðàììíîãîèíòåðôåéñà(API)
èñïîëíèòåëüíîéïîäñèñòåìû.
Îñíîâíûåðåçóëüòàòûðàáîòû
1.
Âûïîëíåíàíàëèòè÷åñêèéîáçîðñóùåñòâóþùèõèíñòðóìåíòîâïàðàë
ëåëüíîãîïðîãðàììèðîâàíèÿ,íàîñíîâåêîòîðîãîñôîðìóëèðîâàíûòðå
áîâàíèÿêïåðñïåêòèâíîéñèñòåìåïàðàëëåëüíîãîïðîãðàììèðîâàíèÿ.
2.
Ïðåäëîæåíààñèíõðîííàÿìîäåëüâû÷èñëåíèéñóïðàâëåíèåìíàîñíî
âåñòðîãîãî÷àñòè÷íîãîïîðÿäêà,îðèåíòèðîâàííàÿíàôðàãìåíòèðîâàí
íîåïðåäñòàâëåíèå÷èñëåííûõàëãîðèòìîâ.Äîêàçàíî,÷òîâíåéìîæíî
îïðåäåëèòüëþáóþ÷àñòè÷íîðåêóðñèâíóþôóíêöèþ,åñëèîïåðàöèèýê
çåìïëÿðîâÀ-áëîêîâðåàëèçóþòëèøüïðîñòåéøèåâû÷èñëèìûåôóíêöèè.
Ðàçðàáîòàíûàëãîðèòìûïðåîáðàçîâàíèÿýòîéìîäåëèâàñèíõðîííóþìî
äåëüñóïðàâëÿþùèìèîïåðàòîðàìè.
3.
ÏðåäëîæåíÿçûêïàðàëëåëüíîãîïðîãðàììèðîâàíèÿÀñïåêò,ïîçâîëÿþ
ùèéðàçðàáàòûâàòüôðàãìåíòèðîâàííûåïðîãðàììû.Àñïåêòðåàëèçóåò
èäåþðàçäåëåíèÿóïðàâëåíèÿèâû÷èñëåíèé,ïîääåðæèâàåòðàçâèòûåñðåä
21
ñòâàçàäàíèÿóïðàâëåíèÿèíåñîäåðæèòòåõíè÷åñêèõäåòàëåéðåàëèçàöèè
ïàðàëëåëüíîéïðîãðàììû,÷òîïîçâîëÿåòíàêàïëèâàòüñåãîïîìîùüþ
ôîíäïåðåíîñèìûõôðàãìåíòèðîâàííûõàëãîðèòìîâ.
4.
ÍàÿçûêåÀñïåêòðåàëèçîâàíûôðàãìåíòèðîâàííûåâåðñèèàëãîðèòìîâ
óìíîæåíèÿìàòðèö,LUðàçëîæåíèÿ,ÿâíîéðàçíîñòíîéñõåìû,îöåíêèìà
òåìàòè÷åñêèõîæèäàíèéàääèòèâíûõôóíêöèîíàëîâîòòðàåêòîðèéäèô
ôóçèîííûõïðîöåññîâ,âçàèìîäåéñòâèÿêîðîòêîãîëàçåðíîãîèìïóëüñàñ
ïëàçìîé,íàêîòîðûõïðîäåìîíñòðèðîâàíàçàïèñüòèïîâûõñõåìóïðàâ
ëåíèÿ.
5.
Ðàçðàáîòàíûàëãîðèòìûãåíåðàöèèóïðàâëÿþùèõîïåðàòîðîâ,ïîääåðæè
âàþùèåìíîãîìåðíûåìàññîâûåÀ-áëîêè,ñëîæíîåèìàññîâîåóïðàâëå
íèåÿçûêàÀñïåêò.
6.
ÐàçðàáîòàíàèðåàëèçîâàíàñèñòåìàïðîãðàììèðîâàíèÿÀñïåêò,îñíîâíû
ìèêîìïîíåíòàìèêîòîðîéÿâëÿþòñÿ:

òðàíñëÿòîð,îáåñïå÷èâàþùèéïåðåâîäïðîãðàììûñÿçûêàÀñïåêò
íàÑ++;

èñïîëíèòåëüíàÿïîäñèñòåìà,îáåñïå÷èâàþùàÿïîääåðæêóâðåìåíè
âûïîëíåíèÿ.
7.
ÏðîâåäåíîòåñòèðîâàíèåñèñòåìûÀñïåêòíàñïåöèàëüíûõ,ìîäåëüíûõ
èïðèêëàäíûõçàäà÷àõ,ïîäòâåðäèâøååîñíîâíûåõàðàêòåðèñòèêè,çàëî
æåííûåïðèå¼ïðîåêòèðîâàíèèèïîêàçàâøååâûñîêóþýôôåêòèâíîñòü
ïðåäëîæåííûõïîäõîäîâíàâûáðàííîìêëàññåçàäà÷.
22
Ïóáëèêàöèèïîòåìåäèññåðòàöèè
Ïóáëèêàöèèâæóðíàëàõ,âõîäÿùèõâïåðå÷åíüÂÀÊ:
1.
ÀðûêîâÑ.Á.,ÌàëûøêèíÂ.Ý.Àëãîðèòìûêîíñòðóèðîâàíèÿàñèíõðîí
íûõïðîãðàììçàäàííîéñòåïåíèíåïðîöåäóðíîñòèìåòîäîìãðóïïèðîâêè//
Âåñòí.Íîâîñèá.ãîñ.óí-òà.Ñåðèÿ:Èíôîðìàöèîííûåòåõíîëîãèè.2009.
Ò.7,1.Ñ.315.
2.
ÀðûêîâÑ.Á.ßçûêïðîãðàììèðîâàíèÿÀñïåêò//ÈçâåñòèÿÒîìñêîãîïîëè
òåõíè÷åñêîãîóíèâåðñèòåòà.2008.Ò.313,5.Ñ.8992.
3.
ÀðûêîâÑ.Á.,ÌàëûøêèíÂ.Ý.Ñèñòåìààñèíõðîííîãîïàðàëëåëüíîãîïðî
ãðàììèðîâàíèÿ¾Àñïåêò¿//Âû÷èñëèòåëüíûåìåòîäûèïðîãðàììèðîâàíèå.
2008.Ò.9,1.Ñ.205209.
Ïóáëèêàöèèâòðóäàõìåæäóíàðîäíûõêîíôåðåíöèé:
4.
ÀðûêîâÑ.Á.Àñèíõðîííîåïðîãðàììèðîâàíèå÷èñëåííûõçàäà÷//Òðó
äûìåæäóíàðîäíîéíàó÷íîéêîíôåðåíöèè¾Ïàðàëëåëüíûåâû÷èñëèòåëü
íûåòåõíîëîãèè(ÏàÂÒ'2010)¿.×åëÿáèíñê:Èçä.ÞÓðÃÓ,2010.Ñ.2839.
5.
ArykovS.,MalyshkinV.AsynchronousLanguageandSystemofNumeri
calAlgorithmsFragmentedProgramming//Proceedingsofthe10thInterna
tionalConferenceonParallelComputingTechnologies(PaCT'2009).Berlin:
Springer-Verlag,2009.LNCS5698.Pp.17.
6.
ÀðûêîâÑ.Á.Ãðóïïèðîâêàäàííûõâñèñòåìåàñèíõðîííîãîïàðàëëåëüíîãî
ïðîãðàììèðîâàíèÿÀñïåêò//Òðóäûìåæäóíàðîäíîéíàó÷íîéêîíôåðåíöèè
¾Ïàðàëëåëüíûåâû÷èñëèòåëüíûåòåõíîëîãèè(ÏàÂÒ'2009)¿.×åëÿáèíñê:
Èçä.ÞÓðÃÓ,2009.Ñ.357363.
23
7.
ÀðûêîâÑ.Á.,ÌàëûøêèíÂ.Ý.Ñèñòåìààñèíõðîííîãîïàðàëëåëüíîãîïðî
ãðàììèðîâàíèÿ¾Àñïåêò¿//ÒðóäûÌåæäóíàðîäíîéíàó÷íîéêîíôåðåíöèè
¾Ïàðàëëåëüíûåâû÷èñëèòåëüíûåòåõíîëîãèè(ÏàÂÒ'2008)¿.×åëÿáèíñê:
Èçä.ÞÓðÃÓ,2008.Ñ.290295.
Ïðî÷èåïóáëèêàöèè:
8.
ÀðûêîâÑ.Á.Ïðåäñòàâëåíèåàëãîðèòìàóìíîæåíèÿìàòðèöíàÿçûêåïðî
ãðàììèðîâàíèÿ¾Àñïåêò¿//ÑáîðíèêòðóäîâVIÂñåðîññèéñêîéíàó÷íî
ïðàêòè÷åñêîéêîíôåðåíöèèñòóäåíòîâ,àñïèðàíòîâèìîëîäûõó÷åíûõ¾Ìî
ëîäåæüèñîâðåìåííûåèíôîðìàöèîííûåòåõíîëîãèè¿.Òîìñê:Òîìñêèé
ïîëèòåõíè÷åñêèéóíèâåðñèòåò,2008.Ñ.8081.
9.
ÀðûêîâÑ.Á.Àðõèòåêòóðàñèñòåìûàñèíõðîííîãîïàðàëëåëüíîãîïðî
ãðàììèðîâàíèÿ¾Àñïåêò¿//ÌàòåðèàëûÂñåðîññèéñêîéíàó÷íî-òåõíè÷å
ñêîéêîíôåðåíöèèñòóäåíòîâ,àñïèðàíòîâèìîëîäûõó÷åíûõ¾Ìîëîäåæüè
íàóêà:íà÷àëîXXIâåêà¿:â4÷.×.1.Êðàñíîÿðñê:Ñèáèðñêèéôåäåðàëüíûé
óíèâåðñèòåò;Ïîëèòåõíè÷åñêèéèíñòèòóò,2007.Ñ.68.
10.
ÀðûêîâÑ.Á.Ðåàëèçàöèÿôðàãìåíòèðîâàííîéàñèíõðîííîéìîäåëèâû÷èñ
ëåíèéâñèñòåìåïàðàëëåëüíîãîïðîãðàììèðîâàíèÿ//ÒåçèñûäîêëàäîâVIII
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òåõí.ÑÎÐÀÍ,2007.Ñ.8485.
11.
ÀðûêîâÑ.Á.Íåêîòîðûåïîäõîäûêðàçðàáîòêåàñèíõðîííîãîÿçûêàïðî
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ñèáèðñê:ÈÂÌèÌÃÑÎÐÀÍ,2005.Ñ.1323.
24
ÀðûêîâÑ.Á.
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