Компания ЗАО Кибер Системы » Стандартное обеспечение

Библиотека элементарных и специальных функций

ljsdfffosdnfvsdvc — Sat, 13 Sep 2008 08:11:05 +0000

Библиотека элементарных и специальных функций охватывает традиционный набор функций и характеризуется обоснованным выбором для вычисления «машинных» функций наилучших по точности результата и времени исполнения на векторно-конвейерной ЭВМ аппроксимаций. В отличие от подобных библиотек на распространенных машинах настоящая библиотека поддерживает два режима исполнения — скалярный и векторный, причем подпрограммы векторной части библиотеки представляют собой самостоятельные, независимые от скалярных подпрограмм разработки, что позволяет достичь при их реализации супервекторной производительности. Это решение выгодно отличается от идеи осуществлять векторные вычисления функций путем многократного повторения скалярных подпрограмм, принятой, например, в библиотеке функций для ЭВМ CRAY-X. В двух режимах, скалярном и, главное, векторном, обеспечиваются эффективные вычисления функций с двойной точностью, что стало возможным благодаря введению нестандартного формата представления чисел с двойной точностью, ориентированного на выполнение операций с векторной производительностью. Доступными при необходимости будут также вычисления функций практически со сколь угодно высокой точностью, основанные на остаточных представлениях целых чисел и использующие модулярную арифметику.

Связанные записи

Библиотека логических подпрограмм

ljsdfffosdnfvsdvc — Sat, 13 Sep 2008 08:09:01 +0000

Библиотека логических подпрограмм эффективно реализует ряд стандартных процедур, условно названных логическими, которые в разрабатываемой векторно-конвейерной ЭВМ не имеют адекватной аппаратной поддержки и трудны для векторизации, но в то же время очень часто встречаются в прикладных программах. К таким процедурам относятся сжатие и восстановление векторов при работе с разреженными матрицами, а также сборка и разборка векторов, связанных с необходимостью использования косвенной адресации. В эту же библиотеку входят эффективные подпрограммы сортировки и поиска — работ, алгоритмически плохо приспособленных для векторизации.

Связанные записи

Библиотека элементарных операций линейной алгебры

ljsdfffosdnfvsdvc — Sat, 13 Sep 2008 08:07:22 +0000

Библиотека элементарных операций линейной алгебры содержит ряд подпрограмм, реализующих «нижний» уровень вычислительной линейной алгебры. К их числу относятся скалярное произведение двух векторов, поэлементное сложение одного вектора с другим, умноженным на константу, вектором (элементарная векторная операция), пересылка одного вектора на место другого вектора, обмен местами двух векторов, сумма абсолютных значений элементов вектора, умножение вектора на константу. Перечисленные подпрограммы реализуются для вещественных и для комплексных чисел с однократной точностью. Кроме того, вещественными векторами оперируют подпрограммы вычисления евклидовой нормы и подпрограмма нахождения индекса элемента вектора, имеющего максимальное абсолютное значение. Впоследствии аналогичные всем указанным подпрограммы будут доступны и для вычислений с двойной точностью.

Связанные записи

Задачи линейной алгебры

ljsdfffosdnfvsdvc — Sat, 13 Sep 2008 08:01:16 +0000

Для задач линейной алгебры определен набор первоочередных пакетов подпрограмм, который покрывает задачи с симметричными положительно определенными матрицами, квадратными матрицами общего вида и ленточными матрицами, а также преобразования, реализующие процесс ортогонализации, и клеточные алгоритмы для матриц больших размеров. Особенностью разработки указанных пакетов являются тщательно продуманный модульный принцип их организации, структуризация алгоритмов и рациональный выбор базовых операций. Как правило, все модули «нижних» уровней пакетов, написанные на языке ассемблера, обеспечивают достижение супервекторной производительности.

Связанные записи

Ядро стандартного прикладниго обеспечения

ljsdfffosdnfvsdvc — Sat, 13 Sep 2008 07:59:33 +0000

К ядру стандартного прикладного обеспечения векторно-конвейерной ЭВМ причислен также пакет программ быстрого преобразования Фурье, который помимо задач собственно преобразований Фурье позволяет эффективно решать широкий спектр задач цифровой обработки сигналов, включая свертку и фильтрацию, а также применим для решения разностных уравнений методом Фурье. И в этом случае высокая производительность и качество пакета определяются «машинно-ориентированным» выбором алгоритмов, их структуризацией и программированием блоков и модулей нижних уровней на языке ассемблера.

В ядро стандартного прикладного обеспечения входят и отдельные программы, которые впоследствии могут составить основу для развития специальных библиотек или пакетов. В этом случае —это, например, эффективные на векторно-конвейерной ЭВМ программы генерирования псевдослучайных чисел, необходимые для большого разнообразия задач моделирования методом Монте—Карло.

Связанные записи

Векторно-конвейерной ЭВМ

ljsdfffosdnfvsdvc — Sat, 13 Sep 2008 07:57:19 +0000

В процессе разработки библиотек и пакетов стандартных подпрограмм для векторно-конвейерной ЭВМ много внимания уделяется установлению «дружественного» характера отношений с пользователем, включающего в данном случае предоставление возможно большего числа полезных вариантов в сочетании с простотой структуры и описания программного продукта, его обозримостью, обеспечением диалоговыми средствами.

Создание стандартного прикладного обеспечения в значительной мере решает проблему переносимости пользовательских программ, делая доступными достижение качественно нового уровня производительности на выверенных и отработанных программах. Что касается самих стандартных программ, проблема переносимости для них пока во многом сохраняется, однако важно, что она выведена из сферы забот пользователя. Впоследствии по мере улучшения качества автоматической векторизации, выполняемой компиляторами, удельный вес «ассемблерных» программ в прикладном обеспечении будет неуклонно снижаться, что позволит без существенных усилий и затрат оснащать им вновь появляющиеся высокопроизводительные машины.

Похоже, что векторно-конвейерная организация стала классической для создания супер-ЭВМ. Поэтому с ростом парка последних и их широкого распространения значение векторизации программного обеспечения будет резко усиливаться. Супер-ЭВМ подвели к началу пути, на котором развитие универсального эффективного стандартного математического обеспечения становится реальностью.

Связанные записи

Три условных диапазона

ljsdfffosdnfvsdvc — Sat, 13 Sep 2008 07:53:29 +0000

В условном выделении трех диапазонов «доступной» производительности — скалярной, векторной и супервекторной — последняя относится к предельной производи тельности векторно-конвейерной ЭВМ, и ее значение опреде ляется исключительно скоростью работы векторных функцио нальных устройств. Такая ситуация оказывается практически достижимой в случае, когда векторные устройства длительное вре мя работают только с векторными регистрами, не прибегая к обмену с оперативной памятью. Создание подобного режима ра боты при прогонах реальных программ часто оказывается воз можным лишь за счет пересмотра представлений алгоритмов. Еще более тонкие требования к пользователю связаны с оптимизацией вычислений. Наличие в разрабатываемой векторно-конвейерной ЭВМ одного физического канала обмена с памятью усложняет важную для достижения пиковой производительности возможность организации своего рода макроконвейера из не скольких векторных функциональных устройств (режим зацеп ления) необходимого учета при выдаче команд ограничений, связанных с синхронизацией работы этих конвейерных устройств, поскольку временной сдвиг, буквально, на один такт, в готовности потенциально «зацепляемых» устройств может ли шить возможности кратного увеличения производительности.

Оставляя за пользователем, правда, пока с некоторой долей скепсиса, более высокий, алгоритмический уровень, на котором крайне желательно сопряжение выбора алгоритмов, схем и организации счета с особенностями машинной структуры, следует уже с полной определенностью признать, что рассчитывать на его (пользователя) глубокое погружение в операционную среду машины не приходится, да это было бы и нецелесообразно, так как подобный путь неизбежно привел бы к разработке уникальных, ориентированных на конкретную машину программ.

Все вышесказанное бесспорно и объективно определяет не обходимость и крайнюю важность развития стандартного прикладного программного обеспечения, которым должна быть оснащена разрабатываемая векторно-конвейерная ЭВМ. Стандартное прикладное обеспечение представляется в виде постоянно расширяющегося множества эффективно реализуемых под программ и программ, объединенных, как правило, в библиотеки или пакеты. Его состав должен охватывать как наиболее часто встречающиеся общеупотребительные вычисления, так и задачи из различных предметных областей. Разработка стандартного обеспечения отделена от пользователя и является неотъемлемой частью реализации всего проекта создания новой машины. В этом смысле стандартные программы ничем не отличаются от других видов программного продукта, создаваемого и поставляемого разработчиком вместе с аппаратурой, и соответственно, должны обеспечивать устойчивые гарантированные характеристики при обращении к ним. Эффективная реализация стандартных программ обусловливается выбором или разработкой алгоритмов, в максимальной степени согласованных с архитектурой машины и сохраняющих при этом необходимые точность и устойчивость, а также значительным удельным весом программирования на языке ассемблера, позволяющим непосредственно, без потерь, отобразить продукт «ручного» решения задач оптимизации и векторизации.

Связанные записи

Векторные машины

ljsdfffosdnfvsdvc — Sat, 13 Sep 2008 06:04:12 +0000

Появление векторных машин, безусловно, стимулировало ускорение разработок очередных стандартов существующих языков высокого уровня с включением средств и конструкций для явного выражения параллелизма и создание новых, «параллельных» языков. Понятно, что до завершения подобных работ рассматривать возможность их использования и тем более обсуждать ожидаемое качество генерируемого кода было бы преждевременным. К тому же, достижение прогнозируемого улучшения при их практическом освоении означает, что программы с неизбежностью придется переписывать. Известны другие, более оперативные решения, связанные с машинно-зависимыми расширениями стандартного языка. Однако этот путь сопряжен с потерей программным обеспечением важного свойства переносимости.

Наконец, возможно, самое важное замечание, несмотря на свою внешнюю банальность, состоит в том, что независимо от степени развитости средств векторизации, объектами их приложения являются программы, а не алгоритмы, и никакой компилятор не в силах улучшить алгоритм, плохо согласованный со структурой и возможностями векторно-конвейерной ЭВМ. Алгоритм, предназначенный для эффективной реализации на векторно-конвейерной ЭВМ, должен обеспечивать свойство векторизуемое™ описывающей его программы.

Связанные записи

Векторно-конвейерная ЭВМ

ljsdfffosdnfvsdvc — Sat, 13 Sep 2008 06:03:08 +0000

При работе на векторно-конвейерной ЭВМ, создаваемой на основе высокочастотной элементной базы и имеющей сбалансированную по времени, синхронную организацию, главный вклад в достижение высокой производительности ожидается от использования режима векторной обработки. Кроме того, наличие большого числа специализированных функциональных устройств, поддерживаемых соответствующими блоками регистровой памяти, открывает широкие возможности для распараллеливания вычислений при выполнении программ. Проблема состоит в том, чтобы обеспечить эффективные способы и средства реализации указанных возможностей.

Основная тяжесть в решении этой проблемы возлагается на компиляторы, призванные в процессе преобразования программ на исходном языке высокого уровня в объектный код осуществлять векторизацию и оптимизацию. Векторизация программы, как известно, заключается в обнаружении компилятором циклов DO и попытке выразить их в виде векторных команд. Очевидно, что сложные циклические конструкции, имеющие большую глубину вложенности, содержащие условные выражения или выражения с неочевидными индексными зависимостями, делают эту задачу достаточно трудной, и вряд ли стоит рассчитывать на появление мощных средств векторизации в начальных версиях компиляторов. Не менее проблематичны для этих версий и достижения в решении задач оптимизации (плотная загрузка функциональных устройств, распределение регистров), поскольку оптимизация, не говоря уже о принципиальной локальности ожидаемого эффекта, должна охватывать вычисления двух типов, скалярные и векторные, и их совместное исполнение. Кроме того, надо считаться с тем, что в реальных программах часто могут встречаться такие циклические конструкции, которые практически не поддаются векторизации.

Связанные записи

Стандартное обеспечение для ЭВМ

ljsdfffosdnfvsdvc — Fri, 04 Jul 2008 10:50:38 +0000

Отличительной особенностью нынешней разработки в целом является то, что создание стандартного прикладного обеспечения осуществляется одновременно с разработкой аппаратуры и системного обеспечения, поэтому тестирование, отладка и оптимизация разрабатываемых программ ведутся на имитационном комплексе. Хорошо представляя все возможные издержки подобного подхода, заметим однако, что они не выходят за рамки обычных ситуаций, которые могут возникать и при «стыковке» аппаратных и системных средств, и поэтому для программиста, занимающегося стандартными программами, их доработка и изменение или создание новых версий являются абсолютно естественными. Вместе с тем такой подход является единственно правильным для появления векторно-конвейерной ЭВМ в установленные сроки в оснащенном состоянии и ее наискорейшего освоения, демонстрирующего ожидаемые уровни производительности. Конечно, и после выпуска машины будет происходить наращивание стандартного прикладного обеспечения, причем в развивающихся масштабах и с большей степенью ориентации на предметные области конкретных пользователей.

Разработка стандартного прикладного обеспечения для векторно-конвейерной ЭВМ была начата с выделения ядра, охватывающего первоочередные задачи общего назначения. К их числу были отнесены библиотека элементарных и специальных функций, библиотека логических подпрограмм, библиотека элементарных операций линейной алгебры и ряд пакетов подпрограмм задач линейной алгебры.