Автоматизированное проектирование и исполнение эффективных программ для численных алгоритмов
В. Н. Алеева Южно-Уральский государственный университет (454080 Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, д. 76)
Аннотация:
Проектировать эффективные параллельные программы для многопроцессорных архитектур сложно, так как нет четких формальных правил, которых необходимо придерживаться. Для решения этой проблемы при реализации численных алгоритмов может применяться концепция
$Q$-детерминанта. Данная теория позволяет проводить автоматизированный анализ ресурса параллелизма алгоритма, автоматизированное сравнение ресурсов параллелизма алгоритмов, решающих одну и ту же алгоритмическую проблему, проектировать эффективные программы для реализации алгоритмов с помощью специально разработанного метода проектирования, повысить эффективность реализации численных методов и алгоритмических проблем. Результаты, полученные на основе концепции
$Q$-детерминанта, представляют собой один из вариантов решения проблемы эффективной реализации численных алгоритмов, методов и алгоритмических проблем на параллельных вычислительных системах. Однако пока остается не решенной фундаментальная проблема автоматизированного проектирования и исполнения для любого численного алгоритма программы, реализующей алгоритм эффективно. В статье описана разработка единой для численных алгоритмов программной системы проектирования и исполнения
$Q$-эффективных программ — эффективных программ, спроектированных с помощью концепции
$Q$-детерминанта. Система предназначена для использования на параллельных вычислительных системах с общей памятью. Она состоит из компилятора и виртуальной машины. Компилятор преобразует представление алгоритма в форме
$Q$-детерминанта в исполняемую программу, использующую ресурс параллелизма алгоритма полностью. Виртуальная машина исполняет программу, полученную с помощью компилятора. В статье также приведено экспериментальное исследование созданной программной системы с применением суперкомпьютера «Торнадо ЮУрГУ».
Ключевые слова:
$Q$-детерминант алгоритма, представление алгоритма в форме $Q$-детерминанта, $Q$-эффективная реализация алгоритма, ресурс параллелизма алгоритма, программная $Q$-система, параллельная вычислительная система, параллельная программа, $Q$-эффективная программа.
УДК:
004.021, 004.032.24, 004.051, 004.272
Поступила в редакцию: 29.06.2023
DOI:
10.14529/cmse230303