Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

Диссертационная работа:

Аль-Ханани Морад Абдулла Ахмад. Разработка и исследование элементов и устройств цифровой обработки сигналов и метода их эффективного использования в комбинированных кластерах : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.05 / Аль-Ханани Морад Абдулла Ахмад; [Место защиты: Юж. федер. ун-т].- Таганрог, 2011.- 214 с.: ил. РГБ ОД, 61 11-5/2868

смотреть введение
Введение к работе:

Проблема эффективного решения задач цифровой обработки сигналов на современном уровне развития науки и техники является одной из важнейших. Ее решение сопряжено с синтезом новых эффективных средств решения на методологическом, алгоритмическом, программном и аппаратном уровнях.

В этой связи диссертационная работа посвящена разработке нового комбинированного устройства кластерного типа с многоуровневым параллелизмом обработки данных, а также новых элементов и устройств, применяющихся как вычислительные узлы комбинированного кластера для эффективной обработки цифровых сигналов.

Так как разрабатываемые элементы и устройства являются новыми на современном этапе развития вычислительной техники, то необходимым является также разработка метода и алгоритмов их эффективного использования для решения задач цифровой обработки сигналов.

Актуальность проблемы обуславливается

необходимостью увеличения производительности в процессе решения вычислительных задач любыми способами, в частности с помощью новых элементов и устройств, внедрением новой теоретической и алгоритмической базы, использованием новых методов повышения эффективности решения задач на гибридных схемах.

В диссертации рассматриваются теоретические и практические аспекты разработки нового комбинированного устройства кластерного типа и новых элементов и устройств, являющихся его вычислительными узлами, которые позволяют эффективно решать задачи цифровой обработки данных с помощью многоуровневого параллелизма. Также проводится классификация способов обработки информации в распределенных вычислителях, синтезируется метод и алгоритмы применения разработанных элементов и устройств для решения задач цифровой обработки сигналов в рамках синтезированного в диссертационной работе высокопроизводительного комбинированного кластера.

Актуальность диссертации подтверждается использованием полученных результатов в хоздоговорных и госбюджетных научно исследовательских работах кафедры вычислительной техники Технологического института Южного федерального университета в г. Таганроге (ТТИ ЮФУ), а также в учебном процессе, что сопровождается соответствующими актами о внедрении.

Объектами исследования в диссертационной работе являются: элементы и устройства для решения задач цифровой обработки сигналов, кластеры с многоуровневой структурой, архитектуры микропроцессоров, специфические аппаратные и программные средства поддержки вычислительного процесса, методы математического моделирования, численные методы, а также высокопроизводительные алгоритмы и методы распределенных вычислений на базе разного рода параллельных и кластерных вычислителей с использованием существующих элементов и устройств.

Целью работы в теоретическом плане являются:

- разработка нового комбинированного устройства кластерного типа для решения
задач цифровой обработки сигналов;

-разработка новых элементов комбинированного кластера на базе процессоров

цифровой обработки сигналов (ЦОС) и программируемых логических

интегральных схем (ПЛИС) для решения задач ЦОС;

- разработка метода и алгоритмов эффективного использования новых элементов

и устройств комбинированных кластеров с многоуровневой архитектурой для

решения задач ЦОС на практике;

Целью работы в практическом плане является:

-разработка элементов и устройств комбинированных кластеров для решения

задач ЦОС; -реализация алгоритмов, синтезированных в диссертационной работе, в виде

программного комплекса для обеспечения работы нового комбинированного

кластера; -экспериментальная проверка, а также апробация и внедрение полученных

теоретических и практических результатов на примере решения актуальных

задач фильтрации изображений и обработки гидроакустических данных

методами вейвлет-анализа; Основными задачами работы являются: -проведение анализа существующих элементов и устройств, применимых для

решения задач ЦОС в составе вычислительных систем общего назначения;

- разработка нового комбинированного устройства кластерного типа, при помощи
которого можно эффективно решать задачи цифровой обработки сигналов;

-синтез элементов и устройств на базе процессоров ЦОС и ПЛИС, которые можно применять как вычислительные узлы разработанного комбинированного кластера для решения задач цифровой обработки сигналов;

-описание способа представления сложных вычислительных задач в терминах теории графов для их корректного переноса на разработанный комбинированный кластер, а также обоснование и описание метода и алгоритмов эффективного использования новых элементов и устройств для решения распределенных задач цифровой обработки сигналов, а также провести экспериментальную проверку полученных результатов на практике.

Методы выполнения исследований.

Для теоретических исследований использовались методы цифровой обработки сигналов, методы проектирования элементов и устройств, теории графов и множеств, теории алгоритмов и численных методов, методы математического моделирования и объектно-ориентированного программирования, методы параллельных вычислений.

Кроме того, проводились экспериментальные исследования на модельных и реальных объектах и сигналах, а также апробация разработанных алгоритмов на ЭВМ.

Научная новизна:

-разработано новое вычислительное устройство кластерного типа (комбинированный кластер) для выполнения распределенных вычислений, являющееся эффективным для решения задач цифровой обработки сигналов и

отличающееся от существующих введением специализированных элементов, адаптированных для реализации алгоритмов ЦОС, а также многоуровневой параллельной организацией вычислительного процесса; -разработаны специализированные элементы и устройства, являющиеся эффективными для решения задач ЦОС в базисе комбинированного кластера и отличающиеся от существующих ориентацией именно на алгоритмы обработки сигналов на аппаратном и программном уровне, а также позволяющих выполнять межэлементные соединения, составляющие сети нижнего уровня в разработанном в рамках диссертационной работы многослойном комбинированном кластере. Практическая ценность и рекомендации по применению.

Результаты исследований, описанных в диссертации, находят применение для решения комплексных задач обработки сигналов, как на верхнем уровне комбинированных кластеров, так и на уровне проблемно-ориентированных элементов и устройств, образующих нижние слои.

Эффективность и качество работы разработанного комбинированного кластера цифровой обработки сигналов следует из:

-использования элементов и устройств с аппаратной поддержкой алгоритмов цифровой обработки сигналов;

- введения концептуально новых и эффективных методов и алгоритмов обработки
данных на комбинированных кластерах;

-использования распределенных вычислителей с настраиваемой коммуникационной средой для параллельного выполнения участков загружаемых задач;

- многоуровневого распараллеливания решаемых задач сразу на нескольких слоях
комбинированного кластера;

-эффективного использования возможностей адаптации структуры кластера к особенностям и размеру решаемой задачи, а также возможностей горизонтального и вертикального масштабирования и замены элементов в соответствии с требованиями.

Основные положения, выносимые на

защиту:

-новое комбинированное устройство кластерного типа (комбинированный кластер), являющийся эффективным для решения сложных задач ЦОС;

-элементы и устройства, адаптированные для решения задач ЦОС в составе многослойного комбинированного кластера.

Достоверность и обоснованность полученных результатов и положений, выносимых на защиту, подтверждается:

применением апробированных алгоритмов для двух- и трехмерных задач ЦОС;

разработкой и апробацией специализированного низкоуровневого программного обеспечения для решения сложных задач ЦОС;

-постановкой и проведением вычислительного эксперимента и проверкой полученных результатов на практике на примере решения задачи медианной фильтрации изображений и обработки гидроакустических сигналов методами вейвлет-анализа с применением предложенных специализированных элементов и устройств.

Полученные элементы и устройства, а также сопутствующие их эффективному применению на практике метод и алгоритмы являются универсальными и их целесообразно использовать при построении комплексов цифровой обработки сигналов, автоматизированных модулей целеуказания и сопровождения объектов, расчете параметров распространения гидроакустических волн, обработке поверхностей и сигналов разной физической природы.

Научные и практические результаты диссертации использовались при выполнении госбюджетной НИР «Разработка теории и принципов построения интеллектуальных высокопроизводительных реконфигурируемых многопроцессорных вычислительных систем на основе аппаратных мультипрограммных средств и специализированных трансляторов алгоритмов в аппаратные программы», выполняемой в ТТИ ЮФУ, а также в учебном процессе ТТИ ЮФУ - в лабораторном практикуме по курсу «Проблемно-ориентированные вычислительные системы», что подтверждено соответствующими актами.

Публикации.

Результаты, полученные в диссертации, нашли отражение в 8 печатных работах. Среди них 5 статей, 3 тезиса докладов. 3 статьи опубликованы в изданиях, входящих в список рекомендованных ВАК.

Апробация работы.

Результаты работы докладывались и обсуждались на различных конференциях:

  1. VIII Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Техническая кибернетика радиоэлектроника и систем управление». Таганрог, 2006, ТРТУ;

  2. IX Всероссийской научной конференция студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления». - Таганрог, 2008;

  3. Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Компьютерные технологии в науке, инженерии и управлении» «КомТех-2009». - Таганрог, 2009;

  4. 55-й Всероссийской и научно-методической конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов и сотрудников ТТИ ЮФУ в 2009;

  5. 56-й Научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов и сотрудников ТТИ ЮФУ. - Таганрог, 2009;

  6. V ежегодной научной конференции студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН Таганрог, 2009;

  7. VII Всероссийской конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Информационные технологии, системный анализ и управление». ТТИ ЮФУ -Таганрог, 2009;

  8. 57-й Научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов и сотрудников ТТИ ЮФУ. - Таганрог, 2011.

Структура работы.

Материал основной части диссертационной работы изложен на 180 страницах машинописного текста. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, списка литературы из 114 наименований на 10 листах, содержит 6 таблиц, 66 рисунков и 2 приложения на 21 листе. Общий объем диссертации, включая список используемых источников и приложения, составляет 212 страниц.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net