Вибір обчислювальних методів для створення паралельних програмних комплексів аналізу перехідних режимів роботи електронних систем. Процес адаптації існуючих діакоптичних методів аналізу динамічних режимів електронних кіл до їх алгоритмічної реалізації.
Аннотация к работе
Адаптація чисельних методів аналізу перехідних режимів електронних кіл для виконання на багатопроцесорних обчислювальних комплексах дозволить пришвидшити процес моделювання електронних та електротехнічних обєктів, дасть змогу якнайповніше вивчати особливості їх роботи в процесі компютерного моделювання, зменшить собівартість та терміни проектування електронних пристроїв. 3) Адаптовано діакоптичні методи моделювання електронних кіл (метод роздільного інтегрування та прямий діакоптичний метод) для їх програмної реалізації на багатопроцесорних обчислювальних комплексах, запропоновано нову реалізацію паралельного адаптивного діакоптичного алгоритму, що дозволяє на порядок зменшити час виконання обчислень. Розроблені алгоритми є частиною програмного комплексу для аналізу перехідних режимів роботи електронних кіл діакоптичними методами, що створюється на кафедрі теоретичної та загальної електротехніки Національного університету "Львівська політехніка" і призначеного для роботи на паралельних обчислювальних системах. Здобувачем самостійно розроблено рекомендації щодо вибору паралельних апаратних платформ для алгоритмізації методів моделювання перехідних режимів роботи електронних схем [1, 2, 4, 6]; адаптовано для паралельного виконання метод роздільного інтегрування і вдосконалено прямий діакоптичний метод [1, 3, 9]; розроблено новий комбінований алгоритм розподілу завантаженостей паралельних процесорних модулів та автоматичного визначення оптимальної кількості процесорів системи для проведення обчислень у найкоротші терміни [5]; розроблено програмне забезпечення для аналізу перехідних режимів роботи електронних систем адаптивними паралельними алгоритмами [5, 7, 8]; проведено низку обчислювальних експериментів з метою оцінки ефективності запропонованих алгоритмів [1, 3, 4, 5]. Основні результати дисертаційних досліджень доповідалися на 2-ій Міжнародній науково-технічній конференції "Математичне моделювання в електротехніці, електроніці та електроенергетиці" (Львів, 1997 р.); XV Симпозіумі "Електромагнітні явища у нелінійних колах" (Льєдж, Бельгія, 1998 р.); Міжнародній науково-технічній конференції "Проблеми фізичної та біомедичної електроніки" (Київ, 1998 р.); V-тій Міжнародній науково-технічній конференції "Досвід розробки і застосування САПР в мікроелектроніці" (Львів, 1999 р.); Міжнародній науково-технічній конференції "Проблеми фізичної та біомедичної електроніки" (Київ, 1999 р.); Спільній українсько-польській школі-семінарі "Актуальні проблеми теоретичної електротехніки: наука і дидактика" (Львів/Алушта, 1999 р.); 3-ій Міжнародній науково-технічній конференції "Математичне моделювання в електротехніці, електроніці та електроенергетиці" (Львів, 1999 р.); Міжнародній науково-технічній конференції "Проблеми фізичної та біомедичної електроніки" (Київ, 2000 р.); Спільній українсько-польській школі-семінарі "Актуальні проблеми теоретичної електротехніки: наука і дидактика" (Соліна, Польща, 2000 р.).
Список литературы
1) В результаті аналізу існуючих методів компютерного моделювання встановлено, що найпридатнішими для створення програмних засобів моделювання динамічних режимів роботи електронних кіл на паралельних обчислювальних системах є діакоптичні методи аналізу.
2) Для створення паралельних програмних комплексів моделювання динамічних режимів роботи електронних кіл діакоптичними алгоритмами запропоновано нові підходи щодо вибору обчислювальних архітектур, використовуваного рівня паралельності та типу синхронізації процесорних модулів, що найповніше враховують таку особливість діакоптичних методів, як незалежний розвязок математичних моделей підсхем на певних часових інтервалах.
3) Запропоновано методику проектування паралельних програмних комплексів моделювання динамічних режимів роботи електронних кіл із використанням програмних засобів емуляції багатопроцесорних ЕОМ, що дозволяє зменшити час розробки паралельних програм аналізу електронних кіл.
4) З метою зменшення часу моделювання динамічних режимів роботи електронних кіл на багатопроцесорних обчислювальних системах запропоновано нові алгоритми розподілу завантажень та визначення оптимальної кількості процесорів паралельної обчислювальної системи, котрі на тестових прикладах прискорили процес моделювання на 70-90% і збільшили на 30-40% ефективність використання наявних обчислювальних ресурсів, що дозволяє завантажувати вивільнені процесорні модулі іншими обчислювальними задачами.
5) Модифіковано алгоритм роздільного інтегрування, кожна ітерація якого складається із вдвічі меншої кількості послідовних етапів виконання, що спрощує побудову паралельних програм моделювання динамічних режимів електронних кіл у порівнянні із базовим варіантом методу роздільного інтегрування.
6) Запропоновано новий паралельний адаптивний алгоритм моделювання динамічних режимів роботи електронних кіл, побудований на основі методу роздільного інтегрування та прямого діакоптичного методу, що дозволяє підвищити швидкодію паралельного програмного комплексу аналізу у 3-9 разів, порівняно із часом моделювання паралельним прямим діакоптичним алгоритмом, і до 5 разів, порівняно із тривалістю моделювання методом роздільного інтегрування.
7) Запропоновані у дисертаційній роботі розширення мови Spice для паралельного моделювання електронних та електричних систем, на відміну від розробки нових мов моделювання, дозволять зменшити вартість підготовки користувачів для роботи на програмних системах такого типу, що спростить впровадження паралельних програм аналізу динамічних режимів електронних кіл на підприємствах та в організаціях.
Список опублікованих праць за темою дисертації
1. Стахів П.Г., Крупський Б.І. Розпаралелення процесу розрахунку перехідних режимів складних електричних схем в локальній мережі // Вісник ДУ "Львівська політехніка". Електроенергетичні та електромеханічні системи. - 1997. - №334. - С. 122-125.
2. Рендзіняк С.Й., Крупський Б.І., Мурін В.І. Реалізація паралельних діакоптичних алгоритмів розрахунку динамічних режимів в локальній мережі // Электроника и связь. - 1998. - Вып. 4. - Ч.3. - C. 415-418.
3. Стахів П.Г., Крупський Б.І., Рендзіняк С.Й. Проблеми алгоритмізації методів моделювання багатофункціональних електронних систем на паралельних обчислювальних структурах // Электроника и связь. - 1999. - № 6. - Т.2. - C. 206-210.
4. Стахів П.Г., Крупський Б.І. Особливості розпаралелення задач електротехніки на багатопроцесорних обчислювальних системах // Відбір і обробка інформації. - 1999. - Вип. 13 (89). - С.172 - 177.
5. Стахів П.Г., Крупський Б.І. Розподіл обчислювальних ресурсів багатопроцесорних ОС при паралельному розрахунку електронних кіл // Электроника и связь. - 2000. - №8. - Т.1. - С.122 - 127.
6. Крупський Б.І. Використання багатопроцесорних обчислювальних систем для аналізу перехідних режимів роботи електронних кіл методами підсхем // CADSM"99. V-та Міжнародна науково-технічна конференція "Досвід розробки і застосування САПР в мікроелектроніці". - Львів, 1 - 6 лютого, 1999. - С. 92-94.
7. Стахів П.Г., Крупський Б.І. Моделювання складних електронних систем адаптивними паралельними алгоритмами // Спільна українсько-польська школа-семінар "Актуальні проблеми теоретичної електротехніки: наука і дидактика". - Львів/Крим - Алушта, 13-18 вересня, 1999. - С. 131 - 136.
8. Стахів П.Г., Крупський Б.І. Адаптивні паралельні алгоритми аналізу електронних схем на основі діакоптичних методів розрахунку перехідних режимів. // 3-я Міжнародна науково-технічна конференція "Математичне моделювання в електротехніці, електроніці та електроенергетиці": Тези доповідей. - Львів. 25-30 жовтня 1999 р. - C.261.
9. Крупський Б.І., Мурін В.І. Моделювання перехідних режимів роботи електротехнічних кіл на паралельних обчислювальних середовищах // Спільна українсько-польська школа-семінар "Актуальні проблеми теоретичної електротехніки: наука і дидактика". - Соліна, Польща, вересень 2000 р. - С. 90-92.
10. Peter Stakhiv, Bohdan Krupskyy. Implementation of decomposition approach in construction of parallel algorithms for simulation of nonlinear circuits // XV Simposium on Electromagnetic Phenomena in Nonlinear Circuits. Poznan, Liege, September 1998.