Анотація до роботи:

Цмоць І.Г. Методи паралельних обчислень і спеціалізовані засоби технологій цифрової обробки сигналів у реальному часі. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.13.06 - автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології. Державний науково-дослідний інститут інформаційної інфраструктури, Львів, 2002.

Дисертацію присвячено питанням розробки орієнтованих на НВІС-реалізації паралельних методів і алгоритмів обчислень та створення високопродуктивних спеціалізованих засобів технологій цифрової обробки сигналів у реальному часі з високою ефективністю використання обладнання.

Розроблено орієнтовані на НВІС-реалізації методи та алгоритми паралельних обчислень базових операцій цифрової обробки сигналів. Розвинуто теорію побудови на основі НВІС високопродуктивних спеціалізованих засобів технологій цифрової обробки сигналів у реальному часі, яка ґрунтується на запропонованих принципах побудови, введеному графо-потоковому методі, розроблених базових структурах паралельної пам'яті, операційних пристроїв, процесорів і комп'ютерних систем і вдосконалених методах синтезу. Запропоновано принципи побудови та базові структури, розроблено основні компоненти і методи синтезу на їх основі паралельної пам'яті з заданими технічними характеристиками. Продемонстровано ефективність отриманих паралельних алгоритмів обчислення і методів проектування на прикладі створення комплекту НВІС і високопродуктивних спеціалізованих засобів технологій цифрової обробки сигналів реального часу.

У дисертаційній роботі на основі проведених досліджень вирішена важлива науково-технічна проблема - розроблено орієнтовані на НВІС-реалізації методи і алгоритми паралельних обчислень та розвинуто теорію побудови на НВІС високопродуктивних спеціалізованих засобів технологій ЦОС у реальному часі з високою ефективністю використання обладнання. При цьому отримані такі основні результати:

1. Обґрунтовано необхідність створення і сформульовано вимоги до засобів технологій ЦОС у реальному часі, визначено основні шляхи вдосконалення та отримано аналітичні вирази для оцінки їхньої швидкодії, затрат обладнання і ефективності його використання.

2. Розроблено і використано графо-потоковий метод, який завдяки врахуванню особливостей засобів реалізації та інтенсивності надходження потоків даних забезпечує просторово-часове відображення обчислювальних алгоритмів у паралельні структури з високою ефективністю використання обладнання.

3. Сформульовано принципи проектування, синтезовано базові структури алгоритмічних операційних пристроїв, паралельної пам'яті та високопродуктивних процесорів, отримано аналітичні вирази оцінки їхніх основних параметрів, розроблено методи синтезу та на основі них розвинуто теорію побудови високопродуктивних спеціалізованих засобів технологій ЦОС у реальному часі. З використанням отриманих результатів створено на базі НВІС високопродуктивні процесори і системи ЦОС, які характеризуються високою ефективністю використання обладнання, та розроблено базову структуру, визначено склад і функції основних модулів технологічного інструментального комплексу для їх розробки та налагодження.

4. Розроблено новий метод прискореного обчислення базових операцій швидких алгоритмів ОТП, отримано на його основі паралельні алгоритми і синтезовано НВІС-структури операційних пристроїв для обчислення базових операцій алгоритмів ШПФ комплексної послідовності за основою два, чотири та розщепленою основою два-чотири як з часовим, так і частотним прорідженням, які мають на 20-30% більшу швидкодію, ніж відомі.

5. Розроблено нові ефективні алгоритми і структури для паралельного та паралельно-потокового сортування інтенсивних потоків даних у реальному часі. Показано, що введення зворотних зв'язків у пристрої паралельно-потокового сортування на основі методу витіснення підвищує ефективність використання обладнання на 40%.

6. З використанням методу порозрядного порівняння розроблено нові систолічні алгоритми і НВІС-структури для медіанної фільтрації, які відрізняються від відомих простотою реалізації та малим конвеєрним тактом, який дорівнює часу спрацювання тригера і трьох логічних елементів типу "I".

7. На основі отриманих паралельних алгоритмів обчислення базових операцій ЦОС, сформульованих принципів побудови, розроблених базових структур і вдосконалених методів синтезу розвинуто теорію побудови паралельних операційних пристроїв. З використанням отриманих результатів створено алгоритмічні, з високою ефективністю використання обладнання НВІС-структури для обчислення базових операцій швидких алгоритмів ОТП, швидких біортогональних хвильових перетворень виду CDF 9/7, піднесення до степеня, виконання арифметичних операцій над дійсними і комплексними числами.

8. Сформульовано принципи побудови, розроблено базові структури і основні компоненти паралельної пам'яті, вдосконалено методи проектування, управління і масштабування доступу до неї та синтезовано нові структури універсальної та спеціалізованої паралельної пам'яті, які відрізняються від відомих високою ефективністю використання обладнання.

9. Показано, що вдосконалені швидкі алгоритми базових ОТП мають спрощені структури базових операції та алгоритмів і забезпечують простоту переходу до загального та спеціальних випадків ШПФ і ШПХ. З використанням отриманих алгоритмів розроблено програмовані на розмір і вид базового ОТП потоково-конвеєрні НВІС-процесори та синтезовано з їх використанням матричні процесори для реалізації ОТП більших розмірностей у реальному часі.

10. Продемонстровано ефективність отриманих паралельних алгоритмів і методів проектування на прикладі розробки комплекту спеціалізованих НВІС в складі: арифметично-комутуючого пристрою, пристрою множення комплексних чисел, генератора адрес і комутатора каналів, контролера багатопортової пам'яті, процесора 2-4-8-16-точкового ШКПФ-ШСПФ та синтезу високопродуктивних процесорів і систем реального часу з високою ефективністю використання обладнання.

Всі нові технічні рішення захищені авторськими свідоцтвами та патентами на винаходи. Результати дисертаційної роботи були використані при розробці спеціалізованих НВІС, ряду високопродуктивних спеціалізованих процесорів і систем ЦОС, впровадження яких забезпечило можливість вирішити важливу науково-технічну проблему створення високопродуктивних малогабаритних спеціалізованих засобів технологій ЦОС у реальному часі.

Публікації автора:

1. Цмоць І.Г. Алгоритми і структури для ВІС перемножувача комплексних чисел // Вісник Державного університету "Львівська політехніка": "Комп'ютерні системи проектування. Теорія і практика ", № 327. 1998.- С.231-240.

2. Цмоць І.Г. Принципи розробки і оцінка основних характеристик високопродуктивних процесорів на надвеликих інтегральних схемах // Вісник Державного університету "Львівська політехніка": "Комп'ютерна інженерія та інформаційні технології", № 349. 1998.- С.5-11.

3. Цмоць І.Г. Метод і структура ВІС для прискоренного виконання операції швидкого перетворення Фур'є за основою два // Вісник Державного університету"Львівська політехніка": "Комп'ютерна інженерія та інформаційні технології", № 351. 1998.-С.13-19.

4. Цмоць І.Г. Паралельні алгоритми і структури пристроїв піднесення до степеня // Науково-технічний журнал "Технічні вісті", № 1(8),2(9). - Львів, 1999. - С.24-27.

5. Цмоць І.Г. Принципи побудови і базові структури паралельної пам'яті // Збірник наук. праць ІПМЕ НАН України: "Моделювання та інформаційні технології", Вип. 1. -Львів, 1999. - С.27-33.

6. Цмоць І.Г. Паралельно-потокові системи цифрової обробки сигналів з обміном через багатопортову пам'ять // Вісник Державного університету "Львівська політехніка": "Комп'ютерні системи проектування. Теорія і практика ", №373. 1999. - С.106-111.

7. Цмоць І.Г. Алгоритмічні операційні пристрої для обчислення базових операцій алгоритмів швидкого перетворення Фур'є комплексної послідовності // Збірник наук. праць ІПМЕ НАН України: "Моделювання та інформаційні технології", Вип. 2. - Київ, 1999. - С.159-173.

8. Цмоць І.Г. Особливості проектування спеціалізованих комп'ютерних систем для обробки інтенсивних потоків інформації // Збірник наук. праць ІПМЕ НАН України: "Моделювання та інформаційні технології". Київ, Вип. 8. - 1999. - С.143-149.

9. Цмоць І.Г. Алгоритмічні багатооперандні операційні пристрої високопродуктивних процесорів управління та цифрової обробки сигналів // Науково-технічний журнал "Технічні вісті", № 1/10, 2/11. - Львів, 2000. - С.46-49.

10. Цмоць І.Г. Особливості проектування алгоритмічних операційних пристроїв високопродуктивних процесорів цифрової обробки сигналів // Збірник наук. праць ІПМЕ НАН України: "Моделювання та інформаційні технології". - Вип. 5. - Київ, 2000. - С.147-154.

11. Цмоць І.Г. Алгоритми та НВІС - структури для добування квадратного кореня // Вісник Національного університету "Львівська політехніка": "Комп'ютерні системи проектування. Теорія і практика", №398. 2000. - С.139-142.

12. Цмоць І.Г., Паньків Р.С. Основні характеристики макроелементів ВІС процесорів управління та цифрової обробки сигналів // Вісник Державного університету "Львівська політехніка": "Комп'ютерні системи проектування. Теорія і практика", № 313. 1996. - С.121-124.

13. Цмоць І.Г., Демида Б.А. Структурна організація багатопортової пам'яті на базі ВІС пам'яті з довільним доступом для мультипроцесорних систем цифрової обробки сигналів // Вісник Державного університету "Львівська політехніка": "Комп'ютерна інженерія та інформаційні технології", № 322. 1997. - С.160-166.

14. Цмоць І.Г., Батюк А.Є., Демида Б.А., Рашкевич Ю.М., Пасека М.С. // Особливості організації та базові структури пам'яті систем цифрової обробки сигналів // Збірник наук. праць "Комп'ютерні технології друкарства". - Львів, 1998. - С.90-92.

15. Цмоць І.Г., Батюк А.Є. Алгоритми і конвеєрні пристрої сортування даних в реальному масштабі часу // Вісник Державного університету "Львівська політехніка": "Інформаційні системи та мережі", № 330. 1998. - С.247-253.

16. Цмоць І.Г., Демида Б.А. Особливості та основні принципи побудови пам'яті програмованих процесорів цифрової обробки сигналів // Науково-технічний журнал "Технічні вісті", №1(6),2(7). - Львів, 1998 - С.34-39.

17. Цмоць І.Г., Батюк А.Є. Перспективні шляхи побудови процесорів управління та обробки сигналів // Науково-технічний журнал "Інформаційні технології та системи", №1/2. - Львів, 1998. - С.185-189.

18. Цмоць І.Г., Демида Б.А. Синтез паралельної пам'яті для систем керування та цифрової обробки сигналів // Вісник Державного університету "Львівська політехніка": "Комп'ютерна інженерія та інформаційні технології", №370. 1999. - С.9-18.

19. Ткаченко Р.О., Цмоць І.Г. Акселератор для реалізації штучних нейронних мереж на основі нейропарадигми "Функціонал на множині табличних функцій". Збірник наук. праць ІПМЕ НАН України. - Вип. 7. - Київ, 1999. - С.20-28.

20. Ваврук Е.Я., Рашкевич Ю.М., Цмоць І.Г. Підходи до побудови та вибору елементної бази процесорів управління та цифрової обробки сигналів // Збірник наук. праць ІПМЕ НАН України "Моделювання та інформаційні технології". - Вип. 3. - Київ, 1999. - С.160-168.

21. Цмоць І.Г., Демида Б.А. Структури спеціалізованої паралельної пам'яті високопродуктивних процесорів управління та цифрової обробки сигналів // Вісник Державного університету "Львівська політехніка"; "Комп'ютерна інженерія та інформаційні технології", №380. 1999. - С.18-29.

22. Цмоць І., Демида Б. Структури пам'яті з дисципліною доступу FIFO // Вісник Державного університету "Львівська політехніка": "Комп'ютерна інженерія та інформаційні технології". №386. 1999. - С.21-26.

23. Цмоць І.Г., Яцимірський М.М. Синтез алгоритмів і потокових структур перетворення Фур'є для НВІС // Збірник наук. праць ІПМЕ НАН України "Моделювання та інформаційні технології". - Вип. 4. - Київ, 1999. - С.113-118.

24. Цмоць І.Г., Сенько В.В., Батюк А.Є. Паралельні алгоритми та НВІС-структури для медіанної фільтрації зображень в реальному масштабі часу // Збірник наук. праць ІПМЕ НАН України. Вип. 9. - Київ, 2000. - С.133-142.

25. Цмоць І.Г., Ваврук Є.А., Демида Б.А. Аналіз методів управління доступом до паралельної пам'яті // Вісник Державного університету "Львівська політехніка": "Комп'ютерна інженерія та інформаційні технології". - №392. 2000. - С.27-31.

26. Демида Б.А., Рашкевич Ю.М., Цмоць І.Г. Аналіз структур комутаційних мереж і оцінка їх основних характеристик //Збірник наук. праць "Комп'ютерні технології друкарства", №5. - Львів, 2000. - С.310-319.

27. Цмоць І.Г., Рашкевич Ю.М., Демида Б.А., Ревич М.Р., Кашем А.М. Паралельна пам'ять систем управління та цифрової обробки і оцінка її основних характеристик // Вестник Харьковского государственного политехнического университета "Системный анализ, управление и информационные технологии". - Вып.97. Харьков, 2000. - С.79-84.

28. Ліскевич Р.І., Цмоць І.Г., Яцимірський М.М. Універсальний НВІС-процесор швидких тригонометричних перетворень // Збірник наук. праць ІПМЕ НАН України. - Вип. 10. - Київ, 2000. - С.190-197.

29. Ваврук Є.Я., Рашкевич Ю.М., Цмоць І.Г. Метод діагностики бортових систем цифрової обробки сигналів // Збірник наук. праць ІПМЕ НАН України "Моделювання та інформаційні технології". - Вип. 6. - Київ, 2000. - С.179-182.

30. Демида Б.А., Цмоць І.Г. Базові структури комп'ютерних систем для обробки інтенсивних потоків даних // Вісник Національного університету "Львівська політехніка": "Комп'ютерна інженерія та інформаційні технології". - №413. 2000. - С.7-12.

31. Цмоць І.Г., Рахман М.Л. Паралельні алгоритми та пристрої сортування чисел // Збірник наук. праць ІПМЕ НАН України, Вип. 11. - Київ, 2001. - С.83-91.

32. Цмоць І.Г., Рахман М.Л. Алгоритми та пристрої паралельно-потокового сортування даних // Збірник наук. праць ІПМЕ НАН України, Вип. 12. - Київ, 2001. - С.151-158.

33. Запоминающее устройство с автономным контролем: А.с. №1252817 СССР, МКИ G 11 C29/00 / Ваврук Е.Я., Мельник А.О., Цмоць І.Г. (СССР). -№3859114/24-24; Заявлено 20.02.85; Опубл. 23.08.86, Бюл. №31.

34. Запоминающее устройство с коррекцией информации: А.с. №1259339 СССР, МКИ G 11 C29/00 / Ваврук Е.Я., Захарко Ю.М., Мельник А.О., Цмоць І.Г. (СССР). -№3821048/24-24; Заявлено 03.12.84; Опубл. 23.09.86, Бюл. №35.

35. Процесор: А.с. №1280378 СССР, МКИ G 06 F 15/00 / Ваврук Е.Я., Захарко Ю.М., Мельник А.О., Цмоць І.Г. (СССР). -№3860980/24-24; Заявлено 14.01.85; Опубл. 30.12.86, Бюл. №48.

36. Арифметико-логическое устройство: А.с. №1599853 СССР, МКИ G 06 F 7/38, 7/06 / Ваврук Е.Я., Мельник А.О., Цмоць І.Г. (СССР). -№4605343/24-24; Заявлено 14.11.88; Опубл. 15.10.90, Бюл. №38.

37. Пат. 23357А Україна, МПК G11 C11/00, G06 F7/08 Буферний запам'ятовуючий пристрій / Демида Б.А, Рашкевич Ю.М, Цмоць І.Г. (Україна). - №96124854; Заявл. 24.12.96;опубл. 31.08.98, Державний реєстр України, Бюл. №4, 1998. - С.7.

38. Пат. №23358А Україна, МПК G11 C11/00. Багатопортова пам'ять / Демида Б.А, Рашкевич Ю.М, Цмоць І.Г. (Україна). - №96124869; Заявл. 25.12.96;опубл. 31.08.98, Державний реєстр України, Бюл. №4, 1998. - С.9.

39. Дикун А.С., Захарко Ю.М., Кушнір Б.Й., Мороз І.В., Паньків Р.С., Цмоць І.Г., Яцимірський М.М. Комплект великих інтегральних схем для побудови високопродуктивних процесорів цифрової обробки сигналів // Праці другої Всеукраїнської міжнародної конференції "УкрОБРАЗ'94". - Київ, 20-24 грудня 1994. - С.248-250.

40. Кушнір Б.Й., Цмоць І.Г. Процесори цифрової обробки сигналів для бортових систем управління // Праці другої Української конференції "Автоматики-95". - Львів, 26-30 вересня 1995. - Т. 4. - С. 115-116.

41. Батюк А., Балич Б., Вінтоняк Я., Цмоць І. Організація обчислювального процесу представлення і розпізнавання зображень у пороговому базисі // Праці третьої Всеукраїнської міжнародної конференції "УкрОБРАЗ'96". - Київ, 26- 30 листопада 1996. - С.77-79.

42. Демида Б.А., Цмоць І.Г. Структурна організація паралельної пам'яті мультипроцесорних систем управління і цифрової обробки сигналів // Матеріали 4-ї Української конференції з автоматичного управління "Автоматика 97". - Черкаси, 1997. -Т.4. - С.55.

43. Рашкевич Ю.М., Ткаченко Р.О., Цмоць І.Г., Демида Б.А., Батюк А.Є. Особливості реалізації штучних нейронних мереж на базі паралельно-потокових систем з організацією зв'язків через багатопортову пам'ять // Матеріали міжнародної науково-технічної конференції "Сучасні проблеми засобів телекомунікації, комп'ютерної інженерії та підготовки спеціалістів". - Львів, 23-28 лютого 1998. - С.68-69.

44. Ваврук Є.Я., Рашкевич Ю.М., Цмоць І.Г. Оцінка основних характеристик процесорів управління та обробки інформації на НВІС // Праці Міжнародної науково-технічної конференції "Інформаційні системи та технології", Львів, 21-23 жовтня 1999. - С.46-49.

45. Рашкевич Ю.М., Цмоць І.Г., Батюк А.Є. Метод та НВІС-структури для прискореного обчислення базових операцій швидких алгоритмів ортогональних тригонометричних перетворень // Автоматика-2000. Міжнародна конференція з автоматичного управління, Львів, 11-15 вересня 2000. Ч2. - С.208-211.