izvestswsuИзвестия Юго-Западного государственного университетаProceedings of the Southwest State University2223-15602686-6757ЮЗГУ10.21869/2223-1560-2018-22-5-127-135izvestswsu-398Research ArticleИнформатика, вычислительная техника и управлениеComputer science, computer engineering and IT managmentИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ГРАФИЧЕСКОГО МУЛЬТИПРОЦЕССОРА НА ОСНОВЕ ТЕОРИИ СЕТЕЙ ПЕТРИSIMULATION MODEL OF GRAPHIC MULTIPROCESSOR BASED ON THE PETRI NETS THEORYПетросовД. А.PetrosovD. A.

Кандидат технических наук, доцент

308503, Белгород, пос. Майский, ул. Вавилова, 1

Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor308503, Belgorod, May Village, Vavilova Str., 1scorpionss2002@mail.ruПетросоваН. В.PetrosovaN. V.

Преподаватель

308503, Белгород, пос. Майский, ул. Вавилова, 1

Lecturer308503, Belgorod, May Village, Vavilova Str., 1petrosova.nat@mail.ruБажановА. Г.BazhanovA. G.

Кандидат технических наук

308503, Белгород, пос. Майский, ул. Вавилова, 1

Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor308503, Belgorod, May Village, Vavilova Str., 1bazhanov.ag@bstu.ruБажановаО. И.BazhanovaO. I.

Кандидат технических наук, доцент

308503, Белгород, пос. Майский, ул. Вавилова, 1

Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor308503, Belgorod, May Village, Vavilova Str., 1bazhanova.oi@bstu.ruБелгородский государственный аграрный университет им. В.Я. ГоринаBelgorod State Agricultural University named after V.Ya. Gorin201826022019225127135Copyright © Петросов Д.А., Петросова Н.В., Бажанов А.Г., Бажанова О.И., 20192019Петросов Д.А., Петросова Н.В., Бажанов А.Г., Бажанова О.И.Petrosov D.A., Petrosova N.V., Bazhanov A.G., Bazhanova O.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestswsu.elpub.ru/jour/article/view/398

В работе рассматривается проблема создания имитационных моделей графического мультипроцессора для проведения вычислительных экспериментов с целью определения эффективности применения параллельных вычислений на основе технологии GPGPU(General-purposecomputingforgraphicsprocessingunits, неспециализированные вычисления на графических процессорах) в задачах структурно-параметрического синтеза больших дискретных систем на основе эволюционных процедур. В качестве математического аппарата предлагается использование теории сетей Петри, которая обладает свойством параллелизма и позволяет описывать дискретные процессы, протекающие как в генетическом алгоритме, так и в самой вычислительной системе. Разработка имитационной модели выполняется на основе архитектуры памяти графического мультипроцессорного модуля с учетом специфики ее работы, связанной с возможностью чтения, записи и передачи данных. Кроме того, рассмотрена особенность работы арифметико-логических устройств, которые способны выполнять одновременно одну команду над множеством данных. При построении модели учтена особенность графических мультипроцессоров, которая позволяет получить больший эффект от применения параллельных вычислений избегая срабатывания блоков ветвлений и управления, которые замедляют работу мультипроцессора (так как их количество меньше, чем количество вычислителей), образуя тем самым «узкие» места. Предложенная имитационная модель мультипроцессорного блока на основе выбранного инструментального средства, реализованная с помощью специализированного программного средства имитационного моделирования на базе теории сетей Петри – PIPE 5. Данное программное средство распространяется бесплатно и обладает широким спектром инструментальных и аналитических средств, что в значительной мере упрощает как процесс моделирования, так и процесс анализа полученных моделей. Полученная в результате исследования модель даст возможность оценить эффективность применения параллельных вычислений на основе технологии GPGPU при решении задачи повышения быстродействия интеллектуальных информационных систем поддержки принятия решений на базе адаптированных к предметной области генетических алгоритмов.

This work addresses the problem of creating the simulation models of a graphical multiprocessor for carrying out computational experiments to determine the efficiency of using the parallel computing based on GPGPU (General-purpose computing for graphics processing units, non-specialized computing on graphics processors) in tasks of structural-parametric synthesis of big discrete systems based on evolutionary procedures. We propose to use the Petri netstheory as a mathematical tool.It has the parallelism property and allows describing discrete processes occurring both in the genetic algorithm and in the computing system itself.The development of a simulation model is carried out on the basis of the graphic multiprocessor module memory architecture taking into account the specifics of its work related to the ability to read, write and transmit data.In addition, we describe the feature of the arithmetic logic devices work, which are able to simultaneously execute one command over a set of data.When building the model we take into account a feature of graphic multiprocessors which allows to get a greater effect from usingthe parallel computing avoiding the branching and control blocks operation that slow down the multiprocessor (since their number is less than the calculators number), thereby forming the “narrow” places.The proposed simulation model of a multiprocessor unit based on the selected tool is implemented using the specialized software for simulation based on the Petri nets theory – PIPE 5.This software is distributed free of charge and has a wide range of instrumental and analytical tools, which greatly simplifies both the modeling process and the process of analyzing the obtainedmodels.The resulting model will provide an opportunity to evaluate the efficiency of using parallel computing based on GPGPU technology in solving the task of improving the performance of intelligent information decision support systems based on genetic algorithms adapted to the subject area.

имитационное моделированиеинтеллектуальные системыэволюционные мето-дыгенетические алгоритмыпараллельные вычисленияграфический мультипроцессорsimulationintelligent systemsevolutionary methodsgenetic algorithmsparallel computinggraphic multiprocessorГрант РФФИ: № 18-07-00634-АReferencesAl-Mouhamed M., Khan A.H. Exploration of automatic optimisation for CUDA programming // International Journal of Parallel, Emergent and Distributed Systems. 2015.Vol. 30. Issue 4. Pp. 309 – 324. doi: 10.1080/17445760.2014.953158.Al-Mouhamed M., Khan A.H. Exploration of automatic optimisation for CUDA programming.International Journal of Parallel, Emergent and Distributed Sys-tems,2015, vol. 30,is. 4,pp. 309 – 324.Петросов Д.А. Адаптация генетического алгоритма при моделировании вычислительной техники с изменяющейся структурой и набором компонентов на основе сетей Петри // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И. Вернадского. 2009. № 6 (20). С. 151 – 160.Petrosov D.A. Adaptacija geneticheskogo algoritma pri modelirovanii vychislitel'noj tehniki s izmenjajushhejsja strukturoj i naborom komponentov na osnove setej Petri.Voprosy sovremennoj nauki i praktiki. Universitet im. V.I. Vernadskogo, 2009,no. 6 (20),pp. 151 – 160.Петросов Д.А. Применение параллельных вычислений в интеллектуальных системах управления // Информационно-аналитические системы и технологии:материалы V международной конференции. 2018. С. 24 – 29.Petrosov D.A. Primenenie parallel'nyh vychislenij v intellektual'nyh sistemah upravlenija.Informacionno-analiticheskie sistemy i tehnologii. Materialy V mezhdunarodnoj konferencii, 2018,pp. 24 – 29.Hart W. E., Baden S., Belew R. K., Kohn S. Analysis of the Numerical Effects of Parallelism on a Parallel Genetic Algo-rithm. In IEEE (ed.): CD-ROM IPPS97. 1997. 8p.Hart W. E., Baden S., Belew R. K., Kohn S. Analysis of the Numerical Effects of Parallelism on a Parallel Genetic Algo-rithm. In IEEE (ed.): CD-ROM IPPS97. 1997, 8p.Al-Dabass D., Vindlacheruvu P., Evans D.J. Parallelism in neural nets // Parallel Algorithms and Applications. 1997. Is. 3-4. Pp. 169 – 185.Al-Dabass D., Vindlacheruvu P., Ev-ans D.J. Parallelism in neural nets.Parallel Algorithms and Applications,1997, is. 3-4,pp. 169 – 185.Lomazova I. A. Resource Equivalences in Petri Nets, in: Application and Theory of Petri Nets and Concurrency. 38th International Conference, PETRI NETS 2017, Zaragoza, Spain, June 25–30, 2017, Proceedings/ Ed. By W. van der Aalst E. Best. Vol. 10258: Lecture Notes in Computer Science. Switzerland: Springer, 2017. Pp. 19 – 34.Lomazova I. A. Resource Equivalences in Petri Nets, in: Application and Theory of Petri Nets and Concurrency. 38th International Conference, PETRI NETS 2017, Zaragoza, Spain, June 25–30, 2017, Proceedings. Ed. By W. van der Aalst E. Best. Vol. 10258: Lecture Notes in Computer Science. Switzerland: Springer, 2017,pp. 19 – 34.Подходы к построению дискретных моделей непрерывных технологических процессов для синтеза управляющих автоматов / В.З. Магергут, В.А. Игнатенко, А.Г., Бажанов В.Г. Шаптала // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2013. № 2. С. 100 – 102.Magergut V.Z., Ignatenko V.A., Bazhanov A.G., Shaptala V.G. Podhody k postroeniju diskretnyh modelej nepreryvnyh tehnologicheskih processov dlja sinteza upravljajushhih avtomatov.Vestnik BGTU im. V.G. Shuhova, 2013,no. 2,pp. 100 – 102.Магергут В.З., Рубанов В.Г., Чуев А.С. Формализация и анализ дискретных организационно-технологических систем со структурированными агентами на индикаторных сетях: монография. Белгород: БГТУ, 2016. 149 с.Magergut V.Z., Rubanov V.G., Chuev A.S. Formalizacija i analiz diskretnyh organizacionno-tehnologicheskih sistem so strukturirovannymi agentami na in-dikatornyh setjah. Belgorod, 2016, 149 p.Басавин Д.А., Петросов Д.А., Игнатенко В.А. Применение технологии GPGPU в задачах создания интеллектуальных систем поддержки принятия решений // Высокие интеллектуальные технологии в науке и образовании:материалы IV Международной научно-практической конференции. СПб., 2017. С. 63 – 65.Basavin D.A., Petrosov D.A., Ig-natenko V.A. Primenenie tehnologii GPGPU v zadachah sozdanija intellektual'nyh sistem podderzhki prinjatija reshenij.Vysokie intellektual'nye tehnologii v nauke i obrazovanii. Materialy IV Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii.Saint-Petersburg,2017,pp. 63 – 65.Amdahl, Gene M. Validity of the Single Processor Approach to Achieving Large-Scale Computing Capabilities // AFIPS Conference Proceedings. Pp. 483–485. doi:10.1145/1465482.1465560.Amdahl Gene M. Validity of the Single Processor Approach to Achieving Large-Scale Computing Capabilities. AFIPS Conference Proceedings,pp. 483 – 485.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.