Апаратно-програмний комплекс для маніпулювання складними типами даних
Вантажиться...
Дата
2022-12
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Магістерська дисертація складається з 180 сторінок, в якій міститься 84
рисунка, 37 таблиць, використано 48 джерел.
Актуальність. Бази даних це одне з ключових направлень в індустрії
інформаційних технологій. Проблема збереження та зміни даних виникла ще
задовго до формування індустріальних технологій, та навіть паперу. При
зародженні ж комп'ютерних наук дана проблема постала відразу. Згодом,
бази даних стали окремою гілкою комп'ютерних наук. По мірі розвитку
цифрових технологій та діджиталізації суспільства проблематика баз даних
стає дедалі актуальнішою. На сьогоднішній день усі мастадонти сфери
інформаційних технологій мають свої сервери для зберігання даних, а деякі
компанії працюють лише з ними. Бази даних використовуються в сучасному
житті майже усюди, від звичайних сайтів до величезних державних та
наукових мереж. А розвиток хмарних технологій постійно підвищує вимоги
до баз даних. Зараз, хмарні технлології це не лише зберігання даних, а й їх
обчислення. Так, з кожним роком розвиваються ігрові хмарні сервіси, які
дають змогу користувачам грати в комп'ютерні ігри на будь якому апараті --
всі обчислення відбуваються на стороні серверу. Також до хмарних
обчислень поступово входять й обчислення нейроних мереж. Самі ж хмарні
сервери є величезним кластером комп'ютерів, які споживають величезну
кількість електроенергії, охолоджуються, вимагають обсуговування, тощо.
Одним з найпоширеніших типів баз даних є реляційний. Дані у ньому
пов'язані між собою певним відношенням, а відношення представлені у
вигляді двовимірних таблиць. Таблиці, в свою чергу, ідентичні до матриць у
плані їх збереження в пам’яті. Тому апаратне прискорення базових операцій
над реляціями не є складним, проте дозволить значно збільшити
продуктивність всієї системи.
Мета та завдання. Метою даної роботи є дослідження класу
конструктивних маніпуляційних функцій над реляціями та вивчення
можливості їхньої адаптації апаратної реалізації; а також дослідження
архітектури раніше розробленого матричного процесору (останньої
модифікації) на предмет його повноти для n-вимірних типів даних з
можливістю зміни базових операцій та, у разі потреби, покращення
архітектури раніше розробленого матричного процесору задля забезпечення
вищезазначеного.
Для досягнення мети, в роботі ставляться та вирішуються наступні
задачі:
1. відображення типу даних реляції на матричний тип з послідуючим їх
уточненням іменною моделлю даних;
2. виведення повної сукупності породжуючих класу р-функцій та чр-
предикатів над реляціями як функції над багатовимірним типом даних;
3. дослідження архітектури матричного процесору на предмет його
можливості підтримки операцій над реляціями та можливістю його
реконфігурації для прискорення довільного n-вимірного типу даних.
4. створення архітектури реляційного процесору на основі матричного
для підтримки операцій над реляціями та його реконфігурації.
Об’єкт дослідження. Процеси обробки структурованої інформації,
зокрема реляційних баз даних, та можливості їх прискорення.
Предмет дослідження. Алгебраїчна характеристика класу частково-
рекурсивних багатомісних функцій та предикатів над складними типами
даних, зокрема реляції, та апаратно-програмна реалізація базових реляційних
маніпуляцій.
Методи. Проведені в роботі дослідження базуються на низці
загальнометодологічних та логіко-математичних методів. До перших
відносяться, перед усім, методи введення та виключення абстракції. До
других – метод уточнення складних даних іменною множиною та метод
ізоморфних відображень.
Наукову новизну складає виведена алгебраїчна характеристика класу
частково-рекурсивних функцій та частково-рекурсивних предикатів над
реляціями та отримана теорема про її повноту в примітивній програмній
алгебрі. Потужність даної алгебри була доказана виведенням з її допомогою
примітивних операцій алгебри Кодда. Також було отримано результат по
управлінню складною архітектурою за допомогою скінченого автомату для
реалізації функцій над багатомісними структурованими типами даних.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.
Дослідження проводилися відповідно до наукових напрямків діяльності
кафедри конструювання електронно-обчислювальної апаратури, а також
пріоритетного напрямку розвитку науки і техніки України “Інформаційні та
комунікаційні технології”. Основні результати були отримані в рамках
науково-дослідної роботи No д.р. 0113U001874 (шифр «ФЕЛ-4/5»)
«Прискорення обчислень з використанням логічних пристроїв, що
реконфігуруються».
Практичну значимість отриманих результатів складає:
розробка архітектури реляційного процесора як програмно-апаратної
реалізації алгебри реляцій;
апаратно-програмна реалізація всіх частково-рекурсивних
багатомісних функцій над реляціями з алгебри Кодда, з повної
сукупності породжуючих класу функцій та додаткових функцій;
використання результатів дослідження при викладанні дисципліни
«Основи побудови інформаційно-обчислювальнх засобів інтеграції»
(лабораторний практикум) для студентів спеціальності 172
«Телекомунікації та радіотехніка» освітньо-професійної програми
«Інформаційно-обчислювальні засоби радіоелектронних систем» на
кафедрі КЕОА факультету електроніки КПІ ім. Ігоря Сікорського.
Апробація роботи. Основні результати роботи пройшли апробацію на
Міжнародному змаганні InnovateFPGA 2021-2022. Робота під назвою
Reconfigurable matrix co-processor від представленої автором команди EM029
стала переможцем першого туру європейсько-африканського регіону. Також
окрема робота в даному напрямку була представлена на конференції IEEE
UkrMiCo’2021 під назвою «Digital Equalizer Model for the Microcontroller»
Публікації. За матеріалами досліджень опубліковано 1 друковану
статтю [31].
Опис
Ключові слова
reduced Instructions Set Computer, частково-рекурсивні, complex Instructions Set Computer, stream Processor, extended ATX, операційна система, overclocking, база даних
Бібліографічний опис
Кудлай, С. В. Апаратно-програмний комплекс для маніпулювання складними типами даних : магістерська дис. : 172 Телекомунікації та радіотехніка / Кудлай Станіслав Васильович. - Київ, 2022. - 193 с.