Разработка архитектуры и программного обеспечения быстродействующих процессоров для экспериментов на встречных пучках тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.20 ВАК РФ

РГ6 и*

3 / [10;;

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ им. Г.И. Будкера

На правах рукописи

МЕРЗЛЯКОВ Юрий Игоревич

РАЗРАБОТКА АРХИТЕКТУРЫ И ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИХ ПРОЦЕССОРОВ ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ НА ВСТРЕЧНЫХ ПУЧКАХ

01.04.20 - физика пучков заряженных частиц и ускорительная техника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

НОВОСИБИРСК—1993

Работа выполнена в Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения Российской Академии наук.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

Середняков Сергей Иванович

доктор физико-математических наук,

Институт ядерной физики

им. Г.И.Будкера СО РАН, г. Новосибирск

Бредихин Сергей Всеволодович

кандидат технических наук, Вычислительный центр СО РАН, г. Новосибирск.

Ведущая организация:

Институт физики высоких энергий, г. Протвино.

Защита диссертации состоится 1993 г.

часов на заседании специализированного совета Д.002.24.02 Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН.

Адрес: 630090, г. Новосибирск-90,

проспект академика Лаврентьева, 11.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ш1Ф СО РАН.

Автореферат разослан

« 2. / » 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета академик - Б.В. Чирике

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы.

Одним из важнейших источников информации о взаимодействии эле-ентарных частиц являются эксперименты на установках со встречными учками. Продукты реакций взаимодействия пучков заряженных частиц ггистрируются в детекторах элементарных частиц. Данные с детекто-эв ("события") поступают дискретно, их объем и частота поступления феделяются аппаратурой регистрации.

Прогресс техники эксперимента во всем мире непрерывно порожда-? проблему несоответствия нарастающих потоков данных средствам : обработки. Увеличивающиеся сложность и объем данных в "собы-шх" для решения задачи выделения полезной физической информации | общего потока выдвигают все новые требования к средствам вычи-птельион техники, способным работать по сложным изменяющимся горитмам, в особенности, к вычислительной мощности этих средств, ¡адекватность средств, используемых в реальном масштабе времени :перимента (онлайн) означает потери данных, при массовой деталь-й обработке данных после эксперимента (офлайн) это ведет к невоз-жности получения результатов в разумное время. Универсальные серийные ЭВМ, выпускаемые промышленностью, как авило, не удовлетворяют экспериментаторов по соотношению цена/ оизводительность или из-за отсутствия требуемых параметров, как шило, быстродействия. Это обстоятельство заставляет разрабаты-гь и применять в физических центрах собственные специализирован-е вычислительные системы.

Исследование алгоритмов обработки данных эксперимента и созда-; для них оптимальной архитектуры таких систем является важнен-

шей задачей современного эксперимента. Разработанная архитектура реализуется в виде аппаратуры специализированной ЭВМ, для которой создается уникальное системное и прикладное программное обеспечение для программирования и эксплуатации этих ЭВМ в составе экспериментального оборудования.

Сегодня ни один научный центр в мире, ведущий работы в облает! физики высоких энергий, не обходится без специальных разработок та кого рода, что свидетельствует об актуальности данной работы, котора; позволяет выйти на качественно новый этап в области физического экс перимента.

Цель диссертационной работы.

Главной целью работы является увеличение производительност; систем сбора и обработки данных физических экспериментов путем вне дрения в них специализированных быстродействующих процессоров. Д; ее достижения решались следующие задачи:

1. Анализ требований эксперимента к ЭВМ, применяемым в эти системах, и разработка архитектуры ЭВМ (специализированных пр< цессоров), оптимальной для решения этого класса задач.

2. Разработка и реализация способов сопряжения и взаимодейств! этих процессоров с серийными ЭВМ как средствами их обслуживания

3. Формулирование принципов программирования и эксплуатащ процессоров и создание системного программного обеспечения для ра работки и исполнения их прикладных программ.

4. Создание инструментальной системы ЭВМ для разработки и о ладки аппаратуры и программного обеспечения процессоров.

5. Создание компьютерных систем обработки данных на основе пр цессоров и разработка для них прикладных программ для работы в р жимах онлайн и офлайн.

Научная новизна.

1. Определены требования, предъявляемые к аппаратуре и програм ному обеспечению ЭВМ задачами обработки данных экспериментов встречных пучках ИЯФ им. Г.И. Будкера СО РАН.

2. На основе анализа этих требований сформулированы принци: выбора оптимальной архитектуры быстродействующих арифметичесх процессоров, предназначенных для решения этих задач, II определена с архитектура.

3. Предложены и реализованы методы построения комплексов Э1 на основе этих процессоров, объединяющие их быстродействие с гиб стью и универсальностью серийных ЭВМ.

4. Предложено и реализовано системное программное обеспечение >тнх комплексов для разработки прикладных программ быстрых про-;ессоров.

5. Предложено н реализовано программное обеспечение этих комплексов, создающее среду исполнения прикладных программ быстродействующих процессоров.

6. Разработаны методики для наладки и тестирования аппаратуры [ разработки программного обеспечения процессоров и создана распре-;еленная многомашинная система для решения этих задач.

7. Предложено н реализовано программное обеспечение ряда прн-ладных задач обработки данных экспериментов на встречных пучках, ешеппых с помощью комплексов ЭВМ на основе быстрых процессоров.

Реализация результатов работы, практическая ценность.

Приведенные в диссертации научные и технические решения нашли рактическое применение в системах обработки данных экспериментов а встречных пучках. Для этих целей на базе разработок автора созданы ве большие системы обработки данных.

Система обработки данных, полученных на накопителе ВЭПП-4 и де-екторе МД-1, в режиме офлайн позволила разрешить проблему извлече-ия полезной физической информации из записанных данных за месяцы э сравнению с годами, требуемыми существующими в то время серий-ьгаи ЭВМ.

Система сбора и обработки данных для накопителя ВЭПП-2М и де-?ктора КМД-2 в режиме онлайн дала возможность организовать прочее сбора, первичной обработки и записи информации на магнитные )снтели на качественно новом уровне, позволив накапливать объемы 1формацни порядка десятков Гигабайт в течение месяцев эксперимен-

I.

Автор выносит на оащиту следующие результаты работы:

1. Разработка архитектуры быстродействующих скалярных арифметических процессоров, оптимизированной для обработки данных физического эксперимента па встречных пучках.

2. Разработка принципов сопряжения этих процессоров с серийными ЭВМ с целью создания единого машинного комплекса с новыми качествами и программного обеспечения в соответствие с этими принципами.

3. Формулирование методов программирования этих комплексов и реализация системного программного обеспечения средств программирования.

4. Предложение методов построения иерархической среды исполнения прикладных программ процессоров и создание системного программного обеспечения, реализующего эти методы.

5. Создание прикладного программного обеспечения эксперименто] на встречных пучках для работы в режимах онлайн и офлайн с ис пользованием комплексов ЭВМ па основе быстродействующих про цессоров.

Апробация работы и публикации.

Основные положения и результаты диссертационной работы докла дывались и обсуждались на семинарах Института ядерной физики и р. Будкера СО РАН, Первом Всесоюзном семинаре по автоматизации нг учных исследований в ядерной физике и смежных областях (Душанб< 1980 г.), 6-й Всесоюзной конференции по автоматизация научных иссл< дований на основе применения ЭВМ (Новосибирск, 1981 г.), III Междт народной конференции по методике экспериментов на встречных пучка (Новосибирск, 1984 г.), XII Международном симпозиуме по ядерной эле! тропике (Дубна, 1985 г.), III Всесоюзном семинаре по обработке физич ской информации (Цахкадзор, 1984 г.), VII Всесоюзном симпозиуме г модульным информационно—вычислительным системам (Новосибирс 1989 г.), V Международной конференции по методике экспериментов I встречных пучках (Новосибирск, 1989 г.), XXVI Международной конф ренции по физике высоких энергии (Даллас, 1992 г.) и Международи< конференции по вычислениям в физике высоких энергий СНЕР92 (Анс 1992 г.). По теме диссертации в соавторстве опубликовано 14 нечатш работ.

Структура и объем работы.

Диссертация изложена на 122 страницах текста, состоит из въе} ния, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Тек содержит 18 рисунков, в списке цитируемой литературы—68 наимено1 ний.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности темы диссертац] сформулированы цель и научная новизиа работы и предмет защиты.

Первая глава диссертации посвящена анализу тенденций в обработ-г данных экспериментов на встречных пучках, формулированию тре-ований к ЭВМ для обработки данных н выбору архитектуры и средств рограммирования такой ЭВМ.

Из рассмотренных примеров экспериментов, проведенных на уста-овках ИЯФ (УПК ВЭПП-2М с детекторами ОЛЯ, НД, КМД-2 и УНК •ЭПГТ-4 с детектором МД-1) видно, что увеличение объема физической нформации с 70-х по 90-е годы составило 4 порядка величины, в то вре-я как мощность серийных ЭВМ увеличилась только на 3 порядка. Эта енденция характерна для всех физических центров мира, и это заста-пяет создавать специализированные ЭВМ для обработки данных.

Быстродействующие арифметические процессоры АП-20 (разработ-а 1979-1983 гг.) и АП-32 (1985-1988 гг.) были созданы для нужд фи-ического эксперимента и применялись в режиме офлайн для обработки анных установок ВЭПП-4/МД-1 и режиме онлайн для ВЭПП-2М/КМД-соответственно. Для анализа требований к создаваемым процессорам ги установки рассматриваются как генераторы физической информа-1Ш, порождающие дискретные данные определенного объема с опреде-лшой частотой. Факторы, влияющие на эти параметры—светимость акопнтеля, конструкция и число каналов сбора данных детектора, схемы риггеров детекторов и др. Для ВЭПП-4/МД-1 длины событий составили 0,5 Кбайт при частотах порядка Гц, для ВЭПП-2М/КМД-2—более Кбайт при частотах до 100 Гц (после аппаратных стадий обработки).

Задача обработки данных состоит в частичной или полной рекон-грукции треков частиц в детекторе по измеренным координатам и фи-песком анализе (распознавание (идентификация) частиц, измерение с параметров). Для оплайна сюда добавляется приведение данных к стандартному'" виду, их визуализация, скоростной ввод/вывод и дру->е. Создаваемая ЭВМ должна исполнять эти алгоритмы, не внося за-:ржек ("мертвого времени") в прохождение потока данных. Сложность п'оритма зависит от конструкции детектора. Архитектурные решения ВМ адаптируются к особенностями алгоритма.

На основе анализа требований эксперимента к быстродействию и кон-1гурацин специализированной ЭВМ и существующего алгоритма обра-хгки данных из возможных вариантов типов ЭВМ—аппаратный авто-1Т, микропрограммный процессор, узкоспециализированный арифме-пеекмй "ускоритель" мшш-ЭВМ и программируемый быстрый про-¡ссор—был выбран последний, с оригинальной системой команд, рабо-1ющий в сочетании с ведущей минн или микро-ЭВМ. Такой вариант Зеспечнвает максимальную гибкость в реализации алгоритма, изменя-

ющегося по потребностям эксперимента, и простоту программиров; ння. Выбор уточняется сравнением векторной, мультипроцессорной скалярной архитектур и выделением последней как адекватной преим; щественно логическому алгоритму и существующей элементной базе.

Другие решения—отказ от микропрограммирования, равное вре\ исполнения команд, регистровая арифметика, специальная аппарату! для действий с плавающей запятой и другие, принятые с целью получен! максимальной производительности, соответствуют архитектуре RIS< определение которой было дано позднее (1982 г.).

Одновременно с требованиями к аппаратуре формулируются тр бования к программному обеспечению (ПО) процессоров как неотъе] лемой их части. За ведущей ЭВМ закрепляется роль средства крое программирования и прогона программ процессора, и определяется н бор системных программ, которые необходимо создать для нормальн( разработки и эксплуатации прикладных программ. Поскольку выбр на оригинальная система команд, в их число входят все программш средства, которые имеет любая серийная ЭВМ, исключая операционнз систему. Обязателен язык высокого уровня для переноса существуют: физических программ и быстрой разработки новых.

Задача создания ПО разбивалась на две подзадачи—написание сред для разработки, наладки и тестирования процессоров (сюда входят средства разработки тестовых программ) и средств для нормальной э] плуатации ЭВМ физиками- экспериментаторами. Обеими подзадачи п] ходилось заниматься параллельно с самого начала, так как первая т] бовала срочного решения, а вторая—большого объема работ по peaj зации.

Важное место занимает выбор принципов взаимодействия процесс ров с ведущей ЭВМ. От простого сопряжения с произвольной ведуи ЭВМ, использованного в проекте АП-20, при разработке АП-32 был с лан переход к программной организации комплекса "процессор—ведуи ЭВМ" как единой ЭВМ с новыми свойствами—высокое быстродейст! для исполнения алгоритмов обработки, быстрая реакция ведущей Э1 (из семейства управляющих) для скоростного ввода/вывода и богатс: периферии. Комплекс организуется как сильносвязанный (по магист лям ЭВМ) и может быть легко включен в любую конфигурацию экспе мента путем слабосвязанного соединения—например, сети ЭВМ. В дится принцип "прозрачности" работы с процессором—неотличимо процесса разработки и эксплуатации его программ от программ веду1 ЭВМ.

В этой связи определяются требования к операционной системе

дущей ЭВМ как системе реального Бремени с гибким интерфейсом пользователя, развитым ПО разработки программ и компактными устройствами массовой памяти для условий лаборатории.

Вторая глава содержит описание архитектуры процессоров АП-20 и АП-32 и способов организации машинных комплексов на их основе.

Процессоры построены по модульному принципу и состоят из постоянного набора модулей, называемого "центральным процессором" и сменных модулей, количество и набор которых зависит от задачи. Постоянно присутствуют блок управления, процессор целых чисел, интерфейс связи с ведущей ЭВМ и разделенная память программ и данных. Сменными являются модули операций с плавающей запятой (сумматор, умножитель, блоки элементарных функций), контроллеры дисплеев, каналы связи.

Процессор АП-20 работает с 16-разрядными целыми числами и 24-эазрядными числами с плавающей запятой, короткая операция исполняется за 100 не, сложение с плавающей запятой—100 не, программно— шпаратное вычисление элементарных функций и деление с плавающей запятой—порядка мкс. ЭСЛ-иамять команд и данных разделена и соста-зляет в сумме 48 Кбайт.

АП-32 является 32-разрядным развитием АП-20 с примерно теми же феменами исполнения операций, но более развитой системой команд, 5ольшим числом регистров, объемом памяти 2 Мбайта и т.д. По форма-гам данных АП-32 совместим с ЭВМ семейств РБР-П/УАХ.

Процессоры сопрягаются с ведущей ЭВМ с помощью аппаратного штерфейса н программного драйвера ОС ведущей ЭВМ. Разработан I реализован аппаратно—программный протокол обмена управляющей шформацией и данными. С его помощью ведущая ЭВМ управляет де-[тельностью процессора (пуск, останов, покомандное исполнение про-раммы, чтение/запись памяти и др.) и имеет полную информацию о го состоянии по завершению операций с ним.

На основе этого протокола строится программная иерархия средств заимодействия процессора и ведущей ЭВМ. Выделены два основных режима взаимодействия машин в рамках образованного комплекса— "пас-нвный?" и "клиент—сервер". В первом случае ведущая ЭВМ управляет сем'вычислительным процессом и запускает только счетные части ал-орнтма в процессоре. Любая прикладная программа разделяется на две асти и работает в этих двух ЭВМ, схема взаимодействия зависит от втора программы. Этот режим является основным для АП-20.

Для АП-32 реализован режим "клиент—сервер", где ведущая ЭВМ сполняет универсальную программу обслуживания запросов процессо-

pa (сервер). АП-32 исполняет полноценную програлшу без ограничений на операции ввода/вывода и пр. Системные средства АП-32, взаимодействуя с сервером по разработанному программному протоколу, обеспечивают прозрачный доступ из его программы к периферийным устройствам и ресурсам ОС ведущей ЭВМ посредством стандартных операторов языков высокого уровня и вызовов функций из системных библиотек.

Третья глава включает в себя постановку задачи создания системного ПО АП-20 и АП-32 и описание выполнения этой задачи.

Все системное ПО подразделяется на три группы—средства разработки программ, средства исполнения программ и ПО, определенное как технологическое.

Создание средств разработки программ включает в себя разработку языков программирования и форматов данных, используемых при разработке программ, а затем написание программ, реализующих стадш разработки—языковых процессоров (ассемблеров и компиляторов язы ков высокого уровня), построителей задач, библиотекарей, загрузчико] и отладчиков.

Для заново создаваемой ЭВМ требуется ввести специфичный для не язык ассемблера, определить машинно—зависимые особенности языко] высокого уровня (длина слова и пр.) и создать максимально приближен ные к стандарту диалекты этих языков. Также нужно создать формат! представления программы на всех стадиях—объектного кода, библиоте и образа задачи.

Для переноса и разработки новых программ на АП-20 и АП-32 потр« бовался широкий спектр языковых процессоров—ассемблеры, макрогс нераторы, компиляторы (только для АП-32) ФОРТРАН-IV, ФОРТРАБ 77 и С. Центральное место в разработке языковых процессоров заш мает проблема эффективности генерируемого кода, влияющая на инт< тральную производительность ЭВМ. С помощью предложенных реш( ний, опирающихся на специфику RISC—архитектуры, удалось генерир< вать достаточно оптимальный код.

Загрузка, пуск, отладочные функции, ввод/вывод и прекращение р; боты программ АП-20 осуществляется конкретной программой ведуще ЭВМ в упомянутом "пассивном" режиме АП-20. Для АП-32 такой по ход использован только в тестах для настройки, основным же являет« режим "клиент—сервер". Сервер ведущей ЭВМ и исполнительные с стемы АП-32 полностью скрывают детали взаимодействия двух ЭВ? обеспечивая загрузку программ, отладку, обработку ошибок счета ввода/вывода, любое общение программы АП-32 с "внешним миром",

также исполнение удаленных подпрограмм в ведущей ЭВМ из программы АП-32. Тем самым, программа АП-32 работает в среде ОС ведущей ЭВМ.

Несмотря на то, что архитектура АП-32 ориентирована на однопро-граммный режим, предложен и реализован способ организации псевдомногозадачного режима для прикладных программ обработки данных, основанный на факте использования данных физического "события" последовательно независящими один от другого процессами обработки. Способ позволяет гибко управлять количеством процессов и скважностью их активации.

Задачи создания ПО, а также наладки и тестирования аппаратуры процессоров требуют применения специальных инструментальных средств. Для разработки аппаратуры характерно, что ее наладка невозможна без применения ЭВМ. Многообразие задач, возникающих при такой масштабной работе, привело к формулированию требований и созданию распределенной многомашинной системы рабочих мест разра-эотчиков аппаратуры и ПО АП-32. Система построена на основе сети ЭВМ, имеет общий дисковый ресурс и позволяет оперативно разрабатывать и прогонять тесты аппаратуры и отлаживать системное ПО на шпаратуре. Система включена в общеинститутскую сеть и обеспечи-зает быстрое обслуживание АП-32, включенного в любой эксперимент 1нститута.

Разработаны методики наладки и тестирования как аппаратуры, так I ПО АП-20 и АП-32. Аппаратура тестируется как в режиме сравнения >езультатов с генерируемыми ведущей ЭВМ (начальная стадия), так и ! автономном (конечная стадия). Сформулирован и реализован набор строительных блоков" для быстрого написания тестов авторами ап-[аратуры. Для отладки ПО выделен и реализован достаточный набор редств—отладчики, реассемблеры объектных и исполняемых кодов и Р-

Четвертая глава содержит описание применений процессоров АП-0 и АП-32 в обработке данных в режимах офланн и онлайн, а также ля моделирования и научных расчетов. Главным отличием от примене-ия сходных иностранных разработок того времени было то, что в этих моических центрах существовали ЭВМ, превосходящие по мощности ги специальные процессоры, но последние имели лучшее соотношение цена/ производительность". АП-20 и АП-32 же в течение длительного ремени в несколько раз превосходили по быстродействию самые мощ-ые ЭВМ ИЯФ, и их применению не было альтернативы до последнего ремени.

Применение процессоров в режимах офлайн и онлайн требует усилий по внедрению их в среды обработки информации (комплексы ЭВМ с экспериментальным оборудованием и специальным ПО) и оптимизации производительности полученной системы.

Для задачи обработки данных в режиме офлайн характерны большие объемы информации, требующие применения специальных баз данных для учета состояния экспериментальных данных, подвергаемых многоступенчатой и многократной обработке. Носителями данных являются быстродействующие устройства массовой памяти (накопители на магнитных лентах и кассеты) . Важным фактором является бесперебойная работа ЭВМ, т.к. сбои приводят к большим потерям времени на перемотку лент.

База данных детектора МД-1 и обработка данных велась на ЕС ЭВМ. Поскольку прямое подключение АП-20 к ЕС составило бы техническую проблему, задача использования АП-20 в офлайне сводилась к воспроизведению среды обработки ЕС на новом уровне производительности с сохранением за ЕС функций базы данных.

Для обработки 800 лент с данными детектора МД-1 в режиме офлайн на основе АП-20 и "Электроники 100-25" был создан комплекс ЭВМ, оснащенный быстродействующими НМЛ для входных и выходных данных применяемых в формате ЕС ЭВМ. АП-20 работал в "пассивном" режиме. При этом ведущая ЭВМ управляла всем процессом, а АП-20 содержа; программу реконструкции треков событий и критерии их отбора для за писи на "вторичную" ленту". Данные считывались в ведущую ЭВМ I загружались в АП-20, который запускался и останавливался после полу чения результата. Ведущая ЭВМ забирала результат и в зависимост) от его ценности записывала на ленту или отбрасывала, затем процес повторялся.

Автоматический контроль за ходом работы осуществлялся путем ш риодической обработки тестовых данных с известным результатом. Дл визуального контроля использовался графический дисплей, на которо отображались треки в проекциях детектора. Автоматическая процедз ра восстановления позиции магнитной ленты после аппаратного откас и простой операторский интерфейс позволили эксплуатировать компле! в стандартных условиях ВЦ.

Комплекс позволил обработать данные со скоростью 1 лента (око; 40 тыс. событий) в час по сравнению с 1 лентой в сутки для ЕС-1061 завершить всю обработку за 3 месяца.

АП-32 первоначально был использован для научных расчетов для д тектора КЕДР (перенесена программа МАС-2Б для расчета аксиальн

шмметричных и плоских магнитных систем, около 6000 строк на Фортране-ГУ). Позднее на него были перенесена программа моделиро-}ания детектора КМД-2 и первый вариант программы реконструкции греков КМД-2. Была получена частота реконструкции около 10 собы-гий/с, что удовлетворяло требованиям будущего эксперимента.

Задача обработки данных в режиме онлайн так же, как и в офлай-ie, связана с большими объемами информации, но не требует работы ; общей базой данных. Критичными являются скорости ввода/вывода данных и быстродействие алгоритма обработки. Сложной проблемой шляется включение процессора в качестве одного из каскадов обработ-;и потока данных с необходимой синхронизацией.

АП-32 подключен к аппаратуре эксперимента на ВЭПП-2М/КМД-2 и 1спользуется для сбора и обработки данных в режиме онлайн. Процессор и ведущая ЭВМ PDP-11/73 образуют комплекс, включенный в мно-юмашинную среду эксперимента как целое. Комплекс связан с другими ЭВМ посредством высокоскоростных последовательных каналов связи, многопортовой памяти и сетевого интерфейса Ethernet.

Многомашинная система действует как "управляемая данными" (data Iriven), т.е. ее деятельность определяется потоком данных, содержащим гакже управляющую информацию. Управляющая информация поступа-!т в АП-32 из "центральной" ЭВМ, оператор которой управляет ходом 1ксперимента.

Данные эксперимента поступают непосредственно в АП-32 из крейта ■САМАК, связанного с аппаратурой считывания и оцифровки детектора СМД-2, предельная частота—250 событий/с. Эти "сырые" данные упа-ювываются в блоки заданной структуры и записываются в накопитель [а 8-мм видеокассетах типа Exabyte емкостью 2 Гбайта, установленный [а ведущей ЭВМ, с частотой 25-30 Гц.

Программа АП-32 размером около 25 тыс. фортрановских строк реализует "многозадачный" режим, где в ее рамках работает около 10 не-1ависимых процессов обработки данных события. В их число входят [роцессы формирования события для записи на носители, отображе-[ия событий в реальном времени на графических дисплеях, вычисления ветимости, "третичный программный триггер" для отбора событий, а *акже ввода/вывода.

В ходе экспериментов 1992-1993 гг. с использованием этой системы >ыло записано около 80 Гбайт физической информации (около 80 млн. обытий).

В Заключении приводятся основные результаты.

Основные результаты работы.

1. По предложенной при непосредственном участии автора архитек туре ЭВМ спроектированы, построены и введены в действие быстродей ствующнй арифметический процессор АП-20 и серия быстродеиствую щих процессоров АП-32.

2. В соответствие с предложенными автором способами программ ного сопряжения ЭВМ и при непосредственном участии автора созда: ряд комплексов ЭВМ на основе процессоров АП-20, АП-32 и серийны. мини и микро-ЭВМ.

3. Разработаны методики и создана многомашинная система для т« стирования и наладки аппаратуры и разработки программного обеспс чения процессоров.

4. Под руководством и при непосредственном участии автора ре ализовано системное программное обеспечение для АП-20 и АП-32, пс зволившее разрабатывать и эксплуатировать прикладные программы н языках высокого уровня. Создано системное программное обеспеченш позволяющее включить эти процессоры в системы обработки данных режимах онлайн и офлайн.

5. При непосредственном участии автора создано прикладное прс граммное обеспечение комплексов ЭВМ на основе АП-20 и АП-32 дл обработки данных экспериментов на встречных пучках, на накопителя ВЭПП-4 (детектор МД-1) и ВЭПП-2М (детектор КМД-2).

Публикации по теме диссертации.

1. Аксенов Г.А., Бару С.Е., Мерзляков Ю.П. и др. АП-20—быстродействующий универсальный арифметический процессор для обработки экспериментов в физике высоких энергий в реальном масштабе времени: Тезисы Первого Всесоюзного семинара по автоматизации научных исследований в ядерной физике и смежных областях. Душанбе, 1980. Душанбе: Даниш, 1980, с.119-120.

2. Аксенов Г.А., Казаков С.Ю., Мерзляков ЮЛ. и др. Универсальный арифметический процессор для быстрой обработки данных в физическом эксперименте. Автоматизация научных исследований на основе применения ЭВМ: Тезисы докладов 6-й Всесоюзной конференции. Новосибирск, 1981, с.70-71.

3. Аксенов Г.А., Бару С.Е., Бейлин М.В., Грошев В.Р., Мерзляков Ю.И., Нифонтов В.Н., Сазанский В.Я. Универсальный арифметический процессор АП-20 для быстрой обработки данных в физическом эксперименте.—В кн.: Труды III Международной конференции по методике экспериментов на встречных пучках, изд. ИЯФ СО АН СССР, Новосибирск, 1984, с.173-178.

4. Аксенов Г.А., Бейлин М.В., Мерзляков Ю.И., Сазанский В.Я. и др. Высокопроизводительная система для обработки физической информации.—В кн.: XII Международный симпозиум по ядерной электронике. Дубна, 1985, с.324-328.

5. Аксенов Г.А., Бару С.Е., Бейлин М.В., Мерзляков Ю.И. и др. Универсальный арифметический процессор для быстрой обработки данных в физическом эксперименте. Обработка физической информации: Тезисы докладов III Всесоюзного семинара по обработке физической информации, Цахкадзор, 1984. Ереван, 1985, с.28-29.

6. Аксенов Г.А., Кислицын A.B., Мерзляков Ю.И., Сазанский В.Я., Ткаченко H.A., Чертовских А.Г. Универсальный арифметический процессор АП-32. 1. Архитектура, система команд, технические характеристики. Препринт ИЯФ 99-175, Новосибирск, 1989.

7. Аксенов Г.А., Мерзляков Ю.И., Сазанский В.Я., Чертовских Г.А. Универсальный арифметический процессор АП-32. 3. Канал управления и ввода/вывода, драйвер операционной системы. Препринт ИЯФ 90-3, Новосибирск, 1990;

8. Аксенов Г.А., Козлов В.Н., Мерзляков Ю.П., Сазанский В.Я., Ткаченко И.А. Программное обеспечение процессора АП-32. 1. Комплекс программного обеспечения, средства разработки программ, операционная среда программ АП-32. Препринт ИЯФ 90-64, Новосибирск, 1990.

8. Мерзляков IO.II., Ткаченко ILA. Программное обеспечение процессора АП-32. 2. Ассемблер. Редактор связей. Препринт ИЯФ 90-30, Новосибирск, 1990.

9. Козлов В.IL, Мерзляков IO.IL, Ткаченко H.A., Чертовских А.Г, Программное обеспечение процессора АП-32. 3. Реализация языка высокого уровня ФОРТРАН-IV. Препринт НЯФ 90-35, Новосибирск, 1990.

10. Мерзляков IO.II. Программное обеспечение процессора АП-32. 4, Консольная подсистема. Библиотекарь. Препринт ИЯФ 90-29, Новосибирск, 1990.

11. Aksenov G.A., Deraina R.Yu., Kislitsin A.V., Kozlov V.N., Merzlyakox Yu.I., Sazansky V.Ya., Tkachenko I.A., Chertovskikh A.G., Shekhtmar. A.I. Using AP-32 in CMD-2 On-line Environment. 5th Internationa: Conference on Instrumentation for Colliding Beam Physics, World Scientific, 1990, p.441-445.

12. Akhmetshin R.R., Aksenov G.A., Anashkin E.V. et al. Preliminarj Results from the CMD-2 Detector. Proc. of XXVI Internationa Conference on High Energy Physics, Dallas, TX, 1992, p. 1876-1880.

13. Aksenov G.A., Anashkin E.V. ,e Chertovskikh A. G., Khazin B.I., Kirpot A.N., Merzlyakov Yu.I., Putmakov A.N., Sazansky V.Ya., Shekhtmai A.I., Solodov E.P., Thompson J., Zavarzin V.G. The CMD-2 Onlin< Data Acquisition and Control System. Proc. of the Internationa Conference on Computing in High Energy Physics '92. Geneva, 1992 p. 783-791.