CC BY
6Комментарии. ИАЦ «Спейс-Информ» [сайт]. - 10.2014. -Режим доступа: http://www.space.com.ua/
inform/number44/analiz_prognoz.html
53. Amos-2 [Электронный ресурс]: Теле-Спутник [сайт]. - 02.2004. - Режим доступа: http://www.telesputnik.ru/ archive/100/artide/59.html
54. Ракеты-носители «Протон» [Электронный ресурс]: Проект «Тихий космос» [сайт]. - 10.2014. - Режим доступа: http://tihiy.fromru.com/Rn/RN_Proton.htm
55. Европа «запустит ракетой» в Россию и США [Электронный ресурс]: GN [сайт]. - 05.2004. - Режим доступа: http://emigration.russie.ru/news/6/5680_1.html
56. Viasat drops Ariane-5 for Lower-Co& Proton Launch [Электронный ресурс]: Space News [сайт]. - 03.2012. - Режим доступа: http://www.
spacenews.com/resource-center/sn_pdfs/SPN_20090316_ Mar_2012.pdf
57. Европа зовет Россию на Марс [Электронный ресурс]: Деловая газета «Известия» [сайт]. - 10.2011. - Режим доступа: http://www.izveflia.ru/news/504020
58. United Launch Alliance. Технические данные РН Атлас V [Электронный ресурс]: Википедия - Свободная эн-
циклопедия [сайт]. - 04.2016. - Режим доступа: https:// en.wikipedia.org/wiki/United_Launch_Alliance
59. Space News. U.S. Air Force To Requefl $1.8 Billion for EELV Program as Cofls Skyrocket [Электронный ресурс]: Space News [сайт]. - 01.2014. - Режим доступа: http://www. spacenews.com/military/110114-eelv-program-co&s-skyrocket. html
60. Unated States Patent № 5592320 07.01.1997.
61. Unated States Patent № 5060304 22.10.1991.
62. Гальперин Д.Ю и др. Уменьшение веса оптической системы // Оптико-механическая промышленность. - 1976. - № 1.
63. Румянцев К.Е., Амплиев А.Е. Требования к двоичному счётчику для регистрации потока фотонов // Изв. вузов. Радиоэлектроника. - СПб.: ЛЭТИ. - 2011. - № 5.
64. Румянцев К.Е., Амплиев А.Е. Достоверность однофо-тонной регистрации в двухканальной оптической системе // Известия Южного федерального университета. Технические науки. - 2012. - № 4 (129). - С. 74 - 79.
ПЛАНИРОВАНИЕ РАЗМЕЩЕНИЯ ПРОГРАММ В ТОРОИДАЛЬНЫХ МУЛЬТИПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМАХ
Борзов Д.Б.
Юго западный государственный университет, доцент
Минайлов В.В.
Курский городской политехнический колледж, преподаватель
PLANNING ALLOCATION PROGRAM IN TOROIDAL MULTIPROCESSOR SYSTEMS Borzov D.B. South west state university, assistant professor Minailov V.V. Kursk city polytechnic college, lecturer
АННОТАЦИЯ
Описывается проблема планирования размещения программ в тороидальных мультипроцессорных системах, используемые в критических системах (системы слежения, прицеливания, наведения и т.п.). Предлагается решение данной проблемы.
ABSTRACT
Describes a problem in allocation programs placing toroidal multiprocessor syflems when applied to mission-critical syflems (syflem monitoring, tracking, targeting, and etc.). An approach to solving this problem.
Ключевые слова: планирование, программы, тороид, мультипроцессорная система, критические системы.
Keywords: planning, programs, toroid, multiprocessor syflems, mission-critical syflems.
Мультипроцессоры (МП) - один из распространенных классов высокопроизводительных вычислительных систем [1]. Современные МП - системы с высокой степенью параллелизма, включающие десятки и сотни процессорных модулей, взаимодействующих через коммуникационную сеть. Перспективным направлением развития МП в плане дальнейшего повышения их производительности, снижения энергопотребления и улучшения массо-габаритных характеристик является переход к масштабируемой реализации мультипроцессоров (ММ) [2]. Они позволяет получить высокую эффективность межпроцессорных взаимодействий, снижая долю последовательной составляющей, упрощая программирование мультипроцессора, содержащего несколько десятков процессоров при поиске варианта размещения.
Вариантом применения ММ-систем могут быть тороидальные системы (ТС), топологически представляющие собой множество матрично-ориентированных процессорных
модулей [1]. Такие системы имеют важное значение при использовании в системах критического назначения (системы слежения, наблюдения, прицеливания, атомные системы и т.д.) [3].
В случае отказа внутреннего процессорного модуля ТС при использовании критических систем, возникает необходимость оперативного переразмещения отказавших процессорных модулей для поддержания показателя коммуникационной задержки и сохранения производительности. В этом случае использование программных средств неприемлемо из-за относительно высокого времени решения [3]. В этом случае целесообразно применение аппаратных средств планирования размещения. Данная работа является продолжением работы [3,4].
Исходная программа представляется графом взаимодей
х1.1 х1.2 ■■■ х1.к ■■■ х1п х2.1 х2.2 ■■■ ■■■ х2п
X =
ствия задач G=<X,E>, где
xq. 1 xq. 1
n. 1 xn.2
xq.k
xn.k
~q.n
ности: W =
m
, где my - вес дуги eij.
Тороидальная система описывается моделью в виде графа Н=<Р,У> , где
P =
Р Р .. Р
^1,1 2,1 n
P 2,1 P
2,2
... Р
2,n
Pn,1 P
n,2
(1)
множество идентификаторов процессорных модулей,
И
- множество вершин графа G, вершины хе X которого соответствуют подпрограммам, а взвешенные дуги
еу е Е описывают связи между ними и задают объёмы данных ту (в байтах), передаваемых при обмене между подпрограммами. Граф G представляется матрицей смеж-
ixx y
где мощность
организованных в виде матрицы „2
- число процессорных модулей; V - множество межмодульных связей, задаваемых матрицей смежно-
P = N = n
W
размером
2 2
n x n . Так как тороидальная
сти
система фактически представляет собой куб, состоящий из множества слоев, где каждый слой является матричной ММ-системой, то для задания множества слоев, введем вектор: 51 = РР2.....Р• Рп !' Здесь ' = &.
Схематичный вид тороидальной системы показан на рисунке 1,
Z
Y
-►X
Рис, 1, Топологический вид тороидальной системы
Тороидальной системе, представленной на рисунке 1 на- независимой матричной ММ-системой. Например, для то-значим соответствующие трехмерные координаты X, Y и Z. роидальной системы, состоящей из трех слоев, вид нижнего
Рис 2. Вид слоя тороидальной системы.
На рисунке 2 точками обозначены процессорные модули ТС нижнего слоя, а номер при индексах Р задают соответствующие трехмерные координаты. Например, Р3 2 2 означает процессор, расположенный в третьем слоев с координатами Х=2, Y=2.
В случае отказа процессорного модуля ТС, нарушается топологическая организация мультипроцессорной системы. Например, при отказе процессорного модуля ТС, представленной на рисунке 2, вид соответствующей топологической организации показан на рисунке 3.
Рис. 3. Отказ процессорного модуля ТС
Введем матрицу расстояний
D = ||dii||Nx N
N = п = , которая строится по матрице смежности
Nх^ графа Н Если непосредственной связи между модулями в процессорном модуле нет, то элемент dij - минимальное межмодульное топологическое расстояние, которое вычисляется как кратчайший путь от вершины pi до вершины pj в графе Н, измеренный числом последовательно соединенных каналов.
Размещение пакета программ (комплекса задач), описываемых графом G может быть аналитически описано отображением
Ä =
XSlA ■ XS1.k ■ XS1n P1,1 P1,2 ■ ■ P1,k ■ ■ P1, n
XS2.2 ■ XS2.k ■ XS2n P2,1 P2,2 ■ ■ P2,k ■ ■ P2,n
■ XSqk ■ XS,n — Pq,1 Pq,2 ■ ■ Pq,k ■ ■ Pq,n
%„л XSn2 ■ XSn.k ■ XS„ Pn,1 Pn,2 ■ ■ Pn,k ■ ■ Pn, n
(2)
s = 1,N! k = 1,n q = 1,n
где ' ', ' , 1 ■ Здесь s - это номер
очередной перестановки, соответствующий s-му варианту
¥ = {в }
размещение Мощность множества ° всевозмож-
ных отображений 2 равна числу всевозможных перестано-
{хдк } у И = N!
вок задач 4 в матрице X :11 ■
Пусть ¥ - множество всевозможных отображений вида (2) Тогда задачу размещения можно сформулировать как поиск отображения р*е¥, такого, что
Tß = {Tßs (Pa,b'Px,y
где
Т ßs еТ
Tßs (Pa,b,Px,y)
(3)
- коммутационная задержка при
Ра Ь Р х v
передаче данных между модулями 4 и , соответ-
ствующая отображению произведение
ßs
Tß (Pa,b,Px,y) = dij ■ mj
(4)
где i = (a -1)' n + b и j = (x -1) • n + y
max {Tßs (Pa,b,Px,y)
В (3) выражение ^s означает по-
иск максимальной коммуникационной задержки в ТС, а
min ( ) - дальнейшая ее минимизация.
В ходе поиска контролируется степень уменьшения величины образующихся коммуникационных задержек (4) и принимается решение о целесообразности продолжения поисковых перестановок путем анализа величины отношения достигнутого мин-максного значения (3) к гипотетической минимально возможной ее величине Tinf. При вычислении нижней оценки будем назначать дуги графа G с наибольшим весом на самые короткие маршруты в графе H, не обращая внимания на ограничения, накладываемые фактическими связями между задачами в графе G.
При отказе процессора в критических системах происходит нарушение внутренней топологической организации системы и возникает необходимость оперативной перестройки внутренних связей. В связи с этим в [6-7] предложен метод и аппаратно-ориентированный алгоритм оперативного переразмещения подпрограмм.
На содержательном уровне поиск нижней оценки состоит из следующих шагов:
1) выстроить в линейный векторный массив элементы матрицы расстояний по возрастанию;
2) выстроить в линейный векторный массив элементы матрицы смежности по убыванию;
3) найти частные произведения одноименных компонентов полученных векторов;
4) фиксировать максимальное частное произведение, как максимальную коммутационную задержку, получаемую при гипотетически наилучшем размещении.
Тогда процедуру поиска минимальной нижней оценки можно представить в виде алгоритма:
dw * 0
1) Переписать элементы
D' =
dz
kl
матрицы D в век-
d 1' < d 2 „ Zi > z2 kl kl 12
тор-строку так,что
, где z1 и z2 - порядковые номера элементов в D>.
которая рассчитывается как
2) Переписать элементы
mij * 0
M' =
трицы M в вектор-строку
mZl > ш^Д, « zi > z2 U i J 1 z
номера элементов в M>.
mh
ма-
так, что
где z1 и z2 - порядковые
Tinf = max{mzdz}
(5)
T = max {mi j • dij } (6)
dak <dap
(7)
P > mai • dai (8) P > mai ■ dap (9)
M =1 m
j I NxN
на матрицу D =| dj | NxN . По формуле (5)
II % 2
где 2 = 1, \Щ , т , d - одноименные элементы векторов и с одинаковыми порядковыми номерами.
При поиске варианта размещения по критерию (3) коммуникационную задержку при обработке пакета программ (подпрограмм) будем определять по формуле:
где i, j = 1, N .
Для ускорения поиска варианта размещения применяется метод [5], основанный на применении целенаправленных перестановок строк и столбцов матрицы МОИ с выбором
в ней а-го места перестановки ее элемента тар по критерию:
находим максимальную коммутационную задержку Т{ , соответствующую данному начальному варианту размещения; 2. Для сопоставления вариантов размещения по крите-
Т
рию (3) осуществляется поиск нижней оценки ^. Затем вычисляется степень близости максимальной коммутацион-
Т
ной задержки 1 , соответствующей первичному варианту
Т
размещения, к нижней оценке ^ в виде:
Т1 .
п =
Tinf
(10)
m.
которому соответствует
dak,daR
где - одноименные элементы матрицы рас-
~ тав
стояний; и - элемент матрицы смежности, которому
max |m;j • dij} соответствует , найденный в предыдущем
шаге перестановок.
Дополнительные критерии, используемые для выполнения текущего контроля целесообразности перестановок:
3. Начиная с элемента тах(тг • d }
, пытаемся переместить столбец, его содержащий, на место другого столбца так, чтобы после перестановки и расчета Т по формуле (5) оценка:
Т
П =
T
inf
(11)
снижалась по сравнению с '1 (10) и оценками п по предыдущим вариантам размещения;
4. Анализ достигнутой величины п (10) и оценка степени улучшения размещения выполняется по следующей форму-
О =
П _Ti
ле
П
T
где произведение Р = тар • dаp соответствует оценке текущего достигнутого значения коммуникационной задержки.
Таким образом, оценка задержки Р, которую дает теку-
щий элемент матрицы смежности тар , находясь на расстоянии dаp должна быть [5,6]:
- больше той, что дает элемент та1 на расстоянии
dаi , на место которого целесообразно выполнить перестановку;
- больше той, что даст элемент та^ , после его перестановки в ав -ю позицию на расстояние dаp .
Предлагается методика планирования размещения программ в ТС, состоящая из следующих шагов:
1. Производится первичное произвольное размещение вершин графа G, представляющего исходный комплекс программ, описанный графом Н путем наложения матрицы
Так как ТС представляется как куб, состоящий из множества слоев, где каждый слой является матричной ММ-систе-мой, то с учетом вышесказанного, обобщенная процедура планирования размещения в тороидальных мультипроцессорных системах имеет следующий вид:
1. Выбрать первый (нижний) слой ТС.
2. Выполнить процедуру планирования размещения программ в ММ-системе.
3. Увеличить номер текущего слоя ТС на единицу.
4. Если номер текущего слоя больше N то переход к п. 5, иначе п. 1.
5. Останов алгоритма.
В дальнейших исследованиях планируется формализация представленного алгоритма размещения и разработка соответствующей структурной и функциональной схемы планирования размещениия с дальнейшей оценкой ее пар-метров производительности (временная и аппаратная сложность).
Литература
1. Цилькер Б.Я., Орлов С.А. Организация ЭВМ и систем: учебник для вузов / СПб.: Питер, 2004. 668 с.
2. Данильченко Н.В., Макеев С.Н. Масштабируемый мультипроцессор для цифровой обработки сигналов // МЭС-2012. Россия. Москва. октябрь 2012.
3. Борзов Д.Б., Гуляев К.А., Титов В.С. Методы реконфигурации критических систем // XII Всероссийское совеща-
ние по проблемам управления ВСПУ-2014. / Москва 16-19 июня 2014. - С. 1-12.
4. Borzov D.B., Jamil Al Azzeh, Igor V Zotov and Dmitriy E. Skopin and Dr. Mazin Al Hadidi. An Approach to Achieving Increased Fault-Tolerance and Availability of Multiprocessor-Based Computer Syflems // Auflralian Journal of Basic and Applied Sciences, 8(6) April 2014, Pages: 512-522.
5. Борзов Д.Б., Мараят Б.И., Масолов А.С. Метод снижения коммуникационной задержки путем субоптимального
размещения задач в матричных базовых блоках кластера // Телекоммуникации. - Ежемесячный научно-технический, информационно-аналитический и учебно-методический журнал. - 2008, - №4. С. 21-25.
6. Борзов Д.Б., Мараят Б.И., Типикин А.П. Алгоритмы и принцип организации аппаратных средств ускорения составления плана размещения задач в кла-стерных мульти-компьютерах // Деп. в ВИНИТИ 25.10.07 г., №998-В 2007.
ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМА УПРОЧНЯЮЩЕЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЛИСТОВ СПЛАВА СИСТЕМЫ Al-Mg-Si, ЛЕГИРОВАННОГО КАЛЬЦИЕМ
Гуреева М.А.
Грушко О.Е.
Клочков Г.Г.
OPTIMIZATION OF THE MODE OF CONSOLIDATING HEAT TREATMENT ALLOY SHEET SYSTEM Al-Mg-Si DOPED WITH CALCIUM Gureeva M.A. Grushko O.E Klochkov G.G.
АННОТАЦИЯ
Изучены особенности формирования структуры, механических и технологических свойств в зависимости от параметров термической обработки. Установлен режим упрочняющей термической обработки листов сплава системы Al-Mg-Si-Cu (закалка 530 °С, 20 мин, старе-ние 170 °С, 10-14 ч), обеспечивающий наилучшее сочетание прочно-сти и технологической пластичности листов (Т1: сВ > 330 МПа, с0,2 > 260 МПа, 5 > 10 %; Т: Rmin= (0,5-1,0)-S, S-толщина листа.
ABSTRACT
The peculiarities of formation of the flructures, mechanical and technological properties, depending on the heat treatment parameters. Set reinforcing heat treatment alloy sheet syflem Al-Mg-Si-Cu (hardening 530° c, 20 min, the ageing 170° c, 10-14 hours), providing the befl com-bination of flrength and technological plaflicity of sheets (T1: сВ > 330 MPa, с0,2 > 260 MPa, 5 > 10%; t: Rmin = (0,5 -1,0>S, S - sheet thickness.
Ключевые слова: алюминиевые сплавы, закалка, искусственное старение, естественное старение, механические свойства, анизотропия.
Keywords: aluminum alloys, heat treatment, artificial aging, natural aging, mechanical properties, anisotropy.
Введение
В настоящее время накоплен большой опыт применения листового материала для холодной штамповки из термически не упрочняемых алюминиевых сплавов группы магналий. В то же время сплавы этой группы имеют невысокие прочностные характе-ристики, особенно низкий предел текучести. Так, сплавы, содержащие 4-5 % Mg (российский сплав АМг4, зарубежные аналоги 5082, 5182) имеют предел текучести 140 МПа [1]. Увеличение прочно-стных характеристик путем повышения содержания магния в сплаве или нагартовки листов на 20-40 % приводит к ухудшению технологичности.
С точки зрения экономики, а также эксплуатации, термически упрочняемый листовой сплав системы Al-Mg-Si-Cu представляет интерес в качестве замены сплавов группы магналий прежде всего для изделий, получа-емых листовой холодной штамповкой [2, 3]. Листы из указанного сплава могут использоваться также взамен стальных листов в конструкции автомобилей для на-ружных навесных панелей корпуса и бензобаков, что снизит массу узлов до 43 % и обеспечит вторичную пе-реработку вышедших из эксплуатации деталей до 85-95 %.
Цель настоящей работы - выбор оптимального режима упрочняющей термической обработки листов сплава системы Al-Mg-Si-Cu, легированного кальцием.
Термическая обработка листов исследуемого сплава включает закалку и искусственное старение. Закалка - это термическая обработка, при которой главным процессом является формирование неравновесной структуры во время ускоренного охлаждения [4]. Закалка заключается в нагреве сплава до максимально высокой температуры, выдержке и последующем быстром охлаждении с целью получения пересыщенного твердого раствора, что обеспечивает возможность дальнейшего упрочнения старением [5].
Температура нагрева под закалку зависит от природы сплава и скорости растворения упрочняющих фаз. Ориентиром для ее выбора служит температура неравновесного солидуса (температура плавления наиболее лекгоплавкой эвтектики), нагрев выше которой может вызвать пережог.
Выдержка при температуре нагрева под закалку должна обеспечить растворение избыточных фаз, поэтому она зависит от величины частиц и характера их распределения. Охлаждение при закалке следует проводить с такой скоростью, которая обеспечит отсутствие распада твердого раствора в процессе охлаждения.
Температура нагрева под закалку сплавов типа АВ составляет 520±10 °С, также при необходимости допускается нагрев выше 530 °С. В качестве нагревательной среды для проведения закалки листов из сплава АВ используют селитровые ванны. Во избежание возникновения внештатных и аварийных ситуаций верхний предел нагрева в селитровых
