Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ»
Выпуск 1, январь – февраль 2014
Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru

Институт Государственного управления, 

права и инновационных технологий (ИГУПИТ)
Связаться с редакцией: publishing@naukovedenie.ru

1

http://naukovedenie.ru 56TVN114

УДК
004.9

Кудряшова Екатерина Сергеевна

ФГБОУ ВПО «Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет»

Россия, Комсомольск-на-Амуре1

Аспирант, ассистент

E-Mail: ekatt@inbox.ru

Михайлова Наталья Николаевна

ФГБОУ ВПО «Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет»

Россия, Комсомольск-на-Амуре

Старший преподаватель

E-Mail: mnataly4217@yandex.ru

Хусаинов Ахмет Аксанович

ФГБОУ ВПО «Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет»

Россия, Комсомольск-на-Амуре

Доктор физико-математических наук, профессор

E-Mail: husainov51@yandex.ru

Моделирование конвейерных и волновых вычислений

Аннотация: Предложена компьютерная модель многопроцессорного асинхронного 

вычислительного конвейера с буферной памятью. Она допускает программную реализацию с 
помощью многопоточного приложения на языке С++ под управлением операционных систем 
Windows XP, Windows 7. Эксперименты с компьютерной моделью были проведены на 
различных процессорах, включая Intel(R) Core(TM) i3-2310M CPU. Роль функциональных 
устройств играют потоки. Буферная память программно реализована с помощью объектов 
класса канал, имеющего операции записи и чтения, работающие по алгоритму Дейкстры для 
решения задачи о производителе и потребителе. Экспериментально установлено, что эта 
модель может быть применена для исследования производительности и историй параллельного 
процесса, состоящего из вычислительных операций и операций передачи данных между 
функциональными устройствами асинхронного конвейера. Приведены графики зависимости 
ускорения от объема входных данных, полученные с помощью эксперимента. Эти графики 
подтверждают формулу для расчета ускорения асинхронного конвейера. На основании
исследования ускорения с помощью этой компьютерной модели сделаны выводы о том, что 
ускорение для асинхронного линейного конвейера не зависит от объема буферной памяти.
Рассмотрено использование этой модели для изучения явления пузырька в конвейере. Эта 
модель расширена также для имитации работы волновой системы. Для волновой системы 
высказана и экспериментально проверена гипотеза о линейной зависимости времени обработки 
данных от их объема.

Ключевые слова: Вычислительный конвейер; асинхронный конвейер; буферная 

память; сеть Петри; расчет производительности; каналы ОС Unix; многопоточное приложение; 
семафор; ускорение параллельного выполнения; задача о производителе и потребителе; трасса; 
волновая система; объектно-ориентированное программирование.

Идентификационный номер статьи в журнале 56TVN114

1 681013 Россия, г. Комсомольск–на–Амуре, пр. Ленина, д. 27

Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ»
Выпуск 1, январь – февраль 2014
Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru

Институт Государственного управления, 

права и инновационных технологий (ИГУПИТ)
Связаться с редакцией: publishing@naukovedenie.ru

2

http://naukovedenie.ru 56TVN114

Ekaterina Kudryashova

Komsomolsk-on-Amur State Technical University

Russia, Komsomolsk-on-Amur

E-Mail: ekatt@inbox.ru

Natalya Mikhailova

Komsomolsk-on-Amur State Technical University

Russia, Komsomolsk-on-Amur

E-Mail: mnataly4217@yandex.ru

Ahmet Husainov

Komsomolsk-on-Amur State Technical University

Russia, Komsomolsk-on-Amur
E-Mail: husainov51@yandex.ru

Modeling of pipeline and wave computations

Abstract: A computer model of asynchronous multiprocessor computing pipeline with a buffer 

storage is proposed. The model allows the software implementation using the multi-threaded 
application written in C++ running under operating systems Windows XP, Windows 7. The
experiments with the computer model were performed on a variety of processors, including the Intel(R) 
Core(TM) i3-2310M CPU. Threads act as functional devices. The buffer storage is implemented using 
class channel objects. It has read and write operations, working on the Dijkstra algorithm for solving 
the producer-consumer problem. Experimentally established that this model can be used to study the 
performance and the histories of the parallel process, which consists of computing operations and data 
transfer operations between functional units of asynchronous pipeline. The plots of speedup depending 
on the number of input data, obtained by experiment, are shown. These plots confirm the formula for 
calculating the speedup for the asynchronous pipeline. Conclusions are obtained that a speedup for the 
asynchronous pipeline is independent on the volume of its buffer storage. This model is considered for 
studying the bubble effect in the pipeline. The model is also extended to simulate a wave system. For 
the wave system, it is suggested and experimentally tested a conjecture of a linear dependence of the 
data on their volume.

Keywords: Computational pipeline; asynchronous pipeline; buffer storage; Petri net; 

performance computation; OS Unix channel; multithreaded application; semaphore; parallel 
processing speedup; producer-consumer problem; trace; wave system; object-oriented programming.

Identification number of article 56TVN114