Добірка наукової літератури з теми "Технологія паралельних обчислень"

У цій роботі представлена структура та функціональність zFunction, що є адаптивною розподіленою обчислювальною платформою, яка підтримує зручну модель програмування для розробки додатків для паралельної обробки. Це дозволяє розробникам розробляти програмне забезпечення як би вони програмують для одного комп'ютера, а потім він автоматично піклується про розподіл даних та паралелізацію завдань на різних вузлах кластера або декількох ядрах центрального процесора. Zфункція таким чином істотно покращує продуктивність складного розподіленого програми, що обробляють велику кількість даних у режимі реального часу, це критично важливі системи. У цій роботі використано репрезентативне тематичне дослідження з домену фінансових послуг, щоб показати, як zFunction може отримати вигоду від цих типів програм.

Проаналізовано особливості використання технології OpenMP у розпаралеленні розрахунку електростатичного поля для класів систем електронної оптики, граничні поверхні електродів яких володіють абелевою групою симетрії скінченного порядку. У процесі математичного моделювання потенціальних полів виникає необхідність розв'язувати системи лінійних алгебричних рівнянь великих розмірностей. Задачі розрахунку електростатичних полів вдається значно спростити шляхом максимального врахування наявної геометричної симетрії в конфігурації поверхонь електродів. Використання апарату теорії груп дає змогу забезпечити стійкість обчислень, створює усі передумови до розпаралелення процедур розв'язування складних тривимірних задач електростатики загалом. Таким способом зменшено обчислювальну складність у роз'язуванні систем лінійних алгебричних рівнянь, які апроксимують відповідні інтегральні. Для зменшення часу на обчислення запропоновано аплікацію методів математичного моделювання електростатичних полів із сучасними тенденціями розвитку комп'ютерної системи. Для реалізації паралельних алгоритмів використано мультиядерну архітектуру процесорів та таку властивість, як багатопотоковість. Оптимізація обчислювального процесу у розв'язуванні задач електронної оптики, що зумовлена бурхливим розвитком сучасних нанотехнологій та новими вимогами щодо швидкодії обчислень, реалізована з використанням технології паралельного програмування OpenMP. Проведено низку чисельних експериментів. Розглянуто класи систем із симетріями восьмого та шістнадцятого порядків. Використовуючи восьми- та шістнадцятиядерний процесори, шляхом варіації кількості паралельних потоків вдалось істотно зменшити час обчислень. Цим самим вдалось збільшити прискорення та ефективність паралельного алгоритму порівняно з послідовним. Підтверджено доцільність застосування пакету OpenMP для розпаралелення обчислень і вказано на можливість подальшої оптимізації програмного забезпечення для розв'язування класів задач зі симетріями скінченних порядків за критерієм мінімізації часу розрахунків за рахунок варіації кількості паралельних потоків та процесорних ядер комп'ютера.

Набули подальшого розвитку основні методи побудови мікрорівневих моделей композиційних матеріалів, шляхом декомпозиції алгоритмів та їх реалізації в програмному забезпеченні, з допомогою технологій високопродуктивних паралельних та розподілених обчислень. Основною відмінністю є вилучення етапу дискретизації структури композиційних матеріалів, завдяки її безпосередньому використанню як сітки скінченних елементів, що дає змогу спростити обчислення та значно зменшити їх кількість. Наведено приклади результатів моделювання на персональних комп'ютерах пересічної комплектації.

Дана стаття ставить за мету описати та детально розглянути основні технології паралельного програмування та пов’язані з ними поняття паралельних комп'ютерних систем. Проаналізовано такі методи класифікації як: SISD, SIMD, MISD, MIMD. Розказано про слабку та сильну зв’язність. Проаналізовано засоби організації паралельних обчислень в сучасних операційних системах.

Алгоритми пошуку слів-образів у тексті мають широке застосування - контекстний пошук у базах та банках даних, бібліографічний пошук, пошук фрагменту тексту та його заміна при редагуванні тексту, у задачах стиску даних, алгоритмах прогнозування тощо, що зумовлює актуальність розробки нових алгоритмів, а також вдосконалення та адаптацію існуючих алгоритмів для реалізації на високопродуктивних обчислювачах. Мета дослідження – модифікація алгоритму Бойєра-Мура пошуку слів-образів у тексті для досягнення скорочення часу пошуку тексту завдяки використанню методів паралельних обчислень та декомпозиції вихідних даних. Результати та висновки. В ході роботи вдосконалено існуючий алгоритм Бойєра-Мура пошуку слів-образів у тексті завдяки використанню методів паралельних обчислень та декомпозиції вихідних даних, що призвело до скорочення часу пошуку слів-образів у текстах великого обсягу. Виконано огляд існуючих алгоритмів пошуку слів-образів у тексті, який показав найнижчу трудомісткість алгоритму Бойєра-Мура. Розроблено дві прискорені модифікації алгоритму Бойєра-Мура з простою та адаптивною декомпозицією даних. Аналіз результатів яких показав, що кількість помилкових спрацьовувань при адаптивній декомпозиції прагне до 0, на відміну від простої декомпозиції вхідних даних. Аналіз часу виконання алгоритмів показав, що на маленьких обсягах вихідного тексту, використання паралельних технологій для систем із загальною пам’яттю не є виправданим, оскільки часу на породження паралельних потоків витрачається більше, аніж на компаративні операції.

Підготовка магістрів з програмної інженерії ведеться на базі освітньо-кваліфікаційного рівня бакалаврів з програмної інженерії. У зв’язку з цим майбутні магістри вже володіють навичками з розробки та тестування програмного забезпечення [4] і повинні отримати професійні компетентності, що дозволяють виконувати роботу наукового співробітника, як у галузі програмування, так і у інших галузях обчислень, та інженера у інших галузях інженерної справи, займаючи первинні посади: інженера з впровадження нової техніки та технологій; керівника виробничого або функціонального підрозділу; асистента вищого навчального закладу або викладача професійного навчального закладу.Таким чином, при підготовці магістрів з програмної інженерії передбачається посилення таких виробничих функцій, як організаційна, навчально-виховна, науково-дослідна та проектувальна. Кожна функція вимагає володіння певними вміннями згідно відповідної освітньо-кваліфікаційної характеристики. В табл. 1 показано зв’язок між виробничими функціями, типовими задачами в рамках кожної функції та уміннями, якими має оволодіти магістр з програмної інженерії.Таблиця 1Розподіл умінь магістрів з програмної інженерії згідно функцій ФункціяТипова задачаЗміст умінняОрганізаційнаКерівництво роботою виконавців та підрозділів по автоматизації обробки данихСпираючись на нормативні документи вміти: планувати та організувати роботу виконавців та підрозділів; виконувати контроль виконаних робіт по автоматизації обробки данихНавчально-виховнаОволодіння формами, методами та принципами організації навчального процесу у ВНЗСпираючись на відповідні підручники та методичне забезпечення вміти: підібрати потрібний зміст навчального матеріалу; використати оптимальні форми, методи і засоби навчання відповідно до програмиОволодіння основними дидактичними принципами педагогічних тех­нологій і процесів педагогічного проектуванняНа основі педагогічних знань вміти: контролювати і корегувати здобуті знання; застосовувати дидактичні принципи педагогічних технологійНа основі педагогічних знань вміти: застосовувати основні принципи комунікативної культури; застосовувати одержану інформацію у практичній і творчій діяльності; використовувати найновіші форми методи та прийоми у навчально-виховній діяльності на основі наукових знань, рекомендацій і комп’ютерної технікиНауково-досліднаДослідження існуючих технологій в ІС, розробка заходів по їх удосконаленню, та нових компонентівНа основі аналізу інформаційних систем (ІС) вміти: формулювати задачу дослідження; володіти методикою системного аналізу; моделювати та оптимізувати інформаційні системиВизначення актуальності наукового дослідженняВикористовуючи знання та результати аналізу наукових досліджень предметної області, вміти: обґрунтувати проблему дослідження; сформулювати парадигму, та границі дослідження; визначити мету та задачі дослідженняВизначення предмету і об’єкту дослідженняНа основі визначеної мети, задач дослідження вміти обґрунтувати предмет та об’єкт дослідженняПроектувальнаПрограмування прикладних задач мовами високого рівняУміти знаходити спільні і від’ємні риси різних систем програмування, розуміти основи побудови мов програмування високого рівня, використовувати ретроспективний аналіз для прогнозування розвитку і впровадження власних програмНавчальний план підготовки магістрів прийнято розділяти на окремі дисципліни. Так, наведені в табл. 1 уміння частково формуються під час вивчення дисциплін гуманітарної та соціально-економічної підготовки («Філософські проблеми наукового пізнання», «Вища освіта і Болонський процес», «Основи наукових досліджень»), а також при вивченні наступних дисциплін професійної та практичної підготовки:1. Інженерія ПЗ для паралельних та розподілених систем.2. Технології проектування та створення сучасних корпоративних мереж.3. Експертні технології для систем підтримки прийняття рішень.4. Розробка і дослідження інформаційних систем.5. Проектування, моделювання та аналіз інформаційних систем.6. Методи обробки експериментальних даних та планування експерименту.У той же час визначені у освітньо-кваліфікаційній характеристиці вміння є міждисциплінарними і формування їх відбувається під час вивчення не окремих дисциплін, а всього циклу підготовки. Міждисциплінарна інтеграція в рамках навчальної програми магістрів може відбуватися за наступними напрямками:1) посилення професійної зорієнтованості дисциплін гуманітарної та соціально-економічної підготовки;2) посилення діяльнісного підходу до вивчення дисциплін циклу професійної та практичної підготовки, активне застосування методів проектів та контекстного навчання, елементів проблемного навчання та навчання у співпраці [6];3) фундаменталізація підготовки магістрів програмної інженерії.В роботі С. О. Семерікова [7] підкреслюється, що подальша фундаменталізація підготовки фахівців повинна бути спрямована на педагогічну інтеграцію, подолання розриву між знаннями, отриманими студентами при вивченні різних навчальних дисциплін за рахунок істотного розвитку міжпредметних зв’язків, а одним із факторів фундаменталізації професійної підготовки фахівців з інформаційних технологій є фундаменталізація засобів навчання через надання їм властивостей мобільності. Підвищення мобільності можна досягти шляхом технологічного насиченням навчального процесу мобільними засобами ІКТ та шляхом уніфікації структури навчального матеріалу – подання його у вигляді окремих незалежних блоків, що називають навчальними об’єктами [9].Інтенсивне використання засобів ІКТ у вищій школі доцільне в умовах комбінованого навчання [8], яке передбачає системну інтеграцію традиційних та інноваційних технологій, зокрема, технологій електронного, дистанційного та мобільного навчання. Прагнення зробити навчальний процес більш гнучким, відкритим та мобільним зумовило зростання інтенсивності використання хмарних технологій у навчанні.Хмарні технології – найбільш перспективний на сьогодні напрям розвитку мобільних ІКТ [10] – передбачають доступ окремих користувачів до великого масиву легкодоступних віртуальних ресурсів (апаратних, програмних платформ та послуг) незалежно від пристрою, що використовується для доступу [2]. Обсяг хмарних ресурсів, що надається користувачу, може динамічно змінюватись, пристосовуючись до його потреб, що робить хмарні технології оптимальним інструментом забезпечення повсюдного та повсякчасного доступу до освітніх послуг.Детальному огляду впливу на вищу освіту тих змін, що пов’язані з поширенням хмарних технологій в сучасній ІТ-індустрії, присвячено дослідження авторів дослідницького об’єднання EDUCASE [1]. В дослідженні [5] розглянута реалізація ІТ-інфраструктури університету на основі хмарних технологій (рис. 1). Рис. 1. Архітектура хмари для університетів (за З. С. Сейдаметовою) Дослідження М. Ю. Кадемії та В. М. Кобисі [3] підтверджують, що технології хмарних обчислень є розвиненим засобом реалізації проектного методу навчання та формування у студентів навичок колективної роботи. В роботі Ю. В. Триуса [11] підкреслено, одним з реальних шляхів підвищення якості підготовки майбутніх ІТ-фахівців є розробка та впровадження у навчальний процес ВНЗ інноваційних технологій навчання, в основу яких покладено органічне поєднання традиційних та комп’ютерно орієнтованих форм, методів і засобів навчання, зокрема й хмарних технологій.Таким чином, аналіз доступних на сьогодні методичних підходів до використання хмарних засобів подання навчальних матеріалів та організації спільної роботи суб’єктів навчального процесу показав, що вони найбільш природно реалізують принципи комбінованого навчання та надають можливість приділити додаткову увагу формуванню специфічних професійних умінь магістрів з програмної інженерії. Хмарні технології мають стати провідним засобом підготовки магістрів з програмної інженерії з урахуванням їх доцільності для системної реалізації принципів комбінованого навчання та об’єктно-орієнтованого підходу до подання навчального матеріалу.Фундаменталізація навчання магістрів з програмної інженерії відбувається за рахунок інтеграції різних навчальних дисциплін, розвитку міжпредметних зв’язків та посилення діяльнісного підходу до вивчення дисциплін циклу професійної підготовки, активного застосування інноваційних методів навчання у співпраці на основі хмарних технології.Проведений аналіз надає можливість визначити такі напрями подальших досліджень:1. Виділити засоби і методи хмарних технологій навчання, використання яких спрямоване на реалізацію комбінованого навчання магістрів з програмної інженерії з урахуванням особливостей їх підготовки.2. Розробити методику використання хмароорієнтованих засобів у процесі комбінованого навчання магістрів з програмної інженерії.3. Локалізувати та допрацювати хмароорієнтоване програмне забезпечення для реалізації методики комбінованого навчання магістрів з програмної інженерії.4. Дослідити методи проектування та застосування навчальних об’єктів у комбінованому навчанні магістрів з програмної інженерії з використанням хмароорієнтованих засобів.5. На основі методики використання хмароорієнтованих засобів у процесі комбінованого навчання магістрів з програмної інженерії розробити методичне забезпечення дисциплін «Технології проектування та створення корпоративних мереж» та «Інженерія програмного забезпечення паралельних та розподілених систем».6. Експериментально перевірити вплив організації навчального процесу за методикою комбінованого навчання з використанням хмароорієнтованих засобів на рівень сформованості професійних компетентностей магістрів з програмної інженерії.

Метою дипломної роботи є створення програмного продукту для генерації гідроакустичного сигналу з застосуванням технології MPI. Об’єктом дослідження є способи та алгоритми моделювання сигналів. Було виконано огляд існуючих програмних застосунків для моделювання сигналів та ознайомитися із проблемами моделювання гідроакустичних сигналів, розроблено програмний продукт генерації гідроакустичних сигналів, який реалізовано методом уявних джерел для розрахунку поля тиску. Створений програмний продукт може бути використаний, як частина системи для моделювання гідроакустичних об’єктів та для наукових досліджень.
The purpose of the thesis is to create a program product for generating a hydroacoustic signal using MPI technology. The objects of research are the methods and algorithms of signal simulation. An overview of the existing software applications for simulation of signals and the problems of modeling of hydroacoustic signals was performed, the program software of generation hydroacoustic signals, implemented by the imaginary sources for calculating the field of pressure. The created program product can be used as part of the system for modeling hydroacoustic objects and for scientific research.
Целью дипломной работы является создание программного продукта для генерации гидроакустического сигнала с применением технологии MPI. Объектом исследования являются способы и алгоритмы моделирования сигналов. Было выполнено обзор существующих программных приложений для моделирования сигналов и ознакомиться с проблемами моделирования гидроакустических сигналов, разработан программный продукт генерации гидроакустических сигналов, который реализован методом мнимых источников для расчета поля давления. Созданный программный продукт может быть использован как часть системы для моделирования гидроакустических объектов и для научных исследований.

Програма, яка розробляється в даному проекті, призначена для проведення криптоаналізу методом неможливих диференціалів блокового симетричного шифру AES, а саме – над елементами раунду.
The program is being developed in this project is designed for cryptanalysis using impossible differentials method of symmetric block cipher AES, namely - the elements round.

“Наука про те, як замість лише бистродії машини використовувати чисельні методи та бібліотечні програми, переживає період дитинства і є однією з найважливіших галузей дослідження у майбутньому”. Ці слова Р.В. Хеммінга, сказані майже 40 років тому, і нині не втрачають своє актуальності. Тенденція до створення та систематичного використання математичних бібліотек, що виникла на початку 60-х рр., з кінця 80-х рр. стає домінуючою. Проте розвиток чисельних методів обумовлюється сьогодні також розвитком засобів обчислювальної техніки та технології програмування. Так, поява паралельних ЕОМ породила новий клас чисельних методів, орієнтованих на паралельні обчислення, а розвиток об’єктно-орієнтованого програмування (ООП) – новий напрямок, який сьогодні є провідним у чисельних методах: об’єктні обчислення.