Изучение аппаратного и программного обеспечения персонального компьютер

Статистика  использования суперкомпьютеров по областям применения сведена в таблице 1.

 
Таблица 1 – Статистика использования суперкомпьютеров

Области применения суперкомпьютерных вычислений, в мире	Процентов от общего числа
Промышленность: электронная, автомобильная, авиационная  и др. отрасли тяжелой промышленности и машиностроения.	44,3
Вычислительные центры, наука и образование: суперкомпьютерные  центры, университеты и научные институты (физика, математика, химия, биология, генетика), поставщики суперкомпьютеров.	21, 2

Продолжение таблицы 1

Области применения суперкомпьютерных вычислений, в  мире	Процентов от общего числа
Прогнозы  погоды и климатические исследования	18,5
Стратегические  исследования, программы Министерства обороны, космическая и ядерная  программы	7,1
Финансы: банки, финансовые корпорации, страхование, финансовые прогнозы и консалтинг.	3,5
Потребительский сектор, медицина и фармакология, транспорт, торговля, производство потребительских  товаров, продуктов питания.	3
Медиа: цифровые видеотехнологии, компьютерные игры и пр.	2,2

 

 
2.5.2 Программное обеспечение специализированных областей

2.5.2.1 Программная система ANSYS

 

ANSYS — универсальная программная система конечно-элементного (МКЭ) анализа, существующая и развивающаяся на протяжении последних 30 лет, является довольно популярной у специалистов в области компьютерного инжиниринга (CAE, Computer-Aided Engineering) и КЭ решения линейных и нелинейных, стационарных и нестационарных пространственных задач механики деформируемого твёрдого тела и механики конструкций, теплопередачи и теплообмена, электродинамики, акустики, а также механики связанных полей.

Моделирование и анализ в некоторых областях промышленности позволяет избежать дорогостоящих и длительных циклов разработки типа «проектирование —  изготовление — испытания». Система  работает на основе геометрического ядра Parasolid. 
 Программная система ANSYS является довольно известной в своей области системой, которая используется на таких известных предприятиях, как ABB, BMW, Boeing, Caterpillar, Daimler-Chrysler, Exxon, FIAT, и др.

 
  2.5.2.2 Программный комплекс STAR-CD

 

STAR-CD —  многоцелевой CFD программный комплекс, предназначенный для проведения  расчетов в области механики  жидкости и газа. STAR-CD не является  единственным расчетным пакетом,  охватывающим данную область,  аналогичными возможностями обладают  программные пакеты ANSYS-CFX и FLUENT. 
Аббревиатура «STAR» означает Simulation of Turbulent flows in Arbitrary Regions - моделирование турбулентных потоков в произвольных геометрических областях. 
STAR-CD позволяет решать задачи в следующих областях:

- стационарные и нестационарные течения,

- ламинарные течения,

- турбулентные течения,

- сжимаемые и несжимаемые (включая около- и сверхзвуковые),

- теплоперенос (конвективный, радиационный, теплопроводность с учетом твердых тел),

- массоперенос,

- химические реакции, и др.

 

2.5.2.3 Программный комплекс LS-DYNA 

 

LS-DYNA — многоцелевой конечно-элементный комплекс, разработанный Livermore Software Technology Corp. (LSTC) — предназначена для анализа высоконелинейных и быстротекущих процессов в задачах механики твердого и жидкого тела. Разработка данного программного продукта была начата в начале 70х годов. Первая коммерческая версия программы выпущена в 1976 г.

Программа была первой в своей области и  послужила основой для всех современных  пакетов высоконелинейного анализа, оставаясь на лидирующих позициях до сегодняшнего дня. Предназначение LS-DYNA: нелинейная динамика, теплоперенос, теплообмен, термомеханика, разрушение и развитие трещин, контакт, квазистатика, Эйлерово и произвольное Лагранж-Эйлерово поведение (Arbitrary Lagrangian-Eulerian, ALE), акустика, многодисциплинарный связанный анализ (взаимодействие потоков жидкостей и газов с деформируемой конструкцией, например, колебания жидкости в баках, связанные термомеханические задачи и др.). LS-DYNA содержит более 130 уравнений состояния материалов и 25 контактных алгоритмов.

В числе приложений: моделирование  взрывов, краш-тестов, сейсмика, обработка металлов давлением и др. Исследование поведения материалов (прокат листовой и объемный, ковка, глубокая листовая штамповка-вытяжка, экструдирование, и пр.). 
 Программный код полностью распараллелен и векторизован (первые версии LS-DYNA работали на компьютерах CDC-7600 и CRAY-1). Поддерживается декомпозиция заданий на сетевых кластерах (в т.ч. из персональных компьютеров). 
 

2.5.2.4 Система решения задач NAMD

 

NAMD (Nanoscale Molecular Dynamics) — бесплатная программа для молекулярной динамики, написанная с использованием модели параллельного программирования Charm++, обладающей высокой эффективностью распараллеливания и часто используемой для симуляции больших систем (миллионы атомов). Программа была создана совместно Группой Теоретической и Вычислительной Биофизики (TCB) и Лабораторией параллельного программирования (Parallel Programming Laboratory) из Иллинойсского университета в Урбане и Шампейне. 
 Программа была анонсирована в 1995 г Нельсоном и др. как параллельная программа для молекулярной динамики, включающая интерактивное моделирование, связанное с программой визуализации VMD. 

 
  2.5.2.5 Приложение Shake

 
Shake от компании Apple является единственным компоновочным приложением с полным набором инструментов для создания составных изображений, подходящих как для отдельных художников, так и для студий, занимающихся созданием визуальных эффектов. Shake 4 предоставляет все необходимые инструменты для создания самых изощренных визуальных эффектов для кино- и телевизионных проектов. И уже в течение более чем десяти лет является основным инструментом создания спецэффектов в завоевывавших престижные награды фильмах, и не только в них. Программа Shake приобрела широкое распространение довольно давно, но и по сей день её инструментарий не теряет актуальности: в частности, с ее помощью были отредактированы многие из вновь выпущенных в прокат фильмов, например "Человек-паук", "Я легенда", и т. п.

 

3 Практическая часть

 

Для выполнения практической части мной была использована программа MS Power Point из пакета MS Office 2010. Работа в ней заключалась в составлении слайд-шоу из изображений и кратких текстовых пояснений к ним. В данной презентации демонстрируются некоторые модели суперкомпьютеров (рисунок 13), а также схемы структурной организации различных их типов (рисунок 14).

 

 

Рисунок 13 – Создание презентации (эпизод 1)

 

 

Рисунок 14 - Создание презентации (эпизод 2)

 

Средствами  MS Power Point мне удалось осуществить организацию в необходимой последовательности изображений и сопроводительного текста, установив при этом различные переходы между слайдами (рисунок 15), а также определить другие визуальные эффекты демонстрационного проекта: дизайн презентации, его цветовую гамму, а также способ появления текста на экране.

 

 

Рисунок 15 - Создание презентации (эпизод 3)

 

Произведение  анализа средств, привлеченных к  работе над данным проектом, показало, что MS Power Point как средство разработки презентаций обладает мощными и разнообразными средствами представления демонстрационного материала, а также крайне эргономичным интерфейсом.

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

Непродолжительное время назад суперкомпьютеры  являлись специализированным инструментом, доступным только небольшим прослойкам наиболее «государственно необходимых» специалистов – криптоаналитикам, ученым, работающим в стратегически важных областях, и т. п. Однако развитие программных и аппаратных средств – с сопутствующим этому процессу повышением производительности до нынешних сверхвысоких параметров – позволило снизить планку стоимости и доступности этих машин. Как следствие, аудитория постоянных пользователей за относительно короткое время увеличилась в разы. Плодами деятельности суперкомпьютеров сейчас пользуются не только традиционные потребители подобных вычислительных мощностей - аэрокосмическая, автомобильная, судостроительная и радиоэлектронная отрасли промышленности – но и гораздо больше нуждавшиеся в них исследователи в точных областях науки.

Развитие  вычислительной техники характеризуется  тем, что на каждом этапе новых  разработок требования к производительности значительно превышают возможности  элементной базы.

Это обусловлено  увеличением количества задач, требующих  концентрации вычислительных мощностей  – необязательно в одном корпусе, но совершенно точно – на одной, решаемой, задаче. К такому росту  в настоящее время приводят пресловутые  все ускоряющиеся темпы НТП, гонки  технологий, прямым условием конкурентоспособности  в которой является наличие необходимых  вычислительных мощностей.

Добиваться  повышения производительности компьютеров  только за счет увеличения тактовой частоты  становится все сложнее, так как  появляется проблема отвода тепла. Поэтому  разработчики обратили свое внимание на параллелизм как на средство ускорения  вычислений.

В работе мы рассмотрели направления развития современной суперкомпьютерной  техники, ознакомились с основными  типами аппаратных архитектур суперЭВМ и их аппаратного состава в целом, а также с разнообразием программного обеспечения, обеспечивающего столь успешное на сегодняшний день выполнение своих задач машинами данного класса, убедились в том, что будущее науки неразделимо с понятием «сверхмощных вычислительных систем».

 

 

Список литературы

 

1 Бройдо В.Л. Архитектура ЭВМ и систем / В.Л. Бройдо, О.П. Ильина. – СПб.: Питер, 2009. – 720 с.

2 Воеводин  В.В. Параллельные вычисления / В.В. Воеводин, Вл.В. Воеводин. - СПб.: БХВ-Петербург,  2004. - 608 с.

3 Корнеев В.В. Вычислительные системы / В.В. Корнеев. - М.: Гелиос АРВ, 2004, - 512 с.

4 Таненбаум Э. Современные операционные системы / Э. Таненбаум. – СПб.: Питер, 2011. – 1120 с.

5 Как построить и использовать суперкомпьютер / А.О. Лацис. - М.: Бестселлер, 2003. - 240 с.