Реферат по теме магистерской работы
Содержание
- Введение
- 1. Актуальность темы
- 2. Цель разработки
- 3. Обзор состояния исследований и разработок
- 4. Разработка подсистемы графического интерфейса пользователя РПМС
- 4.1 Описание распределенной параллельной моделирующей среды (РПМС)
- 4.2 Декомпозиция РПМС
- 4.3 Подсистема графического интерфейса в составе РПМС
- Выводы
- Ссылки
Введение
Моделирование сейчас является неотъемлемой частью разработки и верификации любого крупного проекта в любой области науки или промышленности. Это обусловлено постоянно возрастающей сложностью проведения реальных экспериментов — вместе с ростом проекта увеличивается не только уровень их сложности, но также количество и стоимость таких экспериментов[1].
Наиболее распространенным сейчас является компьютерное моделирование — это изучение свойств и имитация поведения объектов с помощью запрограммированных математических моделей реальных объектов. Преимуществами компьютерного моделирования является высокая скорость, меньшая стоимость относительно натурных исследований, возможность многократного использования моделей, их гибкость и динамичность (подразумевается легкость внесения изменений в любые параметры объектов или условия моделирования). Недостатком компьютерного моделирования является лимит скорости — компьютер может выполнять только определенное количество вычислений в единицу времени.
Решением этой проблемы становится одновременное использование многих вычислительных систем, которые параллельно работают над одной большой вычислительной задачей. Это обуславливает актуальность исследования распределенного решения математических завдач, построение программных и аппаратных средств. Одной из концепций распараллеливания вычислений — распределенной параллельной моделирующей среде (РПМС) [2] — посвящена эта работа.
1. Актуальность темы
Математической моделью объекта, который обрабатывается на РПМС, является сетевой динамический объект (СДО). Эта модель состоит из двух ключевых частей: описания топологии (преимущественно в виде графа сети) и описания физической сущности процессов сложной динамической системы (преимущественно в виде соответствующей системы уравнений). В зависимости от уровня рассмотрения физических процессов различают СДО с распределенными и СДО с сосредоточенными параметрами (СДОРП и СДОСП). Связь между топологией и уравнениями физических процессов в СДО осуществляется благодаря матрично-векторным операциям.
Такая математическая модель для вычислений в РПМС выдвигает определенные требования, приведенные в [2]
- Учет уровня сложности формального описания сложных динамических систем, наличия в них систем уравнений большой размерности, среди которых есть алгебраические, обычные и уравнения в частных производных.
- Удобство: расширенный интерфейс (UI) для автоматизированного моделирования СДОРП и СДОСП, наличие доступных пользователю языков моделирования для специализированный моделей и простота обучения пользования системой.
- наличие высокоинтеллектуальной интерактивной поддержки разработчика модели (пользователя) на всех этапах разработки и моделирования СДС.
- объектно-ориентированная модель структуры РПМС, ее составляющих, представления решения задачи моделирования динамических систем с сосредоточенными (ДССП) и распределенными параметрами (ДСРП).
- наличие библиотеки численных методов для моделирования сложных промышленных ДССП и ДСРП.
- Современные средства для визуализации и документирования моделей.
Большинство этих требований относятся так или иначе к подсистеме диалога.
2. Цель разработки
Целью работы является разработка подсистемы графического интерфейса распределенной параллельной моделирующей среды. Изучается современное состояние исследований в области разработки РПМС, подходы к распараллеливанию, программные и аппаратные средства их реализации.
Для достижения поставленной цели запланирована реализация следующих задач:
- Проанализировать особенности декомпозиции РПМС.
- Проанализировать требования к подсистеме графического интерфейса РПМС.
- Исследовать современные концепции построения графических интерфейсов.
- Разработать структуру подсистемы графического интерфейса, ее программную реализацию.
- Провести интеграцию подсистемы в РПМС.
3. Обзор состояния исследований и разработок
Концепция РПМС была предложена в 1992 году в рамках научного сотрудничества факультета ВТИ Донецкого национального технического университета (ДонНТУ) и Института параллельных и распределенных систем (IPVS) Штутгартского университета (ФРГ). Фундаментальными источниками по теме являются научные труды профессора Святного Владимира Андреевича [2, 3]. Этой проблематикой занимались также Гусева А.Б., Молдованова А.В., Надеев Д.В.
Определенные исследования и разработки в области графического интерфейса РПМС делали магистры ДонНТУ: Макогон В. Н., Брахнов П.Г., Мусенко А.А. и другие. В своих работах они рассмотрели и определили концепцию графического интерфейса РПМС и ее примерную структуру.
Было также найдено много источников по теории разработки графических интерфейсов пользователя. Фундаментальные теоретические основы работы систем, которые осуществляют интерактивное взаимодействие с пользователем приведены в работах [4] [5].
В [4] приведена историческая справка и информация общего характера, объяснены основы главных принципов взаимодействия пользователя с компьютером на простых примерах, раскрыты понятия интерактивности, представления в контексте классических технологий программирования, в частности ВОВ-принципа (ввод — обработка — вывод). Также продемонстрировано отражение реализации взаимодействия пользователя с компьютером в классических парадигмах программирования. Сделана краткая классификация интерфейсов по определенным признакам, в частности по признаку инициативной стороны (пользователь или компьютер).
В [5] проанализирована роль визуального описания в моделировании. Создание моделей сущностей реального мира представлено в виде итерационного процесса. Также отмечается роль анимации в схеме визуального описания модели.
Если попытаться рассмотреть состояние исследований в области технологий и парадигм разработки современных интерактивных диалоговых систем, нужно отметить работы [6] [7] и [8].
В [6] рассматривается концепция итеративного взаимодействия потребностей и требований пользователя. В книге приведены несколько методов анализа информации обратной связи и разработки современных объектно-ориентированных интерфейсов. Приведены несколько примеров трансформации представлений в фактические графические интерфейсы, модернизированые с использованием «легких» технологий разработки.
В [7] на базе структурного анализа определенного множества существующих интерактивных диалоговых систем делается прогноз относительно перспектив развития объектно-ориентированных диалоговых систем в будущем.
В [8] рассмотрены фундаментальные шаблоны проектирования программных комплексов. Использование объектной модели этих шаблонов улучшает исходный код программы, делает более понятной структуру. Одной из комбинаций этих фундаментальных шаблонов (и, наверное, самой популярной) является паттерн MVC (Model-View-Controller, модель-представление-контроллер). В последние годы он стал стандартом де-факто для разработки сложных систем, содержащих интерактивную поддержку диалогового взаимодействия с пользователем системы. Это объясняется философией MVC – для успешного проектирования нужно логически разделить в компьютерной системе модель данных, графическое представление, и создать управляющие системой правила. Паттерн MVC обеспечивает современным системам все необходимые черты удачного интерфейса - в качестве примера можно привести мобильные и настольные продукты компании Apple Inc.: iPhone, iPad, iMac, MacBook и т.д., — разработанное по принципаммы MVC ПО пользуется сегодня огромной популярностью во всем мире.
Основные достижения в области разработки и исследования подсистемы диалога в РПМС сделаны в Донецком национальном техническом университете в рамках сотрудничества с Штутгартским университетом. В частности магистры ФКНТ предложили в своих работах [9] [10] ряд решений по организации подсистемы диалога в РПМС.
4. Разработка подсистемы графического интерфейса РПМС
При написании автореферата основными результатами, достигнутыми по теме магистерской работы являются:
- анализ научных работ по теме РПМС
- анализ научных работ в области теории разработки графических интерфейсов пользователя
- создание приблизительной структуры подсистемы графического интерфейса РПМС
4.1 Описание распределенной параллельной моделирующей среды (РПМС)
Распределенная параллельная моделирующая среда (РПМС) — это совокупность аппаратных ресурсов, системного и моделирующего программного обеспечения, поддерживающего все стадии разработки, реализации и применения параллельных моделей СДС согласно указанным в пункте 1 требованиям.
4.2 Декомпозиция РПМС
В [2] предложена следующяя модульная декомпозиция РПМС:
- Подсистема графического интерфейса пользователя
- Подсистема топологического анализа
- Подсистема генерирования уравнений
- Подсистема параллельных виртуальных симуляционных моделей
- Подсистема параллельного решателя уравнений
- Подсистема обмена данными
- Подсистема балансировки нагрузки
- Подсистема визуализации
- Подсистема базы данных
- Подсистема информационных технологий
4.3 Подсистема графического интерфейса в составе РПМС
Подсистема графического интерфейса должна соответствовать следующим формальным требованиям:
- Удобство: расширенный интерфейс (UI) для автоматизированного моделирования СДОРП и СДОСП, наличие доступных пользователю языков моделирования для специализированный моделей и простота обучения пользования системой
- Наличие высокоинтеллектуальной интерактивной поддержки разработчика модели (пользователя) на всех этапах разработки и моделирования СДС.
Важной особенностью подсистемы графического интерфейса является легкость ее интеграции в состав РПМС. Это обусловливает необходимость использования современных технологий разработки для создания подсистемы GUI [8]. Использование паттерна MVC позволяет логически разбить РПМС по функциональным особенностям ее подсистем:
- Моделью данных выступать параллельная часть РПМС, которая является имплементационно удаленной от конечного пользователя (back-end)
- Представлением данных может выступать графический интерфейс — элементы управления, графические отображения результатов моделирования (графики переменных процесса моделирования и др.).
- Контроллер является подсистемой обмена данными в среде моделирования — он осуществляет сетевой обмен информацией, управляет началом / концом / паузой моделирования, руководит введением начальных условий моделирования и выводом промежуточных / финальных результатов моделирования.
