Реферат за темою магістерської роботи
Зміст
- Вступ
- 1. Актуальність теми
- 2. Мета розробки
- 3. Огляд стану досліджень і розробок
- 4. Розробка підсистеми графічного інтерфейсу користувача РПМС
- 4.1 Опис розподіленого паралельного моделюючого середовища (РПМС)
- 4.2 Декомпозиція РПМС
- 4.3 Підсистема графічного інтерфейсу користувача у складі РПМС
- Висновки
- Перелік посилань
Вступ
Моделювання насьогодення є невід’ємною частиною розробки та верифікації будь-якого великого проекту у будь-якій галузі науки та промисловості. Це зумовлено невпинно зростаючою складністю проведення реальних експериментів – разом зі зростанням проекту збільшується не тільки рівень їх складності, але також кількість та вартість таких експериментів. [1]
Найбільш поширеним зараз є комп’ютерне моделювання – це вивчення властивостей та імітація поведінки об’єктів за допомогою запрограмованих математичних моделей реальних об’єктів. Перевагами комп’ютерного моделювання є висока швидкість, менша вартість відносно натурних досліджень, можливість багаторазового використання моделей, їх гнучкість та динамічність, що означає легкість внесення змін до будь-яких параметрів об’єктів чи умов моделювання. Недоліком комп’ютерного моделювання є ліміт швидкості – комп’ютер може виконувати лише певну кількість обчислень за одиницю часу.
Вирішенням цієї проблеми стає одночасне використання багатьох обчислювальних систем, що паралельно працюють над одним великим обчислювальним завданням. Це зумовлює актуальність дослідження розподіленого розв’язання математичних завдач, побудову програмних та апаратних засобів до цього – розпаралелювання. Одній з концепцій розпаралелювання обчислювань – розподіленому паралельному моделюючому середовищу(РПМС) [2] – присвячена ця робота.
1. Актуальність теми
Математичною моделлю об’єкту, що обробляється на РПМС, є мережевий динамічний об’єкт (МДО). Ця модель складається з двох ключових частин: опису топології (переважно у вигляді графу мережі), та опису фізичної сутності процесів складної динамічної системи (переважно у вигляді відповідної системи рівнянь). Залежно від рівня розглядання фізичних процесів розрізняють МДО з розподіленими та МДО із зосередженими параметрами (МДОРП та МДОЗП). Зв’язок між топологією та рівняннями фізичних процесів у МДО здійснюється завдяки матрично-векторним операціям.
Така математична модель для обчислень у РПМС висуває певні вимоги, наведені у [2]:
— Урахування рівня складності формального опису складних динамічних систем, наяність у них систем рівнянь великої розмірності, що включають алгебраїчні, звичайні та рівняння з частинними похідними.
— Зручність: розширений інтерфейс користувача (UI) для автоматизованого моделювання МДОЗП та МДОРП, наявність доступних користувачеві мов моделювання для специалізованих моделей і простота навчання користування системою.
— Наявність високоінтелектуальної інтерактивної підтримки розробника моделі (користувача) на всіх етапах розробки та моделювання СДС.
— Об'єктно-орієнтована модель структури РПМС, її складових, представлення розв’язання задачі моделювання динамічних систем із зосередженими (ДСЗП) та розподіленими параметрами (ДСРП).
— Наявність бібліотеки чисельних методів для моделювання складних промислових ДСЗП та ДСРП.
— Сучасні засоби для візуалізації та документування моделей.
Більшість цих вимог відносяться так чи інакше до підсистеми діалогу.
2. Мета розробки
Метою роботи є розробка підсистеми графічного інтерфейсу користувача розподіленого паралельного моделюючого середовища. Вивчається сучасний стан досліджень у галузі розробки РПМС, підходи до розпаралелювання, програмні та апаратні засоби їх реалізації.
Для досягнення поставленої мети необхідно заплановано реалізацію наступних завданнь :
- Проаналізувати особливості декомпозиції РПМС.
- Проаналізувати вимоги до підсистеми графічного інтерфейсу користувача РПМС.
- Дослідити сучасні концепції побудови графічних інтерфейсів.
- Розробити структуру підсистеми графічного інтерфейсу користувача, її програмну реалізацію.
- Провести інтеграцію підсистеми у РПМС.
3. Оглдяд стану досліджень і розробок
Концепцію РПМС было запропоновано у 1992 році в рамках наукової співпраці факультета ОТІ Донецького національного технічного університета (ДонНТУ) та Інститута паралельних і розподілених систем (IPVS) Штутгартського університета (ФРН). Фундаментальними джерелами на цю тему є наукові праці професора Святного Володимира Андрійовича [2, 3]. Цією проблематикою займалися також Гусєва Г.Б., Молдованова А.В., Надєєв Д.В.
Певні дослідження та розробки у галізу графічного інтерфейсу користувача РПМС робили магістри ДонНТУ: Макогон В Н., Брахнов П. Г., Мусенко О.А. та інші. У своїх роботах вони розглянули й визначили концепцію графічного інтерфейсу РПМС ті її приблизну структуру.
Було також знайдено багато джерел з теорії розробки графічних інтерфейсів користувача. Фундаментальні теоретичні основи роботи систем, що здійсюють інтерактивну взаємодію з користувачем є у роботах [4], [5].
У [4] наведено історичну довідку та інформацію загального характеру, пояснено основи головних принципів взаємодії користувача з комп’ютером на простих прикладах, розкрито терміни інтерактивності, представлення та уявлення у контексті класичних технологій програмування, зокрема ВОВ-принципу (введення – обробка – виведення). Також продемонстровано відображення реалізації взаємодії користувача з комп’ютером у класичних парадигмах програмування. Зроблено коротку класификацію інтерфейсів користувача за певними ознаками, зокрема за ознакою ініціативної сторони (користувач або комп’ютер).
У [5] проаналізовано роль візуального опису в моделюванні. Створення моделей єств реального світу представлено у вигляді ітераційного процесу. Також наголошується на ролі анімації у схемі візуального опису моделі.
Якщо зробити спробу розглянути стан досліджень в області технологій та парадигм розробки сучасних інтерактивних діалогових систем, потрібно відзначити роботи [6], [7] та [8].
У [6] розглядається концепція ітеративної взаємодії потреб та вимог користувача з розробкою графічних інтерфейсів. У книзі наведено декілька методів аналізу інформації зворотнього зв’язку та розробки сучасних об’єктно-орієнтованих інтерфейсів. Наведено декілька прикладів трансформації уявлень у фактичні графічні інтерфейси, модернізовані з використанням «легких» технологій розробки.
У[7] на базі структурного аналізу певної множини існуючих інтерактивних діалогових систем робиться прогноз щодо перспектив розвитку об’єктно-орієнтованих діалогових систем у майбутньому.
У[8] розглянуто фундаментальні шаблони проектування програмних комплексів. Використання об’єктної моделі цих шаблонів покращує вихідний код програми, робить більш зрозумілою структуру. Однією з комбінацій цих фундаментальних шаблонів (і, напевно, найпопулярнішою) є патерн MVC(Model-View-Controller, модель-представлення-контролер). В останні роки він став стандартом де-факто для розробки складних систем, що містять інтерактивну підтримку діалогової взаємодії з користувачем системи. Це пояснюється філософією MVC для успішного проектування потрібно логічно розділити у комп’ютерній системі модель даних, графічне представлення, та створити керуючі системою правила. Патерн MVC забезпечує сучасним системам усі необхідні риси вдалого інтерфейсу користувача – у якості приклада можно навести мобільні та настольні продукти компанії Apple Inc.: iPhone, iPad, iMac, MacBook тощо, - розроблене за принципамми MVC ПЗ користується сьогодні шаленою популярністю в усьому світі.
Основні досягнення в галузі розробки та дослідження підсистеми діалогу в РПМС зроблено в Донецькому національному технічному університеті в межах співпраці зі Штутгартським університетом. Зокрема магістри ФКНТ запропонували у своїх роботах [9], [10] низку рішень по організації підсистеми діалогу в РПМС.
4. Розробка підсистеми графічного інтерфейсу користувача РПМС
Під час написання автореферату основними результатами, що було досягнуто за темою магістерської роботи є:
- аналіз наукових праць за темою РПМС
- аналіз наукових праць у галузі теорії розробки графічних інтерфейсів користувача
- створення приблизної структури підсистеми графічного інтерфейсу користувача РПМС
4.1 Опис розподіленого паралельного моделюючого середовища (РПМС)
Розподілене паралельне моделююче середовище (РПМС) — це сукупність апаратних ресурсів, системного та моделюючого програмного забезпечення, що підтримує усі стадії розробки, реалізації й застосування паралельних моделей СДС відповідно зазначеним у пункті 1 вимогам.
4.2 Декомпозиція РПМС
У [2] запропоновано наступну модульну декомпозицію РПМС:
- Підсистема графічного інтерфейсу користувачаа
- Підсистема топологічного аналізу
- Підсистема генерування рівнянь
- Підсистема паралельних віртуальних симуляційних моделей
- Підсистема паралельного розв'язувача рівнянь
- Підсистема обміну даними
- Підсистема балансування навантаження
- Підсистема візуалізації
- Підсистема бази даних
- Підсистема інформаційних технологій
4.3 Підсистема графічного інтерфейсу користувача у складі РПМС
Підсистема графічного інтерфейсу користувача повинна відповідати наступним формальним вимогам:
- Зручність: розширений інтерфейс користувача (UI) для автоматизованого моделювання МДОЗП та МДОРП, наявність доступних користувачеві мов моделювання для специалізованих моделей і простота навчання користування системою;
- Наявність високоінтелектуальної інтерактивної підтримки розробника моделі (користувача) на всіх етапах розробки та моделювання СДС.
Важливою особливістю підсистеми графічного інтерфейсу користувача є легкість її інтеграції до складу РПМС. Це зумовлює необхідність використання сучасних технологій розробки для створення підсистеми GUI [8]. Використання патерну MVC дозволяє логічно розбити РПМС за функціональними особливостями його підсистем:
- Моделлю даних виступатиме паралельна частина РПМС, що є імплементаційно віддаленою від кінцевого користувача (back-end)
- Представленням даних виступатиме графічний інтерфейс — елементи керування, графічні відображення результатів моделювання (графіки змінних процесу моделювання та ін.)
- Контролер є підсистемою обміну даними у середовищі моделювання — він здійснює мережевий обмін інформацією, керує початком/кінцем/паузою моделювання, керує введеням початкових умов моделювання та виведенням проміжних/фінальних результатів моделювання.
