Автореферат
Научный руководитель:                     профессор Святный Владимир Андреевич

Тема магистерской работы:          "Разработка MIMD-модели управляемого динамического обьекта"

Донецк 2005

Содержание
Введение

1.MIMD-модель

2. MPI-стандарт

3. Уравнения движения потока

4. Структура аналог-цифровой модели

5. Конечно-разностное уравнение

6. Уравнение ветви

7. Структура системы управления потоком

Список литературы

Введение

Цель работы - учитывая физическую модель топологии объекта, путем преобразований сформировать виртуальную топологию и с помощью MPI стандарта отобразить ее на физическую топологию многопроцессорной системы(в данном случае-на топологию кластера).

Данная проблема очень актуальна на сегодняшний день. Это объясняется тем, в наше время развитие науки и техники шагает киллометровыми шагами. В связи с этим связи с этим возникают такие объемные задачи, решить которые с помощью обычных компьютеров практически невозможно. Здесь на помощь приходят СуперЭВМ.

1.MIMD-модель

MIMD (multiple instruction stream / multiple data stream) - множественный поток команд и множественный поток данных. В вычислительных системах этого класса есть несколько устройств обработки команд, объединенных в единый комплекс и работающих каждое со своим потоком команд и данных.　

В связи с тем, что наша дальнейшая работа будет связана только с MIMD системами, опишем этот класс СуперЭВМ более подробно.　

Класс MIMD чрезвычайно широк. Наряду с большим числом компьютеров он объединяет и целое множество различных типов архитектур. Существует множество подходов к классификации таких систем. Рассмотрим один из них, разработанную английским ученым Р.Хокни. Систематизировав все возможные архитектуры этого класса, он предложил следующую структуру:



Классификация MIMD моделей параллельных вычислительных систем

Конвейерные системы - это те системы, которые работают в режиме разделения времени для отдельных потоков.

Переключаемые системы делятся еще на два типа:

*SMP - симметричные мультипроцессорные системы с общей памятью;
*MPP - мультипроцессорные системы с распределенной памятью.

Объясним принцип работы каждого из них:

SMP-компьютеры - это наиболее распространенные сейчас параллельные вычислительные системы, а 2-, 4-х процессорные ЭВМ стали уже массовым товаром.　

Основное преимущество SMP - относительная простота программирования. В ситуации, когда все процессоры имеют одинаково быстрый доступ к общей памяти, вопрос о том, какой из процессоров какие вычисления будет выполнять, не столь принципиален. Однако общее число процессоров в SMP-системах, как правило, не превышает 16, а их дальнейшее увеличение не дает выигрыша из-за конфликтов при обращении к памяти. Это говорит о том, что мощности таких машин зачастую недостаточно для решения крупномасштабных задач.　

Альтернативой SMP являются MPP суперЭВМ. В этом случае каждый процессор имеет доступ лишь к своей локальной памяти, а если программе нужно узнать значение переменной, расположенной в памяти другого процессора, то задействуется механизм передачи сообщений. Процессор, в памяти которого находятся нужные данные, посылает сообщение тому процессору, которому они требуются, а последний принимает его. Этот подход позволяет создавать компьютеры, включающие в себя тысячи процессоров. На таком принципе основаны все машины, имеющие производительность в сотни миллиардов операций в секунду.

Некоторые суперЭВМ, (Cray T3D и T3E,) созданы с виртуальной общей памяти. Каждый процессор по-прежнему может обращаться напрямую только к своей локальной памяти, однако все узлы используют единое адресное пространство. Это значительно ускоряет работу приложений, первоначально разработанных для последовательных архитектур.

Теперь о MIMD системах с сетевой структурой. Все они имеют распределенную память, а классифицируются в соответствии с топологией сети: звездообразная сеть, регулярные решетки разной размерности, гиперкубы, сети с иерархической структурой, такой, как деревья, пирамиды, кластеры и, наконец, сети, изменяющие свою конфигурацию.

2. MPI-стандарт

стандартизация интерфейса передачи сообщений MPI (message passing interface). 
Во-первых, MPI поддерживает несколько режимов передачи данных, важнейшие из которых: синхронная передача, обеспечивающая надежную передачу данных сколь угодно большого размера, и асинхронная передача, при которой посылающий сообщение процесс не ждет начала приема, что позволяет эффективно передавать короткие сообщения. Во-вторых, MPI позволяет передавать данные не только от одного процесса к другому, но и поддерживает коллективные операции: широковещательную передачу, разборку-сборку, операции редукции. В-третьих, MPI предусматривает гетерогенные вычисления. Одним словом, это очень мощное средство. 

3. Уравнения движения потока

Воспользуемся уравнениями Навье-Стокса :

и уравнением неразрывности :

где -вектор скорости потока

       -плотность воздуха

      -давление

     -вектор массовых сил

      -кинематическая вязкость

     

 

через подстановка получаем уравнение :

Исследование нестационарных воздушных потоков является первым необходимым этапом в построении математических моделей схем проветривания выемочных участков записываем уравнение неустановившегося движения воздуха в виде :

4. Структура аналог-цифровой модели

5. Конечно-разностное уравнение

;

　где s=1,2,...,N; ;.

　

6. Уравнение ветви

где:
K - коэффициент сжимаемости воздуха,
Q - поток воздуха в ветви,
R - сопротивление ветви,
RR - сопротивление ветви (регулируемое),
H - давление воздуха в ветви.

7. Структура системы управления потоком

где:
1 - определитель DQ,
2 - релейный усилительный элемент,
3 - двигатель,
4 - редуктор,
5 - регулирующий орган,
6 - объект (в нашем случае Сетевой Объект с Сосредоточенными параметрами),
7 - датчик.
Каждый из приведенных выше объектов системы управления выполняет определенную функцию, причем результаты выполнения многих из этих функций используются в последующих объектах структуры, т.е. высчитываются параметры, участвующие в дальнейшем процессе расчетов.

Список литературы

Абрамов Ф.А., Фельдман Л.П., Святный В.А. Моделирование динамических процессов рудничной аэрологии.Киев, Наукова думка.1981

Александр Коновалов, Александр Курылёв, Антон Пегушин.MPI: стандарт и реализационная практика // Высокопроизводительные параллельные вычисления на кластерных.2005

Кукуджанов Константин Владимирович.Библус-Численное моделирование динамических процессов в неупругих композитах.2005

Кияшко А.А.путем преобразований сформировать виртуальную топологию и с помощью MPI стандарта отобразить ее на физическую топологию многопроцессорной системы(в данном.2005