И нновационная образовательная программа федеральное агентство по образованию




НазваниеИ нновационная образовательная программа федеральное агентство по образованию
страница1/34
ТипОбразовательная программа
rykovodstvo.ru > Руководство эксплуатация > Образовательная программа
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   34


ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА
федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ имени первого президента России Б.Н. Ельцина»
А.Я. Купряжкин, К.А. Некрасов, Поташников С.И.

Системы и технологии управления параллельными вычислениями


Курс лекций


Научный редактор – доктор ф.-м. н., проф. Купряжкин А.Я.
Екатеринбург

2008

УДК 669 (017.3)
Купряжкин А.Я., Некрасов К.А., Поташников С.И.
К92 Физическое и математическое моделирование: курс лекций / А.Я. Купряжкин, К.А. Некрасов, С.И. Поташников. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2008. 197 с.

В курсе лекций изложены основные методики высокоскоростного параллельного моделирования на графических процессорах, методы компьютерного моделирования процессов массопереноса в реакторных материалах, включающие методы численного решения дифференциальных уравнений, молекулярной динамики для моделирования свойств реакторных материалов. Продемонстрированы возможности указанных методов для расчета коэффициентов диффузии, дефектообразо­вания, структурного раз­упорядочения и межчастичных взаимодействий в реакторных материалах и их структурных аналогах.

Курс предназначен для подготовки магистров по специальности 140305 «Ядерные реакторы и энергетичеcкие установки» (направление 140300 «Ядерная физика и технологии»).

Научный редактор – доктор ф.-м. н., проф. Купряжкин А.Я.

Библиогр.: 69 назв. Рис. 67. Табл. 14. Прил. 2.







© Уральский государственный
технический университет – УПИ, 2008

©Купряжкин А.Я., Некрасов К.А.,
Поташников С.И., 2008

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ 8

1. Архитектура и принципы работы обычных ЭВМ с центральным процессором (CPU) 10

1.1. Структура традиционной ЭВМ 10

1.2. Организация работы ЭВМ 14

1.3. Иерархия памяти компьютера 14

1.4.  Выполнение команд 25

1.5. Требования к коммуникационным линиям 25

1.6. Устройства ввода-вывода 26

2. Методы повышения производительности традиционных ЭВМ 28

2.1. Распараллеливание расчетов 28

2.2. Конвейерная обработка данных и команд 29

2.3. Высокопроизводительные процессоры 31

2.3.1. Суперскалярные процессоры 31

2.3.2. Процессоры RISC с сокращенным набором команд 32

2.3.3. Процессоры со сверхдлинным командным словом 35

2.3.4. Векторные процессоры 37

2.3.5. Процессоры для параллельных компьютеров 38

2.3.6. Процессоры с многопоточной архитектурой 38

2.3.7. Технология Hyper-Threading 40

2.4. Требования к памяти высокопроизводительных ЭВМ 41

2.5. Коммуникационная сеть высокопроизводительных ЭВМ 41

2.5.1. Статические и динамические топологии и маршрутизация коммуникационных систем 41

2.5.2. Многокаскадные сети и методы коммутации 42

2.6. Классификация архитектур параллельных компьютеров 43

3. Типы архитектур высокопроизводительных вычислительных систем 46

3.1. SIMD архитектура (с разделяемой и распределенной памятью) 46

3.2. MIMD архитектура с разделяемой и распределенной памятью 47

3.3. Комбинированные системы 50

3.4. Мультипроцессорные и мультикомпьютерные системы 52

3.5. Кластеры ПЭВМ и рабочих станций 52

3.6. Особенности параллельного программирования 57

4. Потоковые параллельные вычисления для физического моделирования 63

4.1. Общие принципы распараллеливания расчётов 63

4.2. Обмен данными между процессором и памятью 65

4.3. Графические процессоры как вычислительные системы для поточно-параллельных расчётов 66

4.3.1. Вычислительные возможности центральных процессоров общего назначения и графических процессоров 66

4.3.2. Графический конвейер 69

4.3.3. История программируемости графических процессоров 70

4.3.4. Требования к алгоритмам для GPU, поддерживающих шейдерную модель 3.0 73

4.3.5. Возможности GPU в рамках шейдерной модели 3.0 и взаимодействие GPU с памятью 77

4.3.6. Проблема одинарной точности 79

4.4. Средства программирования графических процессоров 79

4.4.1. Общая структура программы для физического модели­рования на графическом процессоре 79

4.4.2. Необходимое программное обеспечение 81

4.5. Области использования графических процессоров 82

5. Применение графических процессоров на примерах сложения матриц и решения дифференциальных уравнений 83

5.1. Распараллеливание независимых вычислений 83

5.2. Используемый графический процессор 85

5.3. Представление данных для графического процессора 85

5.4. Программирование вычислительного ядра 88

5.5. Взаимодействие центрального и графического процессоров 92

5.5.1. Функции центрального процессора 92

5.5.2. Пример программы 93

6. Молекулярная динамика на графическом процессоре 101

6.1. Принципы моделирования ионных кристаллов методом молекулярной динамики 101

6.2. Программирование графического процессора для расчёта действующих на ионы результирующих сил 104

6.2.1. Исходные данные 104

6.2.2. Представление исходных данных для GPU 105

6.2.3. Алгоритм расчёта результирующих сил с использованием графического процессора 106

6.2.4. Шейдер для расчёта результирующей силы 108

6.3. Исполнение шейдера из программы МД-моделирования на C# 111

6.3.1. Этапы алгоритма моделирования, исполняемые на CPU 111

6.3.2. Процедуры на C#, обеспечивающие работу с графическим процессором 113

6.4. Постановка граничных условий и стабилизация макросостояния молекулярно-динамической системы 120

6.4.1. Компенсация импульса и момента импульса 120

6.4.2. Стабилизация температуры 122

7. Высокоскоростное моделирование систем с дальнодействием 126

7.1. Актуальность моделирования 126

7.2. высокоскоростные алгоритмы моделирования систем с дальнодействующими силами 127

7.3. Методика высокоскоростного молекулярно-динамического моделирования диоксида урана 138

7.4. Экспериментальные результаты и их обсуждение 140

7.5. Анализ зависимостей среднего квадрата смещений ионов кислорода от времени 141

8. Восстановление потенциалов межчастичных взаимодействий по температурной зависимости периода решетки методами высокоскоростного МДМ на графических процессорах 147

8.1. Задача восстановления потенциалов межчастичных взаимодействий в кристаллах 147

8.2. Исходные данные и метод восстановления потенциалов 147

8.3. Модель и детали реализации 150

9. Базовые особенности программирования графических процессоров шейдерной модели 4.0 162

9.1. Предпосылки появления новой шейдерной модели 162

9.2. Архитектура GPU шейдерной модели 4.0. Преимущества этой модели 163

9.2.1. Иерархия вычислительных блоков и памяти в шейдерной модели 4.0 164

9.2.2. Конвейерная обработка данных на GPU SM4 166

9.2.3. Логическая структура вычислений на GPU SM4 167

9.2.4. Преимущества GPU шейдерной модели 4.0 167

9.3. Средства высокоуровневого программирования GPU шейдерной модели 4.0 168

9.3.1. Совместимость с шейдерной моделью 3.0 168

9.3.2. Специальные средства программирования GPU SM4. CUDA 169

9.3.3. Средства для написания и компиляции программ на CUDA 170

9.3.4. Структура программы на CUDA 171

9.4. Перемножение матриц на CUDA 171

9.4.1. Алгоритм перемножения матриц 171

9.4.2. Процедура перемножения матриц на GPU SM4 174

9.4.3. Вызов процедуры перемножения матриц из программы на C 179

9.5. Молекулярная динамика на CUDA 180

9.5.1. Алгоритм с использованием разделяемой памяти 180

9.5.2. Расчёт сил на GPU с использованием 3-го закона Ньютона 180

Библиографический список 185

Приложение 1
Операторы и функции языка HLSL, использованные в курсе лекций 190


П.1.2. Типы данных 190

П.1.2. Встроенные функции 190

П.1.3. Другие операторы и выражения 190

П.1.4. Системные переменные 191

Приложение 2
Процедуры CUDA, исполняемые на CPU 192

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   34

Похожие:

И нновационная образовательная программа федеральное агентство по образованию iconРоссийской Федерации Федеральное агентство по образованию Московский...
Учебно-методическое объединение по образованию в области автоматизированного машиностроения (умо ам)

И нновационная образовательная программа федеральное агентство по образованию iconНауки Российской Федерации Федеральное Агентство по Образованию Государственное...
Федеральное Агентство по Образованию Государственное Общеобразовательное Учреждение Высшего Профиля

И нновационная образовательная программа федеральное агентство по образованию iconФедеральное агентство по образованию государственное образовательное учреждение
Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению...

И нновационная образовательная программа федеральное агентство по образованию iconФедеральное агентство по образованию
Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования

И нновационная образовательная программа федеральное агентство по образованию iconФедеральное агентство по образованию
Филиал государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования

И нновационная образовательная программа федеральное агентство по образованию iconРоссийской Федерации Федеральное агентство по образованию федеральное...
Т. М. Халина, М. И. Стальная, С. Ю. Еремочкин электрооборудование малых урбанических форм. – Учебное пособие для студентов специальности...

И нновационная образовательная программа федеральное агентство по образованию iconРоссийской Федерации Федеральное агентство по образованию
Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальности...

И нновационная образовательная программа федеральное агентство по образованию iconРоссийской Федерации Федеральное агентство по образованию
Федеральные органы управления образованием, образовательные учреждения, программы и проекты 3

И нновационная образовательная программа федеральное агентство по образованию iconРоссийской Федерации Федеральное агентство по образованию
Общее количество студентов, с которыми работает кафедра финского языка

И нновационная образовательная программа федеральное агентство по образованию iconФедеральное агентство по образованию
Изучение влияния педагогических условий на степень сформированности мотивации у школьников предпрофильных классов

И нновационная образовательная программа федеральное агентство по образованию iconРоссийской Федерации Федеральное агентство по образованию
Санкт-петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики

И нновационная образовательная программа федеральное агентство по образованию iconФедеральное агентство по образованию сахалинский государственный университет
Рассмотрена и рекомендована к утверждению Методической комиссией факультета математики, физики и информатики

И нновационная образовательная программа федеральное агентство по образованию iconФедеральное агентство по образованию утверждаю
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный...

И нновационная образовательная программа федеральное агентство по образованию iconРоссийской Федерации Федеральное агентство по образованию Государственное...
Н. П. Щербаков, А. С. Киркинский, Е. В. Павловский, Т. Ф. Свит, Б. В. Семкин, И. Д. Фурсов

И нновационная образовательная программа федеральное агентство по образованию iconФедеральное агентство по образованию
...

И нновационная образовательная программа федеральное агентство по образованию iconРоссийской Федерации Федеральное агентство по образованию
По специальности 033200. 00 Английский язык с дополнительной специальностью немецкий язык


Руководство, инструкция по применению






При копировании материала укажите ссылку © 2018
контакты
rykovodstvo.ru
Поиск