Object-oriented software tools for parallel PDE solvers

An object-oriented approach is taken to the problem of formulating portable, easy-to-modify PDE solvers for realistic problems in three space dimensions. The resulting software library, Cogito, contains tools for writing programs to be executed on MIMD computers with distributed memory. Difference methods on composite, structured grids are supported. Most of the Cogito classes have been implemented in Fortran 77, in such a way that the object-oriented design is visible. With respect to parallel performance, these tools yield code that is comparable to parallel solvers written in plain Fortran 77. The resulting programs are can be executed without modification on a large number of multicomputer platforms, and also on serial computers. The uppermost level of abstraction in, Cogito concerns the problem of decoupling the numerical method from the PDE problem. The validity of these tools has been preliminarily demonstrated with a C++ implementation for one-dimensional problems.     

分布式并行C语言及其预编译器的设计和实现

设计了可实现分布式并行计算的并行编程语言并行C语言,并且使用模板机制实现了将此并行C语言程序转换为标准C语言程序的转换程序预编译器。并行计算的实现采用了多线程和RPC（远程过程调用）相结合的技术。实验结果表明,使用此并行C语言编写的程序,能够有效地在分布式环境下实现并行计算,充分利用系统中的多处理机资源,提高系统效率。     

System support for parallel computing on heterogeneous networks of workstations

In this paper, we introduce several on-going research projects to support parallel and distributed computing on heterogeneous networks of workstations (NOW) in the High Performance Computing and Software Laboratory at the University of Texas at San Antonio. The projects at aiming at addressing three technical issues. First, the factors of heterogeneity and time-sharing effects make traditional performance models/metrics for homogeneous computing performance measurement and evaluation not suitable for heterogeneous computing. We develop practical models and metrics which quantify the heterogeneity of networks and characterize the performance effects. Second, in order to perform parallel computation effectively, special system support is necessary. We are developing system schemes for heterogeneity management, process scheduling and efficient communications. Finally, to provide insight into system performance, we are developing two types of supporting tools: a graphical instrumentation monitor to aid users in investigating performance problems and in determining the most effective way of exploiting the NOW systems, and a trace-driven simulator to test and compare different system management and scheduling schemes.     

大型水利水电工程全系统瞬变流并行计算

为了解决采用单处理器计算机进行大型水利水电工程全系统瞬变流计算时速度慢和存储量小的问题,在对大型水利水电工程全系统瞬变流计算的并行性进行分析的基础上,建立了全系统瞬变流并行计算的模型。以某大型引水工程为例,根据负载平衡的原则划分并行计算任务,采用消息传递并行编程模式,通过调用M P I库函数实现并行计算部分间的消息传递。当使用两台计算机并行计算时,计算的加速比达到1.442,且并行和串行计算结果相同。     

双核配置下的线程并行数值计算

针对常规软件由串行向并行过渡时产生的故障,建立了基于线程并行的数值计算模型,以蒙特卡罗方法计算圆周率为具体实例,给出了完整的线程并行计算示例,并且讨论了影响并行效率的因素和任务拆解方法。     

机群上DSM和消息传递方法的集成

在并行分布式计算领域中,基于NOW(Network of Workstation)的分布式共享存储器(DSM:Distributed Shared Memory)系统越来越受到人们的青睐.然而,要想在这种系统上获得较好的可编程性和性能,则需要系统支持细颗粒度的并行性,并且简化编程.我们设计了一个并行分布式系统,该系统由六台SUN Sparc上作站通过10M以太网组成,外加基于线程的MPI运行库和自定义的DSM-C程序设计语言,同时用软件方法实现Cache一致性.所有这些构成了一个较好的并行程序设计环境     

基于FPGA自适应字库编码的研究与实现

针对LCD中汉字字库可配置性比较差,对中文的支持性不统一的问题,本文提出了基于FPGA的一种可配置汉字字库的实现算法。该算法设计了一种点阵字库的公式,该公式能够通过自己的编码来重新组合任意自己需要的字库。并且在FPGA开发平台采用VHDL语言设计了实现了IP核。经实验表明该算法实现的汉字字库可配置性强,降低了LCD的成本价格,由于采用了VHDL实现,提高了并行计算的能力,因此降低了时间复杂性。     

基于因果关系复合的结构化并行程序设计

基于有关因果关系复合的ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＣｌｏｓｅｄＬａｙｅｒ理论，提出了一种结构化并行程序设计方法，以支持不同并行平台的“通用”并行程序设计方法．因果关系复合的范式定理的证明在理论上保证了采用“ＳＥＱＯＦＰＡＲ”形式进行结构化并行秩序设计的可行性；良好的代数性质也使得在这一模型中可采用代数方法的程序变换来进行并行程序设计、优化和验证．与其他并行程序设计模型和方法相比，提供了一种非常自然地综合描述数据并行和控制并行的途径；特别是基于代数变换的程序变换技术，提供了一种既独立于具体的体系结构又可高效实现的可能性．     

进化规划方法在并行多机调度问题中的应用

并行多机调度问题是一类重要的车间调度问题,但迄今为止,在解决工件和机器数较多的大规模并行多机调度问题还存在着许多困难。进化规划方法与遗传算法一样是一种重要的进化计算方法,但与遗传算法相比,进化规划算法的应用还刚刚开始,特别是在调度领域的应用还很少见文献报道,第一次将进化规划方法应用到并行多机调度问题中,并在问题的描述、可行解的表示、变异方法、提高进化规划方法的局部寻优能力等方面作了研究。不同规模的计算实例表明了本文提出的进化规划算法是有效的,能用于解决较大规模并行多机调度问题,且解的质量优于启发式算法和模拟退火算法。     

可视化计算与仿真支撑系统-VCS3

为在微机系统上开发大型科学计算和仿真软件系统,建成可运行于Windows NT/9x平台的可视化计算和仿真支撑系统。系统具有多种可视化的动态数据显示和在线修改方法;采用了先进的网络实时数据库技术和客户/服务器运行机制,可支持网络环境下多个用户的协同开发;实现了灵活的多流程仿真功能,使得一机多模的实现成为系统自然的扩展;提供了应用程序编程接口,为用户基于该平台的进一步开发提供了方便。运行证明该系统可以用作大型仿真系统的软件支撑平台,并为各种科学计算程序提供一个通用的可视化运行环境。     

基于OpenMP的多核程序设计

多核技术的发展正引领软件研发发生基础性的变化。开发人员可以在代码中添加线程来利用系统所提供的多个内核,从而提升PC应用软件的功能和性能。本文介绍了共享存储系统并行编程接口OpenMP的模型、指令和库函数．以及Intel C＋＋编译器9．1和Microsoft Visual Studio2005等对OpenMP的支持;着重探讨了二雏离散快速傅里叶变换并行算法的设计、实现与优化技术;展望了高性能并行计算软构件库的开发前景。     

PVM特性

目前 ,计算机应用越来越复杂 ,单台微机已经不满足需要。因此 ,基于网络机群的并行处理引起了许多专家的关注。PVM(ParallelVirtualMachine)是一种消息传递库。它为用户提供了一个并行处理环境。本文详细介绍了PVM的消息传递库及其特性     

并行处理可视化监测环境

针对并行程序的工程化开发中缺乏有效的并行程序执行过程的可视化、性能监测与分析工具 ,该文设计和实现了一个面向并行程序的集成开发环境的可视化与监测分析工具。该环境集成并行过程的可视化、并行性能监测和评价于一体 ,根据它提供的直观可视信息 ,程序员能形象化地看到并行程序的运行状况 ,了解并行程序的执行性能 ,并通过性能监测分析比较并行算法 ,找出并行算法的性能瓶颈。该工具已应用于胜利油田的油藏数值并行模拟中 ,有效地支持了油藏数值模拟并行程序设计的开发 ,并获得了较好的效果     

计算流体力学的微机网络集群系统的研究

介绍了微机集群架构和PVM技术在计算流体力学复杂课题研究中的有效性.着重讨论了在微机并行机群上进行CFD计算,以及计算中的负载平衡等相关问题.给出了并行分区计算的方法,并给出了实际计算结果.结果证明本文介绍的方法是正确的,能有效地均衡计算负载,达到较理想的并行效率.     

8096的快速傅立叶变换汇编程序设计

使用单片机采集的数据进行实时快速傅立叶变换在仪表的智能化控制中具有重要应用。笔者给出了8096汇编语言设计快速傅立叶变换程序的思路和经验。以8096的四字节浮点数运算功能实现快速傅立叶变换,选用了倒序输入时间抽取快速傅立叶变换算法,采用通常的基2运算。快速傅立叶变换程序主要由三部分组成:倒序处理、主程序、碟形运算子程序。倒序处理生成倒序序列;主程序提供碟形运算的入口和参数;碟形运算作为快速傅立变换算法的核心在很大程度上决定主程序的实时性,并给出了变换核心的碟形算子程序。编制的8096汇编语言64点快速傅立叶变换程序已用于某石油仪器。这方法适用于点数不大的快速傅立叶变换的编程和其他汇编语言的快速傅立叶变换的编程。     

分子生物计算机层次结构及分子计算基本概念的讨论

分子生物计算是当今世界科学前沿的研究热点。由于分子生物计算领域研究者的兴趣已从验证性的算法阶段开始走向实际应用,所以研究通用分子生物计算机是一件重要且有趣的事。针对报道中频繁出现的分子生物计算机、分子生物计算机的硬件和软件等基本术语,文中继承性地提出了新观点,对这些概念的讨论有益于分子生物计算机的研究与发展。文中还设计了面向不同用户的分子生物计算机逻辑层次结构,并描述了各层的作用和对各类用户的知识要求。该文认为,在分子生物计算机中,至少应有面向用户和面向专家的程序设计语言,并以求解有向Ham ilton路径为例,分别描述了这两种语言的模式。此外,在建立了一种分子生物计算机物理模型之后,还对分子生物计算机结构和组成进行了较详细的讨论。这些工作使研究分子生物计算机,有了不同的方向和途径。     

面向Agent的多范例语言I*的设计与实现

讨论在Ｉ＋上进一步引入刻划ａｇｅｎｔ间通信所必需的原语及基于ＨＴＴＰ的中间件而形成的面向ａｇｅｎｔ的多范例语言Ｉ＾＊,在Ｉ％＊中引入了一些处理ａｇｅｎｔ的原语,它们来自Ｓｈｏａｍ的ＡＯＰ和Ｆｉｎｉｎ的ＫＱＭＬ。Ｉ＾＊的实现策略是将Ｉ＾＊转换为Ｉ＋加上ＫＡＰＩ提供的支持ａｇｅｎｔ间通信的库函数调用。ＫＡＰＩ提供ａｇｅｎｔ间的传送和通信界面,支持的协议有ＴＣＰ／ＩＰ、ＨＴＴＰ、ＥＭＡＩＬ等。     

扩充OpenMP并行编程模型支持事务存储执行

虽然OpenMP是多核体系结构上的流行多线程并行编程模型,但是OpenMP编译器不检查数据相关性、访问冲突和其他可能导致程序错误执行的问题,这些问题传统上完全依赖用户使用锁机制来保证程序的正确性.锁机制的并行编程中存在并行程序效率和并行编程难度的矛盾.粒度大的锁机制编程容易,可应用的并行性挖掘比较差;粒度小的锁机制应用的并行性挖掘较好,可编程难度大,容易带来优先权倒置、死锁和锁护航等问题.通过动态二进制插桩技术,扩充OpenMP支持事务存储执行功能,可有效缓解OpenMP并行编程中并行程序效率和并行编程难度之间矛盾.     

An object oriented C++ parallel compiler system

An object-oriented C++ parallel compiler system, called OOCPCS, is developed to facilitate programmers to write sequential programs using C++ or Annotated C++ language for parallel computation. OOCPCS bases on an integrated object-oriented paradigm and large-grain data flow model, called OOLGDFM, and recognizes automatically parallel objects using parallel compiling techniques. The paper describes the object-oriented parallel model and realization of the system on networks.     

DSMC交互式并行化系统性能预测模型

对机群环境下的DSMC并行计算问题考虑了初始数据划分、系统负载平衡和网络通信情况等因素,建立了DSMC交互式并行化系统中的性能预测模型,分析了机群系统的物理参数如何影响DSMC并行模拟计算的效率。对两个实际DSMC问题的研究结果表明,性能预测结果与实际测试结果基本吻合。说明该方法是正确有效的。