Алматы 2015 Almaty
жүктеу/скачать 19,96 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Карякин В.П., Попов К.Е.
- Tүйін сөздер
- PTX–assembler programming language and extended language C++ for CUDA programming technology in GPU. Abstract
- ОБ ОДНОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ИЗЛИЯНИЯ МАГМАТИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ Аннотация.
- Магма заттары ағынының математикалақ бір моделі туралы Аннотация.
- Тірек сөздер
- On a mathematical model of magmatic material eruption Abstract.
- Түйін сөздер.
Заключение Анализ исследования показывает, что расчёты с использованием GPU могут вестись с использованием различных языков высокого(HLSL, Cg, C++ и др.) и низкого уровней. Однако они предполагают некоторые общие детали, характерные для технологии CUDA и даже роднящие технологию с GPU. Например: программа имеет общую структуру (рисунок 1) для языков высокого и низкого уровня, реализованы математические функции для целых чисел и чисел с плавающей точкой, существует выделение памяти и др.
Рисунок 1 – Пример CUDA – программы 750 ЛИТЕРАТУРА 1 Технология CUDA //Элестронная версия на сайте http://www.bog.pp.ru/work/cuda.html . 2 Cuda Toolkit PTX-ассемблер. / Техническая документация // Официальный сайт NVIDIA. 3 Дубровская М.В. Использование технологии CUDA для вычислительных процессов. –СПб.: Питер, 2012.
REFERENCE 1 CUDA technology//Electron version on site http://www.bog.pp.ru/work/cuda.html . 2 Cuda Toolkit PTX-assembler. / Technical documentation // Official site of NVIDIA. 3 Dybrovskaja M.V. Using CUDA technology for computation processes. – SPb.: Piter, 2012.
Карякин В.П., Попов К.Е. Қ.И. Сәтбаев атындағы Қазақ ұлттық техникалық университеті, Алматы,Қазақстан Бағдарламалау тілі PTX - ассемблер және GPU CUDA бағдарламалау технологиясының С ++ тілі кеңейтімдері Түйіндеме Мақалада графикалық процессорлар (GPU) пайдалана отырумен қарқынды графикалық емес есептеулерді жүргізу үшін CUDA технологиясын NVIDIA корпорациясының мүмкіндіктерін анықтайды. Кеңейтілген жоғары деңгейдегі тілі C ++ пайдаланып жасалған компиляцианың кезеңінің тұжырымы, сонымен қатар оның функциялар және GPU байланысты программалау ерекшеліктер. Ағындық деректерді өңдеу GPU пайдаланып жүзеге асырылады пайдаланады әдеттегі Ассемблер айырмашылығы төмен деңгейлі тіл PTX– ассемблер суреттейді.
процессор.
Kazach National Technical University after K.I.Satpayev, Almaty, Kazachstan PTX–assembler programming language and extended language C++ for CUDA programming technology in GPU. Abstract The article describes opportunities for CUDA technology of NVIDIA Corporation to make intensive non- graphical calculations using graphics processors (GPU).
It formulates stages of compilation made using the extended high-level language C ++ and its functions and related to GPU programming features. So article describes a low-level language PTX-assembler, which differs from the usual Assembler that uses streaming data processing is implemented using GPU.
УДК 551.2+517.2 Куралбаев З.К. 1 , Таурбекова А.А. 2 1 Алматинский университет энергетики и связи, г. Алматы, Казахстан 2 докторант PhD КазНТУ им. К.И. Сатпаева, г. Алматы, Казахстан ainura_071@mail.ru
ОБ ОДНОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ИЗЛИЯНИЯ МАГМАТИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ Аннотация. Данная статья посвящена актуальной проблеме - созданию математической модели излияния магматических веществ, вытекающей из конца «узкого канала» в вертикальном направлении под воздействием внутренних тектонических процессов. Данная задача имеет теоретическое значение для модельного исследования процессов, происходящих в недрах Земли, когда нагретые магматические вещества поднимаются вверх по «узким каналам».
математическая модель.
По данным исследования глубинных процессов, происходящих в недрах Земли, установлено, что активные тектонические процессы связаны с восходящими потоками веществ нижележащей мантии, «поступающих по узким каналам пониженной вязкости и плотности» [1,2]. Обзор литературы о влиянии восходящего мантийного потока (струй) на глубинные и поверхностные структуры Земли, о механизмах происходящих процессов имеется во многих научных монографиях и статьях [1,2], в 751 частности, в [4]. «Условиям существования восходящей струй является существование узкого канала пониженной вязкости» [1]. В связи c актуальностью для теоретического исследования тектонических процессов, происходящих в земной коре, и со сложностью решения задачи об излиянии магматических веществ из такого узкого «канала» [3], в данном докладе предлагается один из подходов модельного исследования данного процесса. В качестве модели рассматриваемого процесса излияния магматических веществ, приняты истечения сильновязкой жидкости из конца «узкого канала». Здесь предполагается, что для движения сильновязкой жидкости число Рейнольдса считается очень малым. Для простоты вместо пространственной задачи рассматривается задача для двумерного случая. Предполагается, что задача рассматривается в прямоугольной системе координат, где
горизонтальная координата,
вертикальная координата, направленная вверх, в против направления вектора силы тяжести g .
Из-за достаточно большого значения динамического коэффициента вязкости, число Рейнольдса (Re) мало и в качестве исходных уравнений движений используются следующие уравнения гидродинамики «ползущих течений»[5]:
(1)
где { , } - вектор скорости движения, – горизонтальная и z – вертикальная координаты; g -
ускорение силы тяжести, имеющее направление, обратное положительному направлению оси z. Рассматриваемая сильновязкая жидкость предполагается несжимаемой, следовательно, выполняется следующее условие:
+ = 0 (2)
Граничные условия данной задачи будут сформулированы из физических условий задачи. На выходе из «канала», при z=0, задана скорость истечения жидкости: u (0, , t)=0, (3)
w (0, , t)= (4)
Здесь - радиус канала на его сечении при , – скорость жидкости при z=0, из конца «канала». Вытекающая из канала жидкость образует определенную массу, занимая некоторую область, поверхность которой описывается
функцией z= (x,t). На этой поверхности z= (x,t) могут быть заданы следующие граничные условия: а)
равенство нулю касательного напряжения:
+
= 0 (5)
б) кинематическое условие равенства скорости поднятия в вертикальном направлении жидкости и поднятия граничной ее поверхности:
w ( t) =
(6)
Можно предположить, что в начальный момент времени (при t=0) начинается процесс истечения жидкости. Тогда при t=0 выполняется следующее условие
752
(7)
После простых преобразований можно получить следующее уравнение:
(8) Полученное уравнение (8) является уравнением в безразмерных параметрах; оно относится к параболическому типу уравнений. Расход жидкости из «канала» также может быть определен и тогда для определения объема накапливаемой за
время t жидкости может быть
использована формула:
(9) Итак, формулы (8) и (9) являются формулами для определения неизвестных функций: - верхней границы и - подвижной границы по горизонтали накопленной жидкости. Полученные формулы определяют математическую модель поставленной здесь задачи.
ЛИТЕРАТУРА [1] Добрецов Н.Л., Кирдяшкин А.Г., Кирдяшкина А.А. Глубинная геодинамика. 2-е изд., доп. И перераб. Новосибирск: Издательство СО РАН, филиал «ГЕО», 2001. – 409с. [2] Lopez David E. Mantle plumes // Tectonophysies. – 1991. – 187, n4. 373-384 [3] Белоцерковский О.М., Опарин А.М., Чечеткин В.М. Численное моделирование гидродинамических неустойчивостей и турбулентности // В книге «Будущее прикладной математики. Лекции для молодых исследователей. От идей к технологиям / Под ред. Г.Г. Малинецкого» - М.: Ком Книга, 2009. – 512с. [4] Куралбаев З.К., Модельное исследование тектонических движений в системе «литосфера- астеносфера». – Алматы: 2008. – 212с. [5] Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. – М.: Наука, 1978. – 736с.
REFERENCES [1] Dobretsov NL, Kirdyashkin AG, AA Kirdyashkin Deep geodynamics. 2nd ed., Ext. And rev. Novosibirsk: Publishing House of SB RAS, a subsidiary of "GEO", 2001. - 409s. [2] Lopez David E. Mantle plumes // Tectonophysies. – 1991. – 187, n4. 373-384 [3] Belotserkovskii OM, AM Oparin, VM Chechetkin Numerical simulation of hydrodynamic instabilities and turbulence // In the book "The Future of Applied Mathematics. Lectures for young researchers. From ideas to technology / Ed. GG Malinetskii "- M .: Com Book, 2009. - 512s. [4] Kuralbayev ZK, Model study tectonic movements in the "lithosphere-asthenosphere." - Almaty, 2008. - 212c. [5] Loitsiansky LG Fluid Mechanics. - M .: Nauka, 1978. - 736s.
Құралбаев З.Қ., Таурбекова А.А. Магма заттары ағынының математикалақ бір моделі туралы Аннотация. Бұл мақала ішкі тектоникалық процестердің әсерімен «жоғары көтерілетін қыздырылған магматикалық заттардың қозағалысын модельдік зерттеуге арналған математикалық модель құрастырылған. Модель ретінде аса тұтқырлы сұйықтың «жіңішке арна» арқылы жоғары көтерілетін қозғалысы қарастырылған.
Рейнольдс саны Kuralbayev Z.K., Taurbekova A.A. On a mathematical model of magmatic material eruption Abstract. This article is devoted to the actual problem - the creation of a mathematical model of the outpouring of magma substances resulting from the end of the "narrow channel" in the vertical direction under the influence of internal tectonic processes. This problem has a theoretical value for the model study of the processes occurring in the bowels of the earth, when heated igneous matter climb up the "narrow channels". ". Key words: "lithosphere-asthenosphere" mantle flow tectonosphere, the Reynolds number, the mathematical model.
753 ӘОЖ 621.387.24 Луганская С.П., Ақылбек А., студент, Қаршығаева Х. студент Қ.И.Сәтбаев атындағы Қазақ ұлттық техникалық университеті Алматы қ., Қазақстан Республикасы saule.spl@mail.ru
зертханалық жұмыстарды өткізу әдістері қарастырылған. Виртуалды және шынайы зертханалық жұмыстарды орындау кезіндегі салыстырмалы анализдер келтірілген, сонымен қатар, пәнді оқу барысында әдістеменің студенттерге тигізер әсері де сипатталған. Зертханалық жұмыстарды орындауға арналған макеттің құрылысы, және де осы макетке арналған әдістемелік жинақ ретінде шығарылған зертханалық жұмыстар да келтірілген.
үлгісі, Coder. Зертханалық жұмыстар техникалық жоғарғы оқу орынындарында пәнді оқып үйрету кезінде маңызды оқу құралы рөлін атқарады. Зертханалық сабақтардың басқа аудиториялық жұмыстарға қарағанда артықшылығы, оның студенттердің теоретико-әдістемелік білімі мен практикалық дағдысының бірыңғай ғылыми-зерттеу қызметіне ықпал етуі. Алайда, соңғы жылдары зертханалық жұмыстарды өткізудің дәстүрлі жүйесі мен тәжірибелік базаның шекті болуы олардың дидактикалық потенциалдарын толық пайдануына мүмкіндік бермейді. Жоғарғы оқу орындарында оқытудың бұл түрінің нәтижесін жоғарлату үшін белсенді түрде есептеу техникасының құралдарын қолданады. Зертханалық жұмыстарды компьютер жүйесінде жүргізу кезінде келесі аспектілер қолданады: студенттердің есептеу жұмыстарын жүргізу үшін, зертханалық өлшеулердегі қателіктерді бағалау әдістерін дереу алу үшін, теоретикалық материалдардың автоматизацияланған сауалнамасы үшін, қолданбалы программалар арқылы виртуальді зертханалық жұмыстарды орындау үшін қолданады. Қазіргі уақытта, «Интегралды және микропроцессорлы техника» курсының барлық бөлімдеріне арналған, яғни интегралды сұлбалардың элементтерін модельдеу кезінде, дербес компьютері арқылы белгілі қолданбалы программа көмегімен кез келген элементтерді зерттеуге болады. Бірақ, бұндай талдаманы жасау виртуальді түрде іске асады да, көрнекі құрал ретінде көрсете алмаймыз. Ұсынылғаны зертханалық жұмыстардың моделдеу кешені әрқашан зертханадағы көрнекті зертханалық жұмыстар өткізу мүмкіндігімен сәйкес келе бермейді. Кез келген дербес компьютер бағдарламалық және аппаратты қамтамасыз етудің үзіліссіз байланысы болып табылады. Бағдарламалар – бұл пәрмендердің реттелген тізбектері. Есептеуіш жүйенің бағдарламалық қамтамасыз ету құрамын бағдарламалық конфигурация деп атайды. Физикалық тораптар мен блоктардың арасындағы сияқты, бағдарламалардың да арасында өзара байланыс бар – көптеген бағдарламалар деңгейлері айтарлықтай төменірек бағдарламаларға сүйене отырып жұмыс істейді. Негізгі деңгей – бағдарламалық қамтамасыз етудің ең төменгі деңгейі. Негізгі бағдарламалық қамтамасыз ету негізгі аппараттық құралдардың өзара әрекеттесуі үшін жауап береді. Ол бағдарламаланатын есте сақтаушы құрылғылардың микросұлбаларына жазылады. Жүйелік деңгейдің бағдарламалары компьютерлік жүйенің басқа да бағдарламлары мен негізгі деңгейдің бағдарламаларының өзара әрекеттесуін қамтамасыз етеді. Нақты құрылғылармен өзара әрекеттесуге жауап беретін нақты бағдарламалар құрылғылардың драйверлері деп аталады, олар бағдарламалық қамтамасыз етудің жүйелік деңгейінің құрамына кіреді. Бағдарламалардың жүйелік деңгейінің басқа класы тұтынушымен өзара әрекеттесуге жауап береді. Бұл бағдарламалық құралдар тұтынушылық интерфейсті қамтамасыз етуші құралдар деп аталады. АЖО-мен (автоматтандырылған жұмыс орнымен) жұмыстың ыңғайлылығы оған тікелей тәуелді болады. Жүйелік деңгейдің бағдарламалық қамтамасыз етуінің жиынтығы компьютердің операциялық жүйесінің ядросын қалыптастырады–бұл адамның есептеуіш жүйемен тәжірибе жүзінде жұмыс істеуінің тікелей шарты. Қолданбалы деңгейдегі бағдарламалық қамтамасыз ету қолданбалы бағдарламалар кешені болып табылады, олардың көмегімен осы жұмыс орнында (АЖО) нақты тапсырмалар орындалады. Компьютерлерді қолданудың мақсаты қоғамды ақпараттандыру–ақпаратты жинау, беру, өңдеу және сақтаудың автоматтандырылған әдістерін жаппай қолдануды қамтамасыз ету болып табылады [1]. «Интегралды және микропроцессорлы схемотехника» пәнін оқу барысында ЭЕМ құрылымдық
754 ұйымдастырылуы және жекелей типтік тораптар және есептеуіш техниканың құрылғылары: шифраторлар, регистрлер, дешифраторлар, санағыштар, сумматорлар және т.б.қарастырылады. Осы тораптардың функционалды құрылымдарын зерттейтін тәжірибелік және зертханалық жұмыстарда тораптарға ерекше көңіл бөлінеді, себебі ол ары қарай микропроцессорлы техниканың функциялық принциптерін түсінуге көмектеседі. Осы пән арқылы зерттелелетін элементтерді, тек қана виртуальді түрде ғана зерттеп қана қоймай, осы элементтерді анық жұмыс істеуін нақты түрде зерттеп, осы екі түрде зерттелген нәтижені салыстыра отырып, студенттердің осы зерттеулер кезіндегі алған ұғымдарына сараптама жасадық. Осы кезде нақты түрде зертханалық жұмыс жасаған студенттерің, зерттелген элементтер туралы, ой пікірлері, әлдеқайда жоғарғы дәрежеде болды. Әрине жұмыс барысында, зерттелген элементтерді, олар қолдарымен ұстап, параметрлерін нақты түрде байқап көріп, тиісті нәтижелерін жазып отырады. Негізінде адам психологиясында, бір нәрсені есте сақтап қалу кезінде, сол затты немесе болған оқиғаны көзбен көріп, қолма қол ұстаса ол дереу адам есіне сақталынып қалады, егерде осы болған жағдайды телефон арқылы немесе жәй ғана айтып көріңізші, онда оның сақтау қалу нәтижесі төмендеу. Қысқаша айтқанда, көп ести бергенше, бір ұстап куә болған жөн деп айта аламыз. Зертханалық жұмыстарды визуалды немесе көзбен көз арқылы, жобаланатын макет арқылы бірнеше зертханалық жұмыстарды ұйымдастырып отырмыз. Сол жұмыстардың бірі «Шифраторды және дешифраторды зерттеу». Шифраторды техника саласында Coder деп атап кеткен. Атынан белгілі болып тұр бұл элементтің негізгі жұмысы ондық жүйені екілік жүйеге ауыстырады, яғни кодтайды. Осы шифраторды жеке зерттеп қарастырсақ, оның жұмысы қарапайым тәрізді, бірақта қолдану саласы өте көп. Мысалы шифратор негізінде перне тақтайы жұмыс істейді. Ал перне тақтайлары қазіргі кезде көптеген электрондық құрылымдарда қолданылады. Осы шифраторды, біз әдетте сабақ барысында дайын виртуальді зерханалық жұмыс арқылы зерттедік.
1-сурет. EWB.5 программасындағы шифратордың моделі
EWB.5 программасы арқылы шифраторды зерттесек ол осы программада микросұлба ретінде ғана көрсетіледі де, шығатын нәтижелері, тек қана ақиқат кестесін толтыру болып табылады. Ал бұндай мәліметтер материалдарды толық игеру үшін жеткілікті емес. Ол, электроника саласында белгілі EWB.5 сұлбаларды зерттеуге арналған виртуальді программа арқылы жасалынды. Бұл программаның жұмыс істеу деңгейін нашар деп айта алмаймыз, керісінше өте жақсы программа. Ол тек қана электроника элементтерін, яғни диодтарды, транзисторларды зерттеуге өте қолайлы. «Интегралды және микропроцессорлы схемотехника» пәнінің бағдарламасына байланысты біздің зерттеп отырған микросұлбамыз шифратор. Бұл программада шифраторды зерттеген кезде, ол зерттелмейді. Осы зерттеу фрагментін 1-суретте көрсетеміз. Келесі 2-суретте осы шифратордың принципалды сұлбасы толық көрсетілген. Осы сұлба арқылы біздің жобаланатын макетіміз құрастырылған. Осы макет арқылы біз шифраторды тек қана зерттеп қана қоймай, сонымен қатар нақты қолданылатын да қарастырамыз. Бұл суретте шифратор пернетақта үшін құрастырылған. 755
а)
б) 2-сурет. Шифратор негізінде құрастырылған пернетақта сұлбасы
Сурет бойынша 2, а суретте шифратордың құрылымдық сұлбасы, 2,б суретінде шифратордың шартты-графикалық белгісі көрсетілген. Сонымен қатар «Интегралды және микропроцессорлы схемотехника» пәнін оқу барысында әр түрлі бағдарламалық қамтамасыз етулер және симуляторлар қолданылады, соның ішінде қолайлы және өзекті болып табылатын PROTEUS VSM виртуалды модельдеу жүйесін ерекше айтып өткен жөн [3]. Berkeley университетінің Labcenter Electronics фирмасының SPICE3F5 ядросының негізінде құрылған Proteus VSM толассыз жобалау ортасы болып табылады [2]. Ол құрылғыларды өндірістің әр сатысында бақылау мүмкіндігімен олардың графикалық бейнесінен (принципті сызбасы) бастап құрылғыға арналған құрылғының басып-шығару платасын дайындаумен аяқтайды. Бағдарламаның күрделі болып көрінуіне қарамастан, онымен радиоэлектроника саласының кәсіпқойлары ғана емес, резисторды транзистордан ажыратып үйренген жаңадан келген мамандар да қолдана алады. PROTEUS VSM «әсер ету саласына» қарапайым аналогты құралдармен қатар, қазіргі кезде танымал микроконтроллерде құрылған күрделі жүйелер де енеді [2]. Тұтынушы өзі толтыра алатын модуль элементтерінің қомақты кітапханасы қол жетімді болып табылады. Алайда, бұл элементтің жұмысын және бағдарламалауды анық білуді талап етеді. Мысалы, ДК функциялық торабының бірі – кіріс па-разрядты унитарлы кодты шығыс п-разрядты екілік позициялық кодқа түрлендіруге арналған шифратордың жұмысының ерекшеліктерін зерттеген кезде [1], осы тораптың жұмысын анимациялық тексеру арқылы шифратордың логикалық графикалық құрылуының сызбасын қолдануға болады. Осы кезде әрекеттердің алгоритмі келесідей болады: 1. Шифратордың және оның құраушы логикалық элементтерінің құрылымдық-логикалық сызбасын бөлшектеп зерттейміз. 2. Proteus VSM кітапханасынан «НЕМЕСЕ» (төрт кірісі бар) логикалық элементті қосамыз. 3. Бірінішісін көшіру арқылы сызбаға тағы да екі «НЕМЕСЕ» элементін қосамыз. 4. Сызбаға мәліметтер кірісін және мәліметтер шығысын қосамыз. 5. Элементтерді 1 суретте көрсетілгендей жалғаймыз. 6. Болашақ шифратордың жұмысын тексеру үшін экранның төменгі сол жақ бөлігінде орналасқан Play батырмасын басу керек. 7. Осыдан кейін барлық кірістер және шығыстар логикалық ноль мәніне ие болады. 8. Кірістерде логикалық нольдің логикалық бірлікке мәні тінтуірдің сол жақ клавишын кірістердің біреуінің үстінен басқанда өзгереді. 9. Кірістердің біреуіне логикалық бірлікті бере отырып, біз шығыстарда нәтижені көреміз. Осылайша, виртуалды модельдеу жүйесінің көмегімен сызбадағы логикалық элементтер санын азайта аламыз, бұл микропроцессорлы техниканың қарқынды дамуына және жетілуіне септігін тигізеді. Біздің университетіміздің, Роботтытехника және аавтоматиканың техникалық құралдары кафедрасында осы «Интегралды және микропроцессорлы техника» пәні бойынша өте жақсы зертханалық модельдер бар, бірақта осы моделдер арқылы зертханалық жұмыстарды зерттеу кезінде, біз тек қана тұтас баспа платасы арқылы жұмыс істейміз. Осы пәнге арналған моделдерді өз қолымызбен құрастыра отырып, интегралды кейбір микросұлба элементтерінің, яғни шифратор, дешифратор және т.б. микросұлбалардың қалай жұмыс істейтінін түсіндіргіміз келеді. Әрине, зертханалық жұмыстарды орындауда компьютерлік модельдеу қалыпты практиканың толықтай орнын баса алмайды, өйткені дербес компьютерлер арқылы элементтерді моделдеу кезінде біз элементтерді тек қана виртуальді түрде көре аламыз. 756 Осы жобаланған макет «Интегралды және микропроцессорлы схемотехника» пәні бойынша студенттердің интегралды микросхематехника элементтерінің жұмысын толық зерттеуге, яғни жұмыс істеу сипаттамаларын толық игеруге көп көмек тигізеді деп үміттеміз.
ӘДЕБИЕТТЕР 1.Клещева Н.А., Штагер Е.В., Шилова Е.С. Перспективные направления совершенствования процесса обучения в техническом вузе: учебно-методическое пособие. – Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2007. – 124 с. 2. Бабич, Н.П., Жуков И.А. Основы цифровой схемотехники: Учебное пособие / Н.П.Бабич, И.А.Жуков. - М.: Издательский дом «Додэка-XXI», К.: «МК-Пресс», 2007. -480 с. 3. PROTEUS VSM. Система виртуального моделирования схем/ А.Максимов. [Электронный ресурс] - Режим доступа: modelirovanija.html. 4. Алексеенко А.Г., Шагурин И.И. Микросхемотехника. -М.: Радио и связь, 1990, 496 с. 5. Волович Г.И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. — М.: Издательский дом «Додэка-ХХI», 2005. — 528 с.
жүктеу/скачать 19,96 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|