Программные системы: теория и приложения @programmnye-sistemy
Статьи журнала - Программные системы: теория и приложения
Все статьи: 473
Статья научная
Данная статья посвящена оценке эффективности применения графических ускорителей и многоядерных сопроцессоров в параллельных системах баз данных. Для этого был разработан эмулятор параллельной СУБД, позволяющий использовать вычислительный кластер, оснащенный графическими ускорителями NVIDIA и сопроцессорами Intel Xeon Phi. С помощью данного эмулятора был проведен ряд вычислительных экспериментов.
Бесплатно
Статья научная
Мы исследуем влияние круглого отверстия в двумерном микроволновом лазере, имеющем форму микродиска, на частоту, направленность и порог генерации излучения мод шепчущей галереи, с помощью программного комплекса, основанного на системе интегральных уравнений и численного метода её решения, который гарантированно сходится. Мы демонстрируем, что небольшое круглое отверстие может значительно усилить направленность излучения, сохранив низкими пороги генерации, если показатель преломления достаточно велик и расположение отверстия выбрано правильно. Местоположение отверстия должно быть близко к области, где тот же однородный микродисковый лазер, возбужденный плоской волной, демонстрирует широкополосную фокусировку в виде горячей точки, называемой фотонной струей.
Бесплатно
Моделирование параллельной работы ядер векторного потокового процессора с общей памятью
Статья научная
Процессор с архитектурой управления потоком данных может выполнять до 16 команд в такт по сравнению с 4--6 командами в такт у лучших процессоров фон-неймановской архитектуры. Моделирование векторного потокового процессора показало, что его производительность может быть доведена до 256 флоп в такт на ядро, и при изготовлении на кристалле с современными технологическими нормами можно разместить до 4 таких ядер. Приводятся результаты моделирования системы из нескольких ядер векторного потокового процессора с общей памятью на программах перемножения матриц и решения систем дифференциальных уравнений 2D Stencil. Показано, что программа перемножения матриц масштабируется пропорционально числу ядер процессора, в то время как производительность 2D Stencil ограничивается пропускной способностью к общей оперативной памяти
Бесплатно
Моделирование парковки автомобиля с прицепом вдоль путей Маркова-Дубинса и Ридса-Шеппа
Статья научная
Рассмотрены три классические модельные задачи, описывающие оптимальную парковку автомобиля: задача Маркова, задача Дубинса, задача Ридса-Шеппа. Исследованы кинематические законы поведения прицепа при движении автомобиля вдоль рассматриваемых оптимальных путей. В программной среде Mathematica разработан интерфейс, который по граничным условиям строит соответствующий оптимальный путь и анимацию движения автомобиля (с прицепом) вдоль него.
Бесплатно
Моделирование поведения графена во внешних электрических полях
Статья научная
В~работе представлены результаты, полученные при разработке программного комплекса для вычисления наблюдаемых параметров монослойного графена в~условиях действия на~него внешнего электрического поля. Используемая физическая модель позволяет детально воспроизводить такие параметры, но требует большого объёма вычислений для получения точных значений. Основой модели является система кинетических уравнений, обеспечивающих вычисление зависящей от времени функции распределения носителей заряда в~двумерном импульсном пространстве. Требуемые вычислительные ресурсы пропорциональны количеству узлов расчетной сетки, покрывающей импульсное пространство. Характер поведения модели позволяет использовать локальные сетки, покрывающие только относительно небольшую часть полной области определения вычисляемой функции. Применительно к~моделированию результатов действия коротких высокочастотных импульсов электрического поля показано, что анализ поведения модели при максимальном уровне внешнего поля может использоваться для поиска и локализации областей в~импульсном пространстве, определение функции распределения в~которых достаточно для получения значений наблюдаемых. Даже в~условиях действия слабых внешних электрических полей область локализации функции распределения можно определять по~результатам вычисления её значений на~относительно разреженных сетках. Получение наблюдаемых параметров основано на~вычислении интегральных характеристик функции распределения в~двумерном импульсном пространстве. Реализация такого интегрирования одновременно с~вычислением в~параллельном режиме значений функции распределения на~оптимизированной сетке избавляет от ненужного сохранения значений функции распределения, выдавая на~выходе одномерные временные ряды, представляющие данные о~динамике наблюдаемых параметров, интересных с~точки зрения анализа поведения рассматриваемой модели.
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты программной реализации покрытия двумерной области допустимых состояний моделируемой двухуровневой квантовой системы регулярными сетками различного масштаба. Метод был предложен и реализован применительно к задаче воспроизведения поведения графена во внешних электрических полях с использованинем квантового кинетического уравнения. Численное решение кинетического уравнения позволяет точно и полно воспроизводить поведение модели, однако проблемой является минимизация необходимых вычислительных ресурсов при обеспечении требуемого качества вычисления наблюдаемых параметров. Сложность задачи прямо пропорциональна количеству узлов сетки в двумерном пространстве состояний, в каждом из которых для воспроизведения эволюции заселенности верхнего энергетического уровня решается система обыкновенных дифференциальных уравнений. Исследование особенностей поведения модели позволило разработать и реализовать экономичную процедуру построения рассчетной сетки, обеспечивающую локализацию области формирования возбуждённых состояний и точное воспроизведение наблюдаемых параметров процесса.
Бесплатно
Моделирование прямоточного сумматора
Ред. заметка
В избыточной системе счисления сложение часто может выполнятся конечным автоматом. В данной статье рассматривается моделирование случая, когда в избыточной системе счисления сложение выполняется прямоточным образом. Показано, что одна и та же схема работает для разных типов данных. Рассмотрено сложение в двоичной, троичной, восьмеричной системах счислений. Показано, что схема работает для сложения двоичных матриц и действительных чисел
Бесплатно
Модель антропогенной нагрузки на реку и формирования качества воды в реке
Статья научная
Содержит описание теоретического принципа построения модели. Модель основана на теории объединения потоков вещества при объединении струй в водотоке. В качестве примера представлена реальная модель антропогенного воздействия на реку Кача, левый приток р. Енисея. Показано использование модели для оценки величины нагрузки на реку потоками веществ, сброшенных со сточными водами, и дано сравнение показателей с результатами натурных измерений. Оценена чувствительность модели к изменению нагрузки.
Бесплатно
Модель и аксиомы метрик сходства
Ред. заметка
В современных приложения метрики сходства обычно комбинируются с учётом сложности алгоритмов, особенностей восприятия человека, ресурсов и выборок данных. Для оптимизации требуется унифицированное формальное описание основных показателей подобия. Для оптимизации требуется выделить формально и строго описанное абстрактное понимание сходства между объектами.Расширена система аксиом метрики сходства и для неё построена универсальная модель, обощающая известные модели сходства, не сводящиеся к евклидовой метрике. Модель базируется на взвешенном частично упорядоченном множестве.
Бесплатно
Модель однокристального вычислителя для подавления реверберационных помех
Статья научная
Рассмотрена задача подавления реверберационных помех, возникающих при передаче низкочастотных сигналов. Показано, что эффективные решения можно получить при помощи комбинированного подхода, основанного на интеграции известных адаптивных алгоритмов шумоподавления для компенсации основного шума и технологий машинного обучения для подавления остаточного эха. Выделена задача создания модели однокристального вычислителя для системы шумоподавления, реализующей предложенный подход. Приведены основные результаты разработки математических и программных моделей для предложенного метода. Обосновано применение целочисленной сети эхо-состояний в качестве рекуррентной нейронной сети для вычисления кепстральных коэффициентов на кристалле ПЛИС. Рассмотрена архитектура однокристальной, интеллектуальной системы шумоподавления. Приведены результаты работы математических и программных моделей из состава вычислителя. Показано, что в результате четырехступенчатого эксперимента разработанная архитектура вычислителя, нейросетевые модели и предложенный принцип гашения помех демонстрируют, как снижение уровня реверберационных помех на модели, в сравнении с известными подходами, так и возможность реализации однокристального вычислителя в базисе ПЛИС. Полученные результаты открывают новые перспективы в реализации подходов к подавлению помех при передаче низкочастотных сигналов.
Бесплатно
Мониторинг приложений на кластере ZHORES в Сколтехе
Статья научная
Стандартные инструменты мониторинга для кластерных вычислительных систем позволяют оценить работу системы в целом, но не позволяют анализировать работу приложений по отдельности. Система мониторинга для измерения ресурсов, затребованных каждым приложением в отдельности разработана в Сколтехе для высокопроизводительного кластера ZHORES. Система мониторинга собирает как обычные метрики загрузки процессоров и графических ускорителей, так и счетчики событий ЦПУ/ГПУ, которые позволяют более детально анализировать тип ресурса, затребованный приложением. Сервисные программы, развернутые на каждом узле кластера, посылают результаты измерений в единую базу данных временных рядов с шагом в одну секунду. Эти данные затем анализируются статистическими методами в режиме оффлайн для выделения характеристик, связанных с использованием вычислительных ресурсов каждым приложением. Мониторинг позволяет выявлять неэффективное программное обеспечение, производить тонкую настройку работы кластера, а также улучшать работу высокопроизводительной системы в целом.
Бесплатно
Мультиагентный подход к управлению операционной средой, содержащей сверхбольшие базы данных
Статья научная
Настоящая статья посвящена анализу проблем при эксплуатации операционных сред, использующих сверхбольшие базы данных. Рассмотрена возможная архитектура среды на основе кооперации интеллектуальных/рациональных агентов, которые могут наблюдать за работой системы и, при необходимости, гибко управлять ей в автоматическом режиме.
Бесплатно
Настраиваемый подход к эффективному распознаванию текстовых ситуаций
Статья научная
В статье предложен механизм, обеспечивающий удобный способ специализированной аналитической обработки текстовой информации, не требующий от пользователя системы знания формальных языков описания правил и обеспечивающий высокую вычислительную эффективность. Подход предназначен для распознавания относительно простых контекстов, специфика которых неизвестна заранее, поэтому разработка полноценной системы правил распознавания текстовых ситуаций нецелесообразна. Высокая вычислительная эффективность обеспечивается за счет предобработки корпуса текстов и предварительной фильтрации.
Бесплатно
Невырожденные анормальные управления в субримановой задаче с вектором роста (2, 3, 5, 8)
Ред. заметка
Рассматривается нильпотентная субриманова задача с вектором роста (2,3,5,8). Приводится описание канонических анормальных управлений. Получены формулы для соответствующих сопряженных векторов принципа максимума Понтрягина.
Бесплатно
Статья научная
Основным фактором, ограничивающим производительность большинства приложений для высокопроизводительных вычислительных систем, является недостаточная пропускная способность памяти, а не недостаточная вычислительная мощность. Программными методами преодоления этого недостатка являются блочные методы, локализующие обращения в пределах быстрой памяти на процессорном кристалле, и «программная конвейеризация» по организации вычислений в виде цепочек арифметических команд между командами обращения к памяти. На примере программ 2D и 3D Stencil показано, что использование «программной конвейеризации» в разрабатываемом векторном процессоре с архитектурой управления потоком данных позволяет достичь значительно более высокой производительности по сравнению с лучшими процессорами традиционной архитектуры.
Бесплатно
Нейросетевая классификация видеороликов по малому числу кадров
Статья научная
В статье предложен метод нейросетевой классификации коротких видеороликов. Задача классификации рассматривается с точки зрения уменьшения числа требуемых операций для категоризации видеороликов. Предлагаемое решение заключается в использовании небольшого числа кадров (не более 10) для выполнения классификации при помощи самой лёгкой нейросетевой архитектуры семейства моделей ResNet. В ходе исследования создан собственный набор данных для обучения, состоящий из трёх классов: «animals», «cars» и «people». В результате получена точность классификации, равная 79%, а также сформирована база данных классифицируемых видеороликов и разработано приложение с элементами GUI для взаимодействия с классификатором и просмотра результатов.
Бесплатно
Нейросетевая система защиты информации вычислительных комплексов
Ред. заметка
Работа посвящена нейросетевой системе защиты вычислительных комплексов от сетевых атак. Предложены методика защиты информации с использованием нейросетевого подхода, алгоритм анализа сетевого трафика. Представлены результаты тестирования программного обеспечения системы защиты вычислительных комплексов от сетевых атак.
Бесплатно
Нейросетевая система контроля датчиков углов ориентации и дальности космического аппарата
Статья научная
Описана нейросетевая технология решения задачи контроля датчиков положения космического аппарата. Рассмотрены общие вопросы организации мониторинга и обработки потоков информации, включая приближение и интерполирование экспериментальных данных. Приведены результаты решения задач обработки информационных потоков с использованием кластерного вычислителя. Дана оценка необходимого уровня производительности программноаппаратного комплекса.
Бесплатно
Нейросетевая технология обнаружения сетевых атак на информационные ресурсы
Статья научная
Статья описывает нейросетевой подход, сочетающий быстроту обработки сетевого трафика за счет сжатия признаков и высокую точность классификации сетевых атак. Приведены результаты экспериментальных исследований.
Бесплатно
