Информатика, вычислительная техника и управление. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Вычислительная математика и информатика
Статья научная
Рассматривается способ сокращения количества простаивающих ресурсов супер-ЭВМ за счет использования особенностей механизмов планирования заданий в современных системах пакетной обработки (СПО), в частности, особенностей алгоритма обратного заполнения (backfill algorithm). Рассмотрена схема работы разработанного авторами квазипланировщика - программного средства для утилизации простаивающих ресурсов супер-ЭВМ под управлением отечественной СПО - системы управления прохождением параллельных заданий (СУППЗ). Пользователи квазипланировщика при наличии простаивающих ресурсов могут без ожидания в общей очереди запускать на счет задания, выполнение которых возможно на произвольном числе процессоров из заданного пользователем диапазона. Приведены полученные в ходе недельного вычислительного эксперимента данные о влиянии работы квазипланировщика на показатели эффективности планирования - процент загрузки вычислителя и среднее приведенное время нахождения задания в очереди.
Бесплатно
Колоночный сопроцессор баз данных для кластерных вычислительных систем
Статья научная
Статья посвящена вопросам проектирования и реализации колоночного сопроцессора баз данных для реляционных СУБД. Колоночный сопроцессор (КСОП) разработан на базе колоночной модели хранения данных и ориентирован на большие кластерные вычислительные системы. КСОП может работать как на обычных центральных процессорах, так и на сопроцессорах с архитектурой MIC. КСОП поддерживает колоночные индексы с суррогатными ключами, которые во фрагментированном виде хранятся в оперативной памяти кластерной вычислительной системы. Фрагментация осуществляется на основе доменно-интервального принципа. На запросах класса OLAP колоночный сопроцессор КСОП демонстрирует производительность, многократно превышающую производительность строчных хранилищ.
Бесплатно
Комплекс программ автоматического построения семантической сети слов
Статья научная
Семантическая сеть слов - это ориентированный граф, вершины которого - лексические значения слов, а ребра - отношения между ними. В статье представлен комплекс программ SWN, предназначенный для построения семантической сети слов в автоматическом режиме путем структурирования неразмеченных словарей синонимов и словарей родо-видовых отношений с использованием векторных представлений слов,полученных на основе обработки корпуса неструктурированных текстов на естественном языке. Комплекс программ включает в себя реализацию методов обнаружения групп синонимов и построения отношений между отдельными значениями слов, основанных на обучении без учителя, а также модуля расширения отношений, основанного на обучении с учителем. Приведена модель предметной области с использованием формализма VOWL. Архитектура комплекса программ представлена в формализме UML и включает модуль обнаружения понятий, модуль построения семантических отношений между значениями слов,модуль расширения семантических отношений, модуль преобразования результатов работы в форматы Семантической паутины, и модуль построения оценочного набора данных при помощи краудсорсинга. Представленный комплекс программ является программным обеспечением с открытым исходным кодом и доступен для интеграции в различные системы интеллектуального анализа данных.
Бесплатно
Методики сопоставления особых точек в задаче визуальной навигации БПЛА
Статья научная
Статья посвящена разработке и экспериментальному сравнению методик сопоставления особых точек на изображениях - снимках земной поверхности с камер, установленных на беспилотном летательном аппарате (БПЛА) и искусственном спутнике Земли. Главная особенность задачи состоит в том, что одно из изображений (спутниковый снимок) разбит на фрагменты. Разработанные методики являются частью комплекса алгоритмов, предназначенных для определения положения и ориентации БПЛА с использованием средств, методов и алгоритмов технического зрения. Приведено описание технологии моделирования полета и решения задачи позиционирования. Особые точки на изображениях выделяются с помощью алгоритма SURF. Также исследован подход к сопоставлению, основанный на разбиении множества особых точек на два подмножества в зависимости от знака лапласиана. Предложены способы увеличения производительности сопоставления точек.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассмотрена модель территориально распределенной вычислительной системы (ТРС), состоящей из объединенных каналами связи высокопроизводительных вычислительных установок. Вычислительные установки из состава ТРС представляют собой высокопроизводительные кластеры, различающиеся по архитектуре и производительности. Объединяющие их каналы связи имеют разные надежность и пропускную способность. Особенностью рассматриваемой модели является децентрализованная схема управления заданиями. Подобная схема подразумевает, что любая вычислительная установка в любой момент времени может выйти из состава ТРС по причине своей неисправности или неисправности канала связи. Устранение неисправности означает динамическое подключение вычислительной установки к ТРС. В этих условиях в ТРС организуется глобальная очередь заданий с абсолютными приоритетами, из которой задания распределяются по свободным ресурсам вычислительных установок. Абсолютные приоритеты предполагают вытеснение с выполнения низкоприоритетного задания поступившим в очередь высокоприоритетным заданием. Для формирования и хранения глобальной очереди заданий в условиях динамически изменяющегося состава ТРС необходима надежная распределенная информационная система (РИС). В качестве основы для ее построения авторами рассмотрен ряд известных распределенных СУБД. В статье сформулированы требования к РИС, проведен сравнительный анализ и сделан выбор решения, удовлетворяющего требованиям, рассмотрен разработанный авторами макет ТРС с децентрализованной схемой диспетчеризации заданий.
Бесплатно
Модели и стандарты электронного обучения
Статья научная
Статья представляет собой обзор моделей и стандартов, используемых в современных системах электронного обучения. Описывается общая концептуальная модель среды электронного обучения. Рассматриваются: модель данных для взаимодействия с электронными образовательными объектами; модель накопления контента, определяющая структуру образовательных объектов, способы их поиска и передачи между различными обучающими системами, а также способы упаковки контента; модель среды выполнения, определяющей структуру прикладного программного интерфейса для управления образовательными объектами; модель упорядочивания иерархического образовательного контента; модель компетенций, используемая для спецификации знаний, умений и навыков в системах электронного обучения. Также дается обзор стандарта SCORM, объединяющего в себе комплекс моделей электронного обучения.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается проблема выполнения длительных расчетов на высокопроизводительных вычислительных системах, компоненты которых подвержены отказам. Для программ, запускаемых на подобных системах, существенным является возможность обработки отказов путем автоматического продолжения расчета на оставшихся работоспособных узлах системы. Возможность обработки отказов предусматривается в разрабатываемом стандарте MPI 3.1. В работе кратко описывается библиотека моделирования отказов для тестирования отказоустойчивых алгоритмов, использующих функционал разрабатываемого стандарта MPI 3.1. Описана техника отказоустойчивости на примере тестовой задачи. Проведено сравение записи контрольных точек в оперативную память и в распределенную файловую систему.
Бесплатно
Модель параллельных вычислений для многопроцессорных систем с распределенной памятью
Статья научная
Появление мощных многопроцессорных вычислительных систем выдвигает на первый план вопросы, связанные с разработкой фреймворков (шаблонов), позволяющих создавать высокомасштабируемые параллельные программы, ориентированные на системы с распределенной памятью. При этом особенно важной является проблема разработки моделей параллельных вычислений, позволяющих на ранней стадии проектирования программы оценить ее масштабируемость. В статье приводятся общие требования к модели вычислений и строится новая высокоуровневая модель параллельных вычислений Bulk Synchronous Farm (BSF), являющаяся расширением модели BSP, и основанная на методе программирования SPMD и парадигме «мастер-рабочие». Модель BSF ориентирована на вычислительные системы с массовым параллелизмом на распределенной памяти, включающие в себя сотни тысяч процессорных узлов, и имеющие экзафлопный уровень производительности и на численные итерационные методы с высокой временной сложностью. Определяется архитектура BSF-компьютера и описывается структура BSF-программы. Описывается формальная стоимостная метрика, с помощью которой получаются верхние оценки масштабируемости параллельных BSF-программ применительно к вычислительным системам с распределенной памятью. Также выводятся формулы для оценки эффективности распараллеливания BSF-программ и даются аналитические оценки масштабируемости BSF-приложений.
Бесплатно
Модулярно-логарифмический сопроцессор для массовых арифметических вычислений
Статья научная
Предлагаемый сопроцессор представляет собой самостоятельный сложнофункциональный (intellectual property - IP) блок системы-на-кристалле, позволяющий проводить математические вычисления над вещественными числами в уникальной модулярно-логарифмической системе счисления. Обеспечены два уровня преобразования исходных чисел: в модулярную систему счисления вместо традиционной позиционной и в логарифмическую систему счисления вместо плавающей точки. Благодаря этому сопроцессор обладает более высоким быстродействием, точностью и надежностью вычислений по сравнению с известными аналогами. Он состоит из набора одинаковых вычислительных ядер, каждое из которых выполняет однотактовые скалярные или векторные операции. В результате проведенных исследований и разработок предложены новые научные и технические решения, реализующие предложенные способы вычислений и кодирования данных. При этом преобразование кодов в модулярно-логарифмическую систему счисления и обратно не вносит значительных временных задержек при большом потоке входных данных за счет предложенных аппаратных решений, конвейеризирующих процесс интерполяции функции логарифма и преобразования кодов системы остаточных классов. Реализован прототип устройства на базе программируемой логической интегральной схемы в виде IP-блока. Целевой рынок решения - компании разработчики универсальных процессоров.
Бесплатно
О количественной модели рисков и преимуществ облачных вычислений
Статья научная
Перенос вычислительной инфраструктуры в облака стал сегодня одним из ключевых направлений оптимизации корпоративных ИТ. Обширный ряд исследований доказывает, что облачные вычисления обеспечивают экономическую выгоду, поскольку они повышают гибкость инфраструктуры и снижаю затраты на ее поддержание. Другие исследовательские работы посвящены обсуждению рисков, связанных с облаками, и их влиянию на бизнес. Однако, в большинстве случаев преимущества и риски облачных вычислений обсуждаются раздельно. В работе предложена модель, которая позволяет оценить одновременное влияние всех факторов. Идентифицированы материальные и нематериальные преимущества и риски адаптации к облаку, предложены простые правила, позволяющие оценить их количественно и построить непротиворечивую матрицу попарного сравнения. Использование предложенного метода иллюстрируется на простом примере.
Бесплатно
О построении рейтинга устойчивого развития предприятий методом собственных состояний
Статья научная
В статье рассматривается решение задачи построения рейтинга устойчивого развития предприятий, методом собственных состояний. В основе методология формирования рейтинга лежит построение модели устойчивого развития предприятия, которая описывает эталонную деятельность предприятия, отвечающую требованиям устойчивого развития. Для построения рейтинга устойчивого развития предприятий предлагается использовать комплексный индикатор устойчивости, который получается путем сравнения фактической и эталонной деятельности предприятий. Оценка эффективности предлагаемой методологии демонстрируется на примере построения рейтинга нефтегазовых предприятий.
Бесплатно
Об одном подходе к моделированию суперкомпьютерных комплексов
Статья научная
В НИВЦ МГУ предложен подход к созданию системы контроля автономного функционирования суперкомпьютерных комплексов на основе графовой модели суперкомпьютера. С использованием данного подхода была реализована система контроля Octotron, которая сейчас проходит апробацию в суперкомпьютерном центре МГУ. Данная статья описывает проблемы и задачи, с которыми столкнулись авторы при реализации данной системы и ее запуске на суперкомпьютерах «Чебышёв» и «Ломоносов». Рассматриваются выбранные и разработанные авторами программные инструменты для работы с графами, кратко описывается язык, используемый для описания модели, затрагиваются вопросы визуализация модели и импорта данных мониторинга.
Бесплатно
Обеспечение оперативного контроля и эффективной автономной работы суперкомпьютерного комплекса МГУ
Статья научная
В НИВЦ МГУ разрабатывается система для обеспечения оперативного контроля и поддержки эффективного автономного функционирования суперкомпьютерных комплексов. Данная система внедряется в Суперкомпьютерном центре МГУ. В работе описывается опыт установки, настройки и эксплуатации системы для контроля работы суперкомпьютера «Чебышёв».
Бесплатно
Обзор адаптивных моделей электронного обучения
Статья научная
В статье дается обзор адаптивных моделей электронного обучения. В каждой модели рассматривается структура и способы предоставления образовательного контента. Проводится анализ сильных и слабых сторон рассмотренных моделей электронного обучения. Общее слабое место - отсутствие предопределенной дидактической структуры образовательного объекта. Данный недостаток существенно ограничивает возможность автоматической проверки электронного учебного курса на дидактическую полноту. В заключении статьи определяются черты новой модели электронного обучения, включающей в себя средства для описания дидактической структуры образовательных объектов.
Бесплатно
Обзор методов обучения глубоких нейронных сетей
Статья научная
Глубокие нейронные сети в настоящее время становятся одним из самых популярных подходов к созданию систем искусственного интеллекта, таких как распознавание речи, обработка естественного языка, компьютерное зрение и т.п. В статье представлен обзор истории развития и современного состояния методов обучению глубоких нейронных сетей. Рассматривается модель искусственной нейронной сети, алгоритмы обучения нейронных сетей, в том числе алгоритм обратного распространения ошибки, применяемый для обучения глубоких нейронных сетей. Описывается развитие архитектур нейронных сетей: неокогнитрон,автокодировщики, сверточные нейронные сети, ограниченная машина Больцмана, глубокие сети доверия,сети долго-краткосрочной памяти, управляемые рекуррентные нейронные сети и сети остаточного обучения.Глубокие нейронные сети с большим количеством скрытых слоев трудно обучать из-за проблемы исчезающего градиента. В статье рассматриваются методы решения этой проблемы, которые позволяют успешно обучать глубокие нейронные сети с более чем ста слоями. Приводится обзор популярных библиотек глубокого обучения нейронных сетей, которые сделали возможным широкое практическое применение данной технологии. В настоящее время для задач компьютерного зрения используются сверточные нейронные сети, а для обработки последовательностей, в том числе естественного языка, - рекуррентные нейронные сети, прежде всего сети долго-краткосрочной памяти и управляемые рекуррентные нейронные сети.
Бесплатно
Обзор систем процедурной генерации игр
Статья научная
Процедурная генерация контента (ПГК) является одной из наиболее актуальных задач в индустрии видеоигр. Под ПГК понимают автоматическое создание различных составляющих частей игр; особый интерес представляет проблема автоматического создания игровых правил и целых игр. В статье представлен обзор исследований, посвященных данной проблеме; описываются алгоритмы генерации игровых правил и игр различных жанров, в том числе алгоритмы на основе парадигм эволюционного моделирования и логического программирования, а также способы автоматической оценки генерируемых игр. Кратко рассмотрены первые системы генерации игр, реализованные в универсальных игровых программах. Также описаны различные форматы представления и специализированные языки для описания игровых правил в подходящем для алгоритмической обработки виде.
Бесплатно
Обзор современных моделей представления дактилоскопических изображений
Статья научная
Идентификация человека по отпечаткам пальцев сегодня является наиболее распространенным методом биометрической идентификации. В статье приводится обзор современных моделей компьютерного представления изображений отпечатков пальцев и методов сравнения отпечатков на базе этих моделей. Рассматриваются представления отпечатка в виде множества частных признаков, множества общих признаков, множества папиллярных линий, а также в виде топологического объекта, содержащего комбинацию признаков. Сформулированы основные преимущества и недостатки этих представлений. Предлагается классификация моделей представления дактилоскопических изображений по степени полноты их описания. Каждый уровень предложенной модели описывает изображение с помощью какой-либо его характеристики (частные признаки, общие признаки, расположение и плотность папиллярных линий, поле направлений) либо в виде некоторого топологического объекта на более высоком уровне. При этом модель каждого уровня может использоваться как в виде самостоятельного представления, так и в комбинации с моделями других уровней, расширяя и дополняя описание изображения. Обзор моделей и методов идентификации опирается на широкий круг патентных материалов, научных статей, свидетельств о регистрации программ за последние несколько лет, что подтверждает актуальность проблемы и проведенного исследования.
Бесплатно
Обнаружение и локализация строений заданной формы на аэроснимках в инфракрасном диапазоне
Статья научная
В работе рассматривается задача обнаружения и локализации строений заданной формы на аэроизображениях земной поверхности в инфракрасном диапазоне с использованием аппарата контурного анализа. Приводится описание модификации алгоритма обобщенного преобразования Хафа для обнаружения контуров, заданных небольшим количеством параметров. Идея предлагаемого метода заключается в построении двумерных аккумуляторных массивов для каждого набора параметров фигуры в зависимости от ее положения, и их последующего объединения в результирующий аккумуляторный массив. Заполнение массивов осуществляется на основе значений модулей градиентов яркостей исходного изображения с учетом близости рассматриваемого контура к заданной форме. Близость формы определяется путем морфологического анализа контуров, найденных с помощью алгоритма Канни. Фильтрация обнаруженных объектов на основе плотности границ в их внутренней области, а также соотношения средних яркостей внутри и снаружи контура обеспечивает высокую чувствительность к заданным типам объектов и уменьшает количество ложных срабатываний алгоритма. Качество работы метода проверено на задаче локализации малоэтажных построек прямоугольной формы. Полученные результаты позволяют судить о применимости предложенного подхода для решения практических задач распознавания объектов местности.
Бесплатно
Статья научная
В работе рассматривается задача проверки допустимости конфигураций модульных вычислительных систем реального времени (МВС РВ). Конфигурация считается допустимой, если все работы успевают выполниться в рамках своих директивных сроков. В статье приведены формальные определения конфигурации МВС РВ и временной диаграммы (ВД) ее функционирования. ВД, соответствующая заданной конфигурации, необходима для проверки критерия допустимости для данной конфигурации. Автором предложена обобщенная модель функционирования таких систем, основанная на математическом аппарате временных автоматов с остановкой таймеров. Представлен метод построения модели конкретной МВС РВ по описанию ее конфигурации. Модель позволяет получить временную диаграмму функционирования системы по вычислению соответствующей сети автоматов. Математический аппарат сетей временных автоматов позволил доказать, что модель де-терминирована, а также удовлетворяет ряду требований корректности, выделенных из спецификаций на МВС РВ. Предложенные методы реализованы программно. Проведено экспериментальное сравнение предложенного подхода с альтернативным подходом (верификацией моделей систем), использующим такой же математический аппарат. Эксперименты подтвердили эффективность разработанной модели. Для апробации на данных, приближенных к реальным, программная реализация модели была также интегрирована c существующим средством планирования вычислений в МВС РВ, используемым в промышленности. Результаты апробации подтвердили применимость предложенного подхода на практике.
Бесплатно
Оптимизация обнаружения конфликтов в параллельных программах с транзакционной памятью
Статья научная
В настоящее время активно развивается альтернативный подход к созданию масштабируемых и потокобезопасных параллельных программ для многопроцессорных систем с общей памятью - технология транзакционной памяти (transactional memory). Ожидается, что она войдет в стандарт языка С++17. В данной работе предложен метод оптимизации обнаружения конфликтов (конкурентного доступа потоков к общим областям памяти), возникающих при выполнении параллельных программ на базе транзакционной памяти. Реализован модуль компилятора GCC для профилирования параллельных программ и адаптивной настройки параметров реализации транзакционной памяти под программу. Эффективность метода исследована на тестовых программах из пакета STAMP.
Бесплатно
