Проблемаларды шешу орталары: даму тарихы және қазіргі міндеттері
Problem solving environment
Проблема шешетін орта (PSE) – нақты мәселелерді шешуге арналған мамандықталған бағдарламалық құрал. Алгоритмдерді таңдау, сандық модельдеуге көмектеседі.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Проблеманы шешу ортасы (PSE) – бір типтегі проблемаларды шешуге арналған толық, біріктірілген және мамандандырылған компьютерлік бағдарламалық қамтамасыз ету, ол автоматтандырылған проблеманы шешу әдістерін, проблеманы шешу процесін басқаруға бағытталған адамға арналған құралдармен үйлестіреді. PSE пайдаланушыларға проблеманы шешуді қалыптастыруға көмектесе алады. Сондай-ақ, PSE пайдаланушыларға проблемаларды тұжырымдауға, алгоритмдерді таңдауға, сандық мәндерді модельдеуге және нәтижелерді қарауға және талдауға көмектеседі.
A problem solving environment (PSE) is a completed, integrated and specialised computer software for solving one class of problems, combining automated problem solving methods with human oriented tools for guiding the problem resolution. A PSE may also assist users in formulating problem resolution. A PSE may also assist users in formulating problems, selecting algorithm, simulating numerical value and viewing and analysing results.
PSE-нің мақсаты
1990 жылдары көптеген арнайы есептеу программалары (PSE) енгізілді. Олар тиісті саланың тілін қолданады және көбінесе заманауи графикалық пайдаланушы интерфейстерін пайдаланады. Мақсаты – бағдарламалық құралды компьютер ғылымынан басқа салалардағы мамандарға да пайдалануға ыңғайлы ету. Арнайы есептеу программалары (PSE) деректерді визуализациялау немесе үлкен теңдеулер жүйелері сияқты жалпы мәселелер үшін де, газ турбиналарын жобалау сияқты ғылымның немесе инженерияның тар салалары үшін де қолжетімді.
Many PSEs were introduced in the 1990s. They use the language of the respective field and often employ modern graphical user interfaces. The goal is to make the software easy to use for specialists in fields other than computer science. PSEs are available for generic problems like data visualization or large systems of equations and for narrow fields of science or engineering like gas turbine design.
Тарих
Проблеманы шешу ортасы (PSE) Fortran және Algol 60 тілдерінен кейін бірнеше жыл өткен соң пайда болды. Адамдар бұл жоғары деңгейдегі тілге ие жүйенің кәсіби бағдарламашылардың қажеттілігін жояды деп ойлады. Алайда, таңқаларлықтай, PSE қабылданып, тіпті ғалымдар оны бағдарламалар жазу үшін қолданды. Параллель ғылыми есептеулерге арналған Проблеманы шешу ортасы 1960 жылы ұсынылды, бұл минималды стандартталумен жасалған алғашқы ұйымдастырылған жиын болды. PSE көптеген жеке сандық есептеулерді өнеркәсіптік тізбектік оңтайландыру кодына параллельдеп, енгізеді. Ол EHL және параллелизм мәселелерін шешу үшін NAG компаниясының IRIS Explorer пакетіне енгізілген, сондай-ақ PSE мен модельдеу арасындағы барлық байланысты жүзеге асыру үшін gViz кітапханаларын пайдалана алады. Бұл жүйе NAG кітапханаларының бір бөлігі болып табылатын MPI-ді де қолданады, бұл ең жоғары деңгейдегі жалғастыруды біріктіре отырып, айтарлықтай жылдам және тиімді шешімдерді қамтамасыз етеді.
The Problem Solving Environment (PSE) released a few years after the release of Fortran and Algol 60. People thought that this system with high level language would cause elimination of professional programmers. However, surprisingly, PSE has been accepted and even though scientists used it to write programs. The Problem Solving Environment for Parallel Scientific Computation was introduced in 1960, where this was the first Organised Collections with minor standardisation. The PSE parallelise and embed many individual numerical calculations in an industrial serial optimisation code. It is built in NAG's IRIS Explorer package to solve EHL and Parallelism problems and can use the gViz libraries, to run all the communication between the PSE and the simulation. It also uses MPI — part of the NAG libraries — which gives significantly quicker and better solutions by combining the maximum levels of continuation.
Мобильді құрылғылар үшін желілік PSE
PSE-ге қазіргі заманғы ең қуатты компьютерлердің өзіне де үлкен жүктеме тудыратын көптеген ресурстар қажет. PSE-ні мобильді құрылғыларда қолдануға болатын бағдарламалық жасақтамаға аудару – бүгінгі бағдарламашылардың алдындағы маңызды міндет. Торлы есептеу (Grid computing) мобильді құрылғылар үшін PSE мәселелерін шешуге көмектеседі. Бұл "Брокерлік қызмет" арқылы іске асырылады. Бұл қызметті PSE-ге тапсырманы орындау үшін қажетті ақпаратты жіберетін бастамашы құрылғысы қосады. Брокерлік қызмет бұл тапсырманы кішігірім тапсырмаларға бөліп, оларды орындайтын бағынышты құрылғыларға таратады.
PSEs are require a large amount of resources that strain even the most powerful computers of today. Translating PSEs into software that can be used for mobile devices in an important challenge that faces programmers today. Grid computing is seen as a solution to the rescue issues of PSEs for mobile devices. This is made possible through a "Brokering Service". This service is started by an initiating device that sends the necessary information for PSE to resolve task. The brokering service then breaks this down into subtasks that distributes the information to various subordinate devices that perform these subtasks.
Болашақтағы жақсарту
Бастапқыда 2D EHL мәселелерін шешу қиын болды, себебі шығындар жоғары болды және қолжетімді компьютерлік қуат жеткіліксіз еді. Параллель 2D EHL кодтарының және жылдам компьютерлердің жасалуы қазір 2D EHL мәселелерін шешуге мүмкіндік берді. Құпиялылығы жоғары болғандықтан, үйкеліс және майлау туралы деректерге қатысты қауіпсіздік деңгейін арттыру қажет. Симуляцияларды есепке алу қиын болуы мүмкін, өйткені олар жылдам және көптеп жасалады. Бұл мәселені тіркеу жүйесі немесе "каталог" арқылы шешуге болады. Көптеген пайдаланушылары бар бірлескен PSE-лер өзгерістерді қадағалауда қиындықтарға тап болады, әсіресе қандай өзгерістер жасалғанын және олар қашан жасалғанын анықтау қиын. Бұл мәселені жасалған өзгерістердің каталогы арқылы да шешуге болады. Екіншіден, мобильді құрылғылар үшін желілік негіздегі PSE-ді жақсарту мақсатында, топ қолда бар басқару айнымалыларын өзгерту арқылы жаңа сценарийлер жасауды көздейді. Осы басқару айнымалыларын өзгерту арқылы модельдеу бағдарламалық жасақтамасы әрбір сценарий үшін сценарийлер құра алады, бұл әр сценарийдегі жағдайларды жан-жақты қарауға мүмкіндік береді. Үш айнымалыны өзгерту нәтижесінде он екі түрлі сценарий жасалатыны күтілуде. Бізді қызықтыратын айнымалылар – желінің тұрақтылығы және құрылғылардың жылдамдығы. Біз бұл айнымалылардың желінің жұмысына ең үлкен әсер ететініне сенеміз. Біздің зерттеуде өнімділікті өлшеу үшін тапсырманы орындау уақыты негізгі көрсеткіш ретінде қолданылады.
At first it was difficult doing 2 D EHL problems because of the expense and computer power available. The development of parallel 2 D EHL codes and faster computers have now paved the way for 2 D EHL problem solving to be possible. Friction and lubricant data need a higher level of security given their sensitivity. Accounting for simulations may be difficult because these are done in rapidly and in the thousands. This can be solved by a registration system or a 'directory'. Collaborative PSEs with multiple users will encounter difficulties tracking changes, especially which specific changes were made and when those changes were made. This may also be solved with a directory of changes made. Secondly, future improvement of the Grid based PSEs for mobile devices, the group aims to generate new scenarios through manipulation of the control variables available. By changing those control variables, the simulation software is able to create scenarios from each other, allowing for more scrutiny of the conditions in each scenario. It is expected that manipulation of three variables will generate twelve different scenarios. The variables that we are interested in studying are network stability and device mobility. We feel that these variables will hater the greatest impact on grid performance. Our study will measure performance using task completion time as the primary outcome.
PSE саябағы
Мемлекеттік кәсіпорындардың күрделілігі арта түсуімен, есептеу ресурстарына қажеттілік күрт өсті. Алайда, мемлекеттік кәсіпорындар қолданбалары күрделене түсетін салалар мен орталарға енгенде, мемлекеттік кәсіпорындарды құру еңбектеп, қиынға айналды. Хирумичи Кобаши және оның әріптестері басқа мемлекеттік кәсіпорындарды жасауға арналған мемлекеттік кәсіпорынды жобалады. Бұл "мета-ҚМЖ" немесе "ҚМЖ-лерді құрушы ҚМЖ" деп аталды. Осылайша ҚМЖ паркі дүниеге келді.
As PSEs grow more complex, the need for computing resources has risen dramatically. Conversely, with PSE applications venturing into fields and environments of growing complexity, the creation of PSEs have become tedious and difficult. Hirumichi Kobashi and his colleagues have designed a PSE meant to create other PSEs. This has been dubbed as a 'meta PSE' or a PSEs. This was how PSE Park was born.
Негізгі қағидалар
PSE паркінің архитектурасы икемділік пен кеңейтілмелілікті күшейтеді. Бұл ерекшеліктер оны әртүрлі білік деңгейлері үшін, бастапқы деңгейдегі пайдаланушылардан бастап бағдарламашыларға дейін тартымды платформаға айналдырады. PSE паркі функциялар қоймасы арқылы мұны қамтамасыз етеді. Қоймада PSE құруға қажетті модульдер сақталған. Ең қарапайым модульдер, Ядролар деп аталатындар, PSE-лердің негізі ретінде қолданылады. Бағдарламашылар үшін күрделірек модульдер қолжетімді. Пайдаланушылар бағдарламашыларға байланысты консоль арқылы PSE паркіне кіреді. Пайдаланушы тіркелгеннен кейін, ол қоймаға қол жеткізе алады. PIPE сервері пайдаланушы мен PSE паркі арасында делдал ретінде қолданылады. Ол модульдерге қол жеткізуді қамтамасыз етеді және таңдалған функцияларды PSE ретінде құрастырады. Бағдарламашылар функцияларды немесе тіпті толық PSE-лерді қоймаға қосу үшін жасай алады. Бастапқы деңгейдегі және тәжірибелі пайдаланушылар осы алдын ала жасалған PSE-лерді өз мақсаттары үшін пайдалана алады. Осы архитектураны ескере отырып, PSE паркі PSE пайдалану және дамыту барысында жүзеге асырылатын үлкен көлемдегі деректер алмасуын қолдау үшін бұлттық есептеу ортасын қажет етеді.
The architecture of PSE Park emphasises flexibility and extensibility. These characteristics make it an attractive platform for varied levels of expertise, from entry level users to developers. PSE Park provides these through its repository of functions. the repository contains modules required to build PSEs. Some of the most basic modules, called Cores, are used as the foundation of PSEs. More complex modules are available for use by programmers. Users access PSE Park through a console linked to the programmers. Once the user is register, he/she has assess to the repository. A PIPE server is used as the mediator between the user and PSE Park. It grants access to modules and constructs the selected functions into a PSE. Developers can develop functions, or even whole PSEs, for inclusion into the repository. Entry level and expert users can access these pre made PSEs for their own purposes. Given this architecture, PSE Park requires a cloud computing environment to support the enormous data sharing that occurs during PSE use and development.
PIPE сервері
PIPE сервері басқа серверлерден аралық нәтижелерді өңдеу әдісімен ерекшеленеді. PIPE сервері мета-PSE-де делдалдық қызмет атқаратындықтан, негізгі модуль құратын кез келген нәтиже немесе айнымалы келесі өзектің пайдалануы үшін жаһандық айнымалы ретінде алынады. Реттілік немесе иерархия пайдаланушымен анықталады. Аталған айнымалылар жаңа айнымалылар жиынтығымен алмастырылады. PIPE серверінің тағы бір маңызды қасиеті – ол әр модульді немесе өзекті дербес іске қосады. Бұл әр модульдің тілі PSE-дегі басқа модульдердің тілімен сәйкес келуі міндетті емес екенін білдіреді. Модульдер анықталған иерархияға сәйкес жүзеге асырылады. Бұл мүмкіндік бағдарламалауда әртүрлі тәжірибесі бар әзірлеушілер мен пайдаланушыларға зор икемділік ұсынады. Модульдік форматтағы PSE-ні кеңейту және өзгерту де оңай.
The PIPE Server differs from other servers in terms of how it handles intermediate results. Since the PIPE Server acts as a mediator in a meta PSE, any results or variables generated by a core module are retrieved as global variables to be used by the next core. The sequence or hierarchy is defined by the user. The way, same name variables are revised to the new set of variables. Another important characteristics of the PIPE Server is that it executes each module or core independently. This means that the language of each module does not have to be the same as the others in the PSE. Modules are implemented depending on the defined hierarchy. This feature brings enormous flexibility for developers and users who have varied backgrounds in programming. The modular format also enables that existing PSEs can be extended and modified easily.
Жарық
Тіркелу үшін ядро толық анықталған болуы керек. Кіріс және шығыс анықтамалары PIPE серверіне басқа ядролар мен модульдермен үйлесімділігін анықтауға мүмкіндік береді. Кез келген анықтаманың жетіспеуі PIPE серверімен үйлесімсіздік ретінде белгіленеді.
In order be registered, a core must be fully defined. The input and output definitions allow the PIPE server to determine compatibility with other cores and modules. Any lack of definition is flagged by the PIPE server for incompatibility.
Тіркеу жүйесі мен консолі
Тіркеу жүйесі PSE паркінде пайдаланылуы мүмкін барлық ядроларды қадағалайды. Пайдалану тарихы да жасалады. Пайдаланушыларға ядроны немесе модульді жақсырақ түсінуге көмектесу үшін ядролық карта әзірленуі мүмкін. Консоль – пайдаланушылардың PSE паркімен негізгі интерфейсі. Ол жоғары дәрежеде визуализацияланған және схемалық түрде бейнеленген, бұл пайдаланушыларға олар жұмыс істеп жатқан PSE үшін модульдер мен ядролар арасындағы байланысты жақсырақ түсінуге көмектеседі.
The registration engine keeps track of all cores that may be used in PSE Park. A history of use is also created. A core map may be developed in order to help users understand a core or module better. The console is the users' main interface with PSE Park. It is highly visual and diagrammatic, allowing users to better understand the linkages between modules and cores for the PSEs that they are working on.