ЛАБОРАТОРИЯ
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ И АВТОМАТИЗАЦИИ

Отчет за 1990 год

В 1990 году усилия коллектива Лаборатории были направлены на качественные улучшения параметров центрального вычислительного комплекса Института, локальных сетей и терминалов. Выполнены работы по развитию и эффективному использованию персональных ЭВМ и систем обработки камерных снимков. Исследованы методы и созданы программы решения нелинейных задач математической физики в связи с разработками, проводимыми в ОИЯИ. Разработаны и внедрены комплексы программ для анализа экспериментальных данных.

РАЗВИТИЕ И ЭФФЕКТИВНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЦЕНТРАЛЬНОГО ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА, ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ И ПЕРСОНАЛЬНЫХ ЭВМ

Узел связи сети JINET

Узел связи сети
JINET

Многомашинный комплекс ЕС ЭВМ

Многомашинный комплекс
ЕС ЭВМ

В составе ЦВК ОИЯИ запущены в эксплуатацию две ЭВМ ЕС-1066 и вторая ЭВМ ЕС-1037. Создан многомашинный комплекс ЕС ЭВМ на базе общей дисковой памяти. ЭВМ ЕС-1037 подключены к сети JINET через телепроцессор ЕС-8371, и они выполняют функции терминальных ЭВМ. Только в диалоговом режиме с комплексом может работать более 100 пользователей одновременно. Суммарная производительность ЕС ЭВМ составляет 16 млн. операций в секунду (MIPS) на базовых ЭВМ и дополнительно 24 млн. операций в секунду (MFLOPS) на специализированных матричных процессорах. Все ЭВМ комплекса работают под управлением операционной системы виртуальных машин (СВМ). Для перехода в СВМ и объединения ЕС ЭВМ разработаны новые и усовершенствованы имеющиеся программы телеобработки данных и межмашинной связи, монитор пакетной обработки, программное обеспечение для матричного процессора, графическая система, адаптирована библиотека общего назначения DUBNA.

Отладка математического обеспечения новой ЭВМ VAX-8350

Отладка математического
обеспечения новой ЭВМ
VAX-8350

Предложена методика оценки эффективности функционирования операционных систем для ЕС ЭВМ. Оценка основывается на анализе статистических данных о работе ЭВМ и ОС, собираемых стандартными средствами ОС [1-3].

На комплексе машин VAX-8350, объединенных общей дисковой памятью, введена в эксплуатацию операционная система VMS 5.2, совместимая с применяемой в ЦЕРНе. В графическом центре общего назначения (микро-ЭВМ VAX-II, станции типа MEGATEK и др.) внедрены графические пакеты GKS - 3 и WAND, а также распределенная система для анализа данных физического эксперимента (PAW).

Введена в производственную эксплуатацию подсистема электронной почты для пользователей ПЭВМ в сети JINET [4-5]. На площадке ЛЯП реализована скоростная локальная компьютерная подсеть типа ETHERNET с пропускной способностью до 10 Мбит/с при обмене информацией между ее абонентами. К ней подключены: сеть JINET (по 16 асинхронным последовательным каналам), кластер ЭВМ VAX-8350, графический центр ЛВТА, четыре микроЭВМ VAX-II в ЛЯР и ЛНФ, PDP-11/70 в ЛНФ, ЭВМ типа СМ-1700 и ИЗОТ в ЛЯП. ЭВМ типа ИЗОТ в ЛВЭ и ЛСВЭ подключены по асинхронным линиям к мультиплексору VAX-8350 и, таким образом, имеют выход в сеть ETHERNET. Внедрен универсальный программный пакет PSI, обеспечивающий одновременное проведение до 16 сеансов связи, режимы электронной почты и электронного телефона при обеспечении доступа из общеинститутских сетей к международным компьютерным сетям.

Эксплуатация базовых электронно-вычислительных машин

ЭВМ Полезное
время, ч
Среднее время
между перезаг-
рузками ОС, ч
Коэффициент
загрузки ЦП, %
ЕС-1061 6718 9 75
ЕС-1037 7142 38 30
ЕС-1066(A)* 3800 34 78
ЕС-1066(B) 3780 30 69
CDC-6500** 7652 - -
VAX-8350** 7979 - -

* Информация на ЭВМ ЕС-1066 (А), (В) за вторую половину 1990 года.

** На ЭВМ CDC-6500 и VAX-8350 в настоящее время учитывается только показатель "Полезное время".

Переход на новую технику и системное обеспечение, развитие средств связи и периферии повысили надежность и эффективность использования ЦВК ОИЯИ.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СИСТЕМ АНАЛИТИЧЕСКИХ ВЫЧИСЛЕНИЙ НА ЭВМ

Разработаны алгоритмы симметрийного анализа интегрируемости широкого класса полиномиально-нелинейных эволюционных уравнений с одной пространственной и одной временной переменной и линейной зависимостью от старшей пространственной производной зависимой переменной. Алгоритмы позволяют исследовать необходимые условия существования высших симметрии в виде локальных канонических законов сохранения высоких порядков. При условии существования таких законов сохранения их плотности вычисляются явно. Разработанные алгоритмы реализованы в виде эффективной программы, написанной на внутреннем языке системы аналитических вычислений REDUCE, и позволяют не только проверить необходимые условия существования высших симметрий, но и, в случае их выполнения, находить явный вид таких симметрий.

В случае, когда исходное эволюционное уравнение либо система уравнений содержат числовые параметры, последние должны удовлетворять системе нелинейных алгебраических уравнений, эквивалентной необходимым условиям существования высших симметрии. Для исследования и решения последних на основе разработанных универсальных алгоритмических методов, основанных на так называемой технике полиномиальных базисов Гребнера, создана программа на языке REDUCE, позволяющая полностью автоматизировать весьма трудоемкий процесс анализа условий совместности и числа решений нелинейных алгебраических систем общего вида (в том числе с параметрами). В случае же алгебраических систем, получающихся из симметрийного анализа нелинейных эволюционных уравнений, созданная программа позволяет находить все решения [6-7].

С помощью систем аналитических вычислений SCHOONSCHIP и FORM в Лаборатории проведен двухпетлевой анализ влияния калибровочной зависимости на поведение эффективной константы связи в квантовой хромодинамике [8].

Разработан алгоритм, реализованный в виде программы на языке REDUCE, для генерации на ЭВМ четырехпараметрических семейств обыкновенных линейных дифференциальных уравнений второго порядка, допускающих построение общего решения полностью аналитическим путем, что важно для научно-технических и инженерных задач [9].

Разработаны оригинальные алгоритмы и программа на языке REDUCE для построения алгебр Ли, заданных набором порождающих элементов и коммутационных соотношений. Помимо применения в чисто алгебраических задачах, например идентификации алгебр Ли, эта проблема имеет важное значение для исследования интегрируемых нелинейных эволюционных уравнений [10].

С помощью метода погружения в пространство фазовых моментов исследована динамика пучка заряженных частиц в магнитном поле с плоскостью симметрии. Суть метода состоит в том, что систему нелинейных дифференциальных уравнений, описывающих динамику частиц в фазовом пространстве (х, х', у, у'), можно приближенно записать как систему линейных дифференциальных уравнений в пространстве фазовых моментов n-го порядка, для которой находится точное аналитическое решение с помощью компьютерной алгебры. На базе полученного аналитического решения (в виде матрицанта) создана программа расчета динамики частиц в процессе всего цикла ускорения в изохронном циклотроне [11].

Предложена методика применения системы аналитических вычислений REDUCE для исследования устойчивости модельных разностных краевых задач на ЭВМ. Разработан алгебраический алгоритм вычисления спектров, позволяющий для практически важного класса разностных краевых задач свести сложную задачу вычисления точек спектра к нахождению корней многочленов от одной переменной. Предложенный алгоритм реализован на ЭВМ в виде программы SPECTR, использующей систему аналитических вычислений REDUCE и язык FORTRAN [12].

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

Расширена и усовершенствована система UNICOM, включающая в себя эффективные программы межмашинного обмена и средства программирования распределенных гетерогенных комплексов. В Лаборатории разработаны и исследованы алгоритмы обработки экспериментальных данных с применением параллельных матрично-конвейерных вычислительных устройств, взаимодействующих со скалярной универсальной ЭВМ. На задачах распознавания траекторий скорость параллельной программы в 4-7 раз превышает скорость скалярной.

Созданы подсистемы математического обеспечения координатных детекторов установок "Нейтринный детектор" и "Меченые нейтрино".

Создана и внедрена на многомашинном комплексе ЕС ЭВМ графическая система ИРИС-90, интегрированная с системами моделирования и статистической обработки экспериментальных данных. Верхний уровень совместим с графическими пакетами NPLOT, ГРАФОР, GEANT.

Для модели вершинного детектора, находящегося вне магнитного поля в эксперименте с фиксированной мишенью, когда пробеги короткоживущих вторичных частиц сравнимы с размерами мишени, а их разлет ограничен узким конусом (<30°), предложен алгоритм быстрой фильтрации одновременных событий. Алгоритм основан на пороговой процедуре, требующей не более 50 арифметических операций на трек, что делает его пригодным для применения в триггере высокого уровня. Теоретические и численные расчеты эффективности алгоритма для модельного вершинного детектора дают вероятность потери многовершинного события около 2%, а вероятность ошибочного пропуска одновершинного события - не менее 1% [13].

РАЗРАБОТКА ПРИКЛАДНЫХ МЕТОДОВ ВЫЧИСЛЕНИЙ

Графический центр общего назначения

Графический центр общего
назначения

Исследован класс комбинированных постановок основной задачи магнитостатики, характерной особенностью которого является необходимость только одной граничной матрицы при численной реализации. Изучена проекционная формулировка одной из постановок этого класса относительно полного скалярного потенциала. Доказана однозначная разрешимость и сходимость приближенных решений, полученных методом Галеркина, к точному. Получены данные численных экспериментов для двумерного случая, в том числе для нелинейной зависимости магнитной проницаемости ферромагнетика [14].

Метод приближенного континуального интегрирования применен для описания многомерных систем в квантовой и статистической физике. Для кратных континуальных интегралов по гауссовым мерам в полных сепарабельных метрических пространствах получены новые приближенные формулы, точные на классе функциональных многочленов заданной суммарной степени. Полученные формулы использованы для расчета функции Грина и энергии основного состояния в многомерной модели Калоджеро. Сравнение численных результатов с данными, полученными методом Монте-Карло с применением итерационных алгоритмов, свидетельствует о том, что новые формулы обеспечивают высокую эффективность вычислений [15].

Для исследования поведения заряженной частицы в циклическом ускорителе разработан комплекс программ, реализующий алгоритм метода усреднения Крылова - Боголюбова в третьем приближении. Впервые удалось построить усредненные системы уравнений в окрестности свыше трех десятков резонансов и провести исследование полученных уравнений.

Найдена простая модель для неадиабатического движения частиц в дипольном поле, которая обобщает общеизвестную адиабатическую теорию движения заряженных частиц на явно неадиабатический случай. Численным методом исследованы спектрометрические возможности сверхпроводящего солиноида с дискретным распределением тока для измерения релятивистских электронов [16].

Построены и изучены нелинейные интегрируемые модели Гейзенберга на супералгебре Spl (2/1). Показано, что существуют две такие модели, связанные с компактной супералгеброй SU(2/1). Одна из них калибровочно эквивалентна U(2) нелинейному уравнению Шредингера (НУШ) в грассмановых переменных, другая - суперНУШ. Построена некомпактная версия псевдомагнетика на алгебре ospu (1,1/1), содержащая нелинейности более высокого порядка. Описана гамильтонова структура этих модулей, найдены некоторые частные решения. Существование разных версий псевдомагнетиков в рамках исходной spl (1/1)-модели связано с наличием нескольких каналов нарушения исходной симметрии. Каждому такому каналу соответствует возможная физическая фаза. Установлена связь полученных моделей с соответствующими пределами модели Хаббарда в высокотемпературной сверхпроводимости.

На основе обобщенных когерентных состояний группы SU(3) получена система уравнений, описывающая квазиклассическое поведение ферромагнетика Гейзенберга со спином S = 1. Для случая легкой оси в 4-мерном спиновом фазовом пространстве системы с помощью численного эксперимента обнаружен 2-мерный аттрактор, представляющий собой сферу S2, на которой лежит классический вектор намагниченности. Таким образом, поведение квантовой системы асимптотически стремится к классическому по сценарию аттрактора [17-18].

Решена классическая задача построения максимально простой нормальной формы аналитических матриц, степени которых образуют ограниченную полугруппу. Такая задача возникает при исследовании устойчивости систем дифференциальных и разностных уравнений. С помощью построенной квазижордановой нормальной формы впервые доказано необходимое и достаточное условие устойчивости в пространстве С полубесконечных разностных краевых задач гиперболического типа [19]. Исследованы распределения и перенос электрического заряда в однородной двумерной структуре туннельных переходов сверхмалой площади. Статика и динамика заряда могут быть адекватно описаны в терминах топологических солитонов с зарядом ±е. Вычислены распределение поля солитона, его собственная энергия, а также энергия взаимодействия солитонов друг с другом и с краем структуры. Проведено сравнение с одномерной цепочкой. Численное моделирование показало, что солитоны стремятся сформировать вигнеровский кристалл, который при определенных условиях может двигаться вдоль структуры без "плавления". Такой коррелированный перенос заряда приводит к узкополосным "одноэлектронным" колебаниям. Установлены условия экспериментального наблюдения этого эффекта и проведено сравнение с одномерной цепочкой [20].

Выполнена разработка алгоритмов и программных модулей и проведен многопараметрический численный анализ ряда задач теоретической физики. Исследованы связанные состояния мезомолекул изотопов водорода с аномальной четностью. Численно обнаружены 4 новых состояния с полным орбитальным моментом J 2, что исчерпывает весь спектр возможных состояний [21].

В рамках уравнений Швингера - Дайсона проведены вычисления конституентной массы ряда кварков нелокального конденсата, мезонов и их волновых функций, а также констант распадов. Показано, что выбранная модель КХД дает единое описание спектрометрии мезонов и их радиальных возбуждений для произвольных масс токовых кварков [22].

Численно исследованы нелинейные модели, описывающие процессы в бозе-конденсате и режимы с обострением в неоднородных средах [23-25]. Разработаны и исследованы алгоритмы для задачи рассеяния с использованием итерационных ньютоновских схем и вариационных принципов [26-28].

Методом Монте-Карло рассчитаны дифференциальные и интегральные характеристики электроядерного процесса в урановом реакторе с натриевым теплоносителем и свинцовой мишенью различных размеров [29].

Программный комплекс "Каскад" использован для моделирования -излучения наведенной активности, возникающей в мишенях из вольфрама и свинца под действием высокоэнергетических протонов. Расчетные данные сопоставимы с результатами измерений при энергиях 1,0 - 1,1 ГэВ. Определен выход ряда радионуклидов, изучено глубинное распределение радионуклидов в массивной свинцовой мишени. Различия расчетных и экспериментальных величин в среднем не превышают 20-35% [30].

Промоделированы изменения режима высокотемпературных сверхпроводящих болометров в пучках протонов и высокоэнергетических ионов [31].

На ЭВМ CDC-6500 создан электронный справочник сечений взаимодействий протонов, нейтронов и -мезонов различных знаков заряда с атомными ядрами. Сечения получаются путем интерполяции заложенного в память ЭВМ "атласа сечений", составленного с учетом мировой базы экспериментальных данных [32,33].

Создан генератор криволинейных координат на произвольных поверхностях в связи с исследованием кинематической устойчивости тонких пленок [34].

РАЗВИТИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ РЕГИСТРАЦИИ И ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ

Наладка программного обеспечения линий связи

В ЛВТА разработан интерфейс
связи ПЭВМ с ЕС ЭВМ.
На снимке: наладка програм-
много обеспечения линий связи

Предложена методика измерения оптической плотности треков на автомате АЭЛТ-2/160 и представления измеренных данных на ЭВМ. На реальных данных полутонового сканирования фотографий стримерных треков с установки РИСК проведено сравнительное исследование различных алгоритмов подсчета ионизационной плотности треков, позволившее выбрать в качестве оптимального алгоритм, основанный на подсчете числа треков в одномерном массиве, полученном из исходного массива путем построчного суммирования с последующей медианной фильтрацией [35].

Разработан и реализован метод измерений распределения плотности электронного кольца по синхротронному излучению. В качестве датчика используется телевизионная камера на матрице приборов с зарядовой связью К1200ЦМ1. Камера через интерфейсный блок в стандарте КАМАК подключена к ЭВМ СМ-4. Временная экспозиция осуществляется с помощью электрооптического затвора. Изображение кольца регистрируется матрицей ПЗС, оцифровывается и вводится в ЭВМ для последующей обработки. Одновременно его можно наблюдать на ТВ-мониторе. Ошибка в определении размеров кольца не превышает 10% и может быть уменьшена до 2% за счет использования высокоразрешающих объективов и более совершенных калибровочных приборов [36].

Разработан модуль видеопамяти, который является частью системы обработки изображений, получаемых с телевизионной камеры на матрице ПЗС. Память рассчитана на запоминание четырех картин с размерностью 256x256 точек и разрешением 8 бит. Любая из четырех областей памяти может использоваться как часть оперативной памяти ПЭВМ. Быстрый канал позволяет записывать оцифрованную картину со скоростью 15 М байт/с. Модуль содержит также служебную плоскость 256x256x1 бит [37].

Рассмотрена методика цифровой обработки сигналов, а также структура сигнальных процессоров с целью создания систем триггирования, сбора и обработки данных в экспериментах физики высоких энергий [38]. Исследована эффективность работы автомата HPD на линии с ЭВМ ЕС-1061 в режиме управления операционными системами СВМ и ОС ЕС. Завершено изготовление в ОП ОИЯИ столов АИСТ, необходимых для просмотра сложных снимков с различных установок. Повышена производительность системы ПУОС-САМЕТ-ЕС-1033 за счет организации индивидуального учета количества и качества измерений.

При помощи полуавтоматических устройств ПУОС-САМЕТ измерено 420,4 тыс. трековых событий на снимках с камер Лаборатории высоких энергий и Лаборатории ядерных проблем.

На АЭЛТ-2/160 обеспечен ресурс в объеме 1600 ч для измерений треков со сложной топологией в полутоновом режиме с установки МИС.

НАУЧНО-ПРИКЛАДНЫЕ РАБОТЫ

В Лаборатории выполнены расчеты матричных элементов от волновых функций мезомолекулярных комплексов для уточнения модели резонансного образования мезомолекул dt (J = 1, V = 1).

Создан ряд программных комплексов и организована обработка фотоизображений на сканирующей системе АЭЛТ-2/160 по измерению сосудов глазного дна и опухолевых образований в клетках глаза.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Кореньков В.В. и др. // ОИЯИ, Р11-90-2, Дубна, 1990.
  2. Галактионов В.В. и др. // ОИЯИ, Р11-90-56, Дубна, 1990.
  3. Федорова Р.Н., Широкова А.И. // ОИЯИ, Р11-90-465, Дубна, 1990.
  4. Бахуэлос А.Л. и др. // ОИЯИ, Р11-90-408, Дубна, 1990.
  5. Бахуэлос А.Л. и др. // ОИЯИ, Р11-90-442, Дубна, 1990.
  6. Gerdt V.P., Zharkov A.Yu. // JINR, Е5-90-47, Dubna, 1990.
  7. Gerdt V.P. // JINR, E5-90-48, Dubna, 1990.
  8. Тарасов O.B., Ширков Д.В. // ЯФ, 1990, т.51, вып.5, с. 1380.
  9. Berkovich L.M. et al. // JINR, E5-90-509, Dubna, 1990.
  10. Akselrod I.R. et al. // JINR, E5-90-508, Dubna, 1990.
  11. Иванов Э.Л. и др. // ОИЯИ, 9-90-217, Дубна, 1990.
  12. Мазепа Н.Е. // ОИЯИ, 11-90-244, Дубна, 1990.
  13. Ососков Г.А. и др. // ОИЯИ, Р10-90-367, Дубна, 1990.
  14. Жидков Е.П. и др. // ОИЯИ, Р11-90-180, Дубна, 1990.
  15. Lobanov Yu.Yu. et al. // JINR, E11-90-393, Dubna, 1990.
  16. Амирханов И.В. и др. // ОИЯИ, Р9-90-153, Р9-90-154, Дубна, 1990.
  17. Абдуллоев Х.О. и др. // ОИЯИ, Р17-90-298, Дубна, 1990.
  18. Makhankov V., Pashaev О. // In: Solitons & Applications. Proc. of the IV Intern. Workshop. World Scientific,
    Singapore, 1990, p.31.
  19. Сердюкова С.И. // ДАН, 1990, m.311, №4, c.801-806.
  20. Bakhvalov N.S. et al. // JINR, Ell-90-177, Dubna, 1990.
  21. Korobov V.I. et al. // JINR, E4-90-436, Dubna, 1990.
  22. Amirkhanov I.V. et al. // JINR, E2-90-414, Dubna, 1990.
  23. Жанлав Т., Пузынин И.В. // ОИЯИ, Р11-90-213, Дубна, 1990.
  24. Barashenkov I.V. et al. // JINR, E17-90-31, Dubna, 1990.
  25. Иванова Д.И. и др. // ОИЯИ, Р11-90-11, Дубна, 1990.
  26. Виницкий С.И. и др. // ЯФ, 1990, 52, 4(10), с.1176-1189.
  27. Жанлав Т., Пузынин И.В. // ОИЯИ, P11-90-381, Р11-90-382, Дубна, 1990.
  28. Жанлав Т. // ОИЯИ, Р11-90-49, Дубна, 1990.
  29. Барашенков B.C. и др. // ОИЯИ, Р2-90-349, Дубна, 1990.
  30. Barashenkov V.S. et al. // JINR, E2-90-258, Dubna, 1990.
  31. Астапов А.А. // ОИЯИ, P7-90-241, Дубна, 1990.
  32. Барашенков B.C. // ОИЯИ, P2-90-I58, Р2-90-257, Дубна, 1990.
  33. Барашенков B.C. и др. // ОИЯИ, Р2-90-159, Дубна, 1990.
  34. Нефедьев В.О. // Математическое моделирование, 1990, №3.
  35. Баранчук М.К. и др. // ОИЯИ, Р11-90-9, Дубна, 1990.
  36. Дамиш Ю. и др. // ОИЯИ, 9-90-114, Дубна, 1990.
  37. Krusinsky D., Sudek J. // JINR, E10-90-487, Dubna, 1990.
  38. Приходько В.И., Судек Я. // ОИЯИ, Р10-90-515, Дубна, 1990.

В начало