ЛАБОРАТОРИЯ
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ И АВТОМАТИЗАЦИИ

Отчет за 1992 год

Научный семинар в отделе
вычислительной математики
В 1992 году в Лаборатории вычислительной техники и автоматизации выполнены работы по развитию и эффективному использованию информационной вычислительной инфраструктуры ОИЯИ. Созданы новые и модернизированы имевшиеся пакеты системных и прикладных программ для ЭВМ различных уровней. Разработаны математические методы, алгоритмы и созданы комплексы программ обработки данных, моделирования физических установок и анализа экспериментальных данных. Выполнены заказы физических групп по обработке камерных снимков.

РАЗВИТИЕ ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ ИНСТИТУТА

СРЕДСТВА ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ, РАЗВИТИЕ БАЗОВЫХ ЭВМ

Завершены работы по очередному этапу развития общей скоростной компьютерной сети ETHERNET ОИЯИ: проведено подключение кабельного и узлового оборудования в основных корпусах площадки ЛВЭ/ЛСВЭ и управления ОИЯИ к существующей сети через общий узел связи в корпусе №134 ЛВТА. Получили выход на сеть ряд новых производственных помещений в ЛНФ и отделах ЛЯП. Проведено включение на новых участках сети ряда персональных ЭВМ и рабочих станций пользователей.

В.П.Шириков и директор ЛВТА Р.Позе на СКС «Дубна» На СКС «Дубна» выделен канал связи между ОИЯИ и Лабораторией Гран Сассо в Италии, имеющей узел связи HEPNET — системы, объединяющей исследовательские центры Европы.
На снимке: В.П.Шириков и директор ЛВТА Р.Позе на СКС «Дубна»
Завершены подготовительные работы для начала пробной эксплуатации 64-килобитного канала связи между локальной компьютерной сетью ОИЯИ и узлом сети HEPNET в лаборатории Гран Сассо ИНФН (Италия) через кабельную связь с СКС «Дубна» и спутник системы INTELSAT. Введены в эксплуатацию выделенная наземная линия связи с пропускной способностью в пределах 9,6 кбит/с между ОИЯИ и узлом сети RELCOM в ИАЭ им.И.В.Курчатова и коммутируемая линия системы ИСКРА для связи с ИФВЭ (Протвино) и ИТЭФ (Москва). Проведены пробные сеансы связи по коммутируемой телефонной линии с узлом сети FREENET в Институте органической химии (Москва), состыкованной с международной сетью EARN/BITNET.

На ЕС ЭВМ введены в эксплуатацию три дисковые подсистемы общей емкостью более 8 Гбайт. Объем общей дисковой памяти комплекса ЕС ЭВМ сейчас составляет около 24 Гбайт. Создана транспьютерная вычислительная система на основе компьютера РС/386. Система состоит из 8 плат с транспьютером Т800/20 и памятью 8 Мбайт на каждой и конфигурационной платы для динамического изменения архитектуры вычислительной среды. Транспьютерная система подключена к сети ETHERNET, а также связана с комплексом ЕС ЭВМ. Пользователям предоставлена возможность работы в различных программных подсистемах.

СИСТЕМНОЕ И ПРИКЛАДНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭВМ

Введена в эксплуатацию программная система контроля, сбора и анализа информации об эффективности функционирования сети ОИЯИ, состыкованной с сетью ETHERNET [1].

Для обеспечения корректного использования общей дисковой памяти несколькими машинами комплекса ЕС ЭВМ необходимо исключить параллельный доступ на запись к мини-диску с нескольких ЭВМ. Для решения этой проблемы разработан механизм резервирования и освобождения мини-дисков, используемых в режиме записи с разных машин [2,3]. На базовых ЭВМ VAX и ЕС ЭВМ внедрена лицензированная версия библиотеки численных алгоритмов для решения широкого круга задач в области математической физики и обработки данных, в том числе методами машинной графики. Для персональных ЭВМ в рамках операционных систем MS DOS и UNIX адаптирован ряд пакетов программ, наиболее активно используемых в ОИЯИ для решения задач экспериментальной и теоретической физики. Разработанный вариант программ для IBM PC передан в CERNLIB и принят как официальная версия ЦЕРН для MS DOS. Созданные программы переданы для эксплуатации в лаборатории ОИЯИ, некоторые институты России и ряд организаций других стран (США, Германия, Израиль, Англия) [4].

КОМПЛЕКС РАБОЧИХ И ГРАФИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ

Рабочая станция SUNIP
На снимке: рабочая
станция SUNIPX
Сотрудники ЛВТА ведут работы по организации локальной сети и программного обеспечения экспериментов на сепараторе ВАСИЛИСА (ЛЯР).

В среде PAW разработаны многооконный диалого-графический интерфейс пользователя для системы обработки данных эксперимента ВАСИЛИСА и методика графического представления экспериментальных данных из базы REACTIONS системы PPDS. Создан ряд программ (моделирование эксперимента, определение физических характеристик и др.) для установки "О Facility" (Германия), комплекса «Меченые нейтрино» и проекта СТОРС. Пользователи ПЭВМ, подключенных к сети ETHERNET, имеют возможность работать с файл-сервисами общего доступа (документация по различным пакетам, операционным системам, дистрибутивы программного обеспечения и др.). Имеется также целый ряд виртуальных дисков общего доступа, содержащих популярные у пользователей системы [5,6].

Эксплуатация базовых электронно-вычислительных машин
и просмотрово-измерительной аппаратуры.
Использование лабораториями Института (в часах) базовых ЭВМ

  ЛВТА ЛЯП ЛТФ ЛВЭ ЛСВЭ ЛЯР ЛНФ Прочие Всего
Комплекс
ЕС ЭВМ
(ЕС-1066А,В;
ЕС-1037А,В)
5121 2839 130 1105 4721 1436 89 102 15543
8350-кластер 2379 5493+1653* 161 5209 1263 252 1227 796 18445
CDC-6500 214 46 162 1244 997 120 43 209 3035

* Время, использованное ДЕЛФИ.

В 1992 году на приборах ПУОС и САМЕТ измерено 355 тыс. треков. Приборы ПУОС и САМЕТ подключены к ЭВМ ЕС-1061, машина ЕС-1033 выведена в резерв. Шесть приборов ПУОС работают на линии с ПЭВМ типа PC/XT. Автомат HPD подключен к ЭВМ ЕС-1037, подготовлено программное обеспечение и начаты измерения. Разработано новое программное обеспечение для измерения снимков МИС-2 на системе HPD-EC-1037. Для просмотра снимков с СВД подготовлены два стола БПС-75 и ведутся работы по адаптации для измерений снимков системы HPD и ПУОС.

На сканирующей измерительной системе АЭЛТ/2-160 измерено около 10 тыс. треков с установки МИС.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

Предложены методы оценки точности определения кинематических характеристик событий рассеяния мюонов в спектрометре СТОРС. Эти методы позволяют учитывать нелинейные эффекты, связанные с движением высокоэнергетичных частиц в сложном магнитном поле при воздействии таких возмущающих факторов, как потери энергии, кулоновское рассеяние и погрешность измерительных приборов. На основе математического эксперимента показана высокая точность метода, позволяющего реализовать потенциальные возможности экспериментального оборудования, связанные с высокой точностью современных координатных детекторов и радикальным уменьшением вещества в рабочем объеме установки [7].

Создано математическое обеспечение системы оперативного контроля эксперимента с использованием многоканальных электронных траекторных детекторов (установка ЭКСЧАРМ).

На базе применения нейронных сетей для распознавания треков проведен учет специфики таких дискретных детекторов, как многопроволочные пропорциональные камеры, приводящий к модификации так называемой роторной модели нейронной сети. Энергетическая функция сети в этой модификации содержит только один стоимостный член, что значительно ускоряет вычисления. Обеспечивается это введением селекции нейронов с помощью простых геометрических и энергетических критериев. Кроме того, применение клеточного автомата для предварительного отбора данных позволило создать начальную конфигурацию сети с энергией, близкой к своему глобальному минимуму. Алгоритм был протестирован на 10 тыс. реальных трековых событий, полученных на спектрометре АРЕС, и показал хорошие результаты, в том числе устойчивость к шумам и надежное разрешение близко лежащих треков [8].

Исследована возможность применения прямоточной нейронной сети для отбора событий, связанных с рождением В-мезонов, в калориметрическом триггере многочастичного спектрометра МЧС. Проведено сравнение эффективностей отбора указанных событий с помощью нейронной сети и традиционного метода, основанного на распределениях по поперечной энергии [9].

С использованием возможностей многомашинного комплекса ЕС ЭВМ разработана и создана система обработки данных для изучения гиперъядерных и многолучевых взаимодействий, зарегистрированных на гибридном спектрометре ГИБС [10].

Введена в опытную эксплуатацию программа обработки для установки РЕФЛЕКС (ЛНФ) на мультитранспьютерной станции. Создан графический и диалоговый интерфейс для задач расчета сложных электромагнитных полей физических установок (ЛСВЭ). Экспертная система поддержки принятия решений СОМЕХ разработана для выбора компьютерного комплекса при обработке экспериментальных данных. Помимо средств, типичных для экспертной системы, СОМЕХ содержит реляционную СУБД, подсистему работы с электронными таблицами, диалоговую графику, подсистему обработки текстов и другие средства интерфейса пользователя. Для данной экспертной системы необходим персональный компьютер IBM PC/AT или совместимый с ним, с оперативной памятью не менее 640 Кбайт и жестким диском [13,14].

РАЗРАБОТКА ПРИКЛАДНЫХ МЕТОДОВ ВЫЧИСЛЕНИЙ

На комплексе СИНС проводятся
работы по моделированию и обра-
ботке данных для экспериментов
ФОБОС (ЛЯР) и DISTO (ОИЯИ -
Турин - Сакле - Индиана)
Разработан новый эффективный метод приближенного вычисления кратных континуальных интегралов для решения многомерных задач квантовой физики. Созданы алгоритмы и соответствующие программы для ЭВМ. Проведено численное исследование свойств легких ядер методом приближенного континуального интегрирования. Выполнены расчеты энергии связи частиц (нуклонов) в ядре атома трития [15].

Исследованы проекционные методы решения потенциальных интегральных и дифференциальных уравнений магнитостатики, а также их некоторые обобщения. На основе проведенных исследований созданы комплексы программ, с помощью которых выполнено моделирование на ЭВМ пространственного магнитного поля сверхпроводящего магнита с ферромагнитным экраном для протонного фильтра [16].

Для широких классов дифференциальных уравнений, включающих уравнения квантовой механики с неограниченными потенциалами, построены представления решений в виде интеграла по мере в пространстве комплекснозначных траекторий [17].

Исследовано движение волн на решетках. При этом одним из ключевых моментов является решение обратной задачи для симметричных трехдиагональных матриц. Разработан численный алгоритм построения симметричных трех-диагональных матриц по заданному спектру и условиям «симметрии» ортонормированного базиса собственных векторов. Доказана аналитическая формула для собственных векторов. На ряде численных примеров показано, что предложенный численный алгоритм (метод Лонцоша с дополнительной полной ортогонализацией) дает прекрасные результаты даже для матриц высокого порядка. Без дополнительной полной ортогонализации хорошие результаты получаются лишь для матриц невысокого порядка. Предложен алгоритм вычисления системы дискретных ортогональных многочленов с произвольным весом [18-20].

Методом Монте-Карло промоделирована динамика электроядерного процесса, инициированного пучком протонов с энергией 1 ГэВ в большом блоке естественного урана. Деление образующихся ядер плутония приводит к резкому нарастанию потока нейтронов и, соответственно, к быстрому повышению концентрации плутония. При токе пучка ускоренных протонов, равном 100 мА, в течение первых шести месяцев концентрация легкоделящихся ядер возрастает в 4—5 раз и еще приблизительно вдвое за следующее полугодие. Вследствие увеличения потока нейтронов на периферии блока, главным образом из-за деления накапливающихся там ядер плутония, в сотни раз возрастает утечка нейтронов из блока. Суммарное тепловыделение в течение года возрастает почти в 50 раз. Вместе с тем форма пространственного распределения ядер плутония (нормированное распределение) практически не изменяется с течением времени.

Выполнено математическое моделирование процессов взаимодействия цучка протонов с различными ториевыми мишенями [11].

Исследована зависимость от времени радиального распределения энергии, выделяющейся внутри трека заряженной частицы (протона или иона) с энергией Е 1—104 МэВ/нуклон. Подробно рассмотрен случай легких сред, когда применима аппроксимация Р.Катца и др. [12].

Найдено обоснование сходимости обобщенного эволюционного ньютоновского процесса при представлении нелинейного оператора в виде суммы регулярного оператора и его возмущения. Установлена связь этого процесса с регуляризованными процессами ньютоновского типа, исследованы условия сходимости итерационных схем, обоснован алгоритм выбора оптимального итерационного параметра.

Показано, что предложенные итерационные схемы обладают свойством регуляризации и имеют более широкую область сходимости, чем классический метод Ньютона — Канторовича при одинаковой асимптотической скорости сходимости [21].

Созданы программы для решения систем линейных дифференциальных уравнений с использованием пакетов линейной алгебры [22].

Предложен метод построения адиабатического уравнения для описания дискретного и непрерывного спектров мезомолекулярных систем путем обобщения понятия эффективной массы. Он позволяет даже в простом двухуровневом приближении получить характеристики мезоатомных резонансных реакций, хорошо согласующихся с многоканальными расчетами [23].

Разработаны итерационная схема и программа вычисления сферических несимметричных состояний полярона в рамках модели Латтинжера — Лу, исследована сходимость итерационной схемы, основанной на разложении решения по сферическим функциям. Получена итерационная схема решения нелинейной сингулярной граничной задачи для систем дифференциальных уравнений второго порядка, коэффициенты которого зависят от асимптотик искомых решений, связанных дополнительным функциональным условием. В рамках моделей, приводящих к этой задаче, исследованы состояния сольватированного электрона, биэлектрона, вычислены волновые функции бариона в КХД-модели с растущим потенциалом [24].

Разработаны алгоритмы анализа и решения систем нелинейных алгебраических уравнений, имеющих бесконечное число общих корней. Алгоритмы реализованы в виде пакета программ ASYS, написанных на языке аналитических вычислений REDUCE. Показано, как такие системы могут быть, в рамках техники базисов Гребнера, автоматически редуцированы эквивалентному набору подсистем с меньшим числом переменных. Этот метод является особенно эффективным для систем, обладающих нетривиальными свойствами однородности.

Предложен подход к исследованию интегрируемости полиномиально-нелинейных эволюционных уравнений размерности 1 + 1. Подход основан на проверке существования законов сохранения и симметрии высших порядков. Если исследуемые уравнения содержат произвольные числовые параметры, то задача отбора всех интегрируемых случаев сводится к решению систем нелинейных алгебраических уравнений на имеющиеся параметры. Для этой цели использована техника базисов Гребнера, позволяющая эффективно упрощать и решать возникающие алгебраические уравнения, которые имеют, как правило, бесконечное множество решений.

Разработан метод проверки изоморфизма конечномерных алгебр Ли и построения явного вида матрицы преобразования для изоморфных алгебр. Метод основан на исследовании систем квадратично-нелинейных алгебраических уравнений для матричных элементов матрицы преобразования с помощью метода базисов Гребнера [25-27].

Продолжались исследования по суперсимметричным моделям Гейзенберга. Выявлена их связь с феноменологическими теориями ВТСП, возникающими из модели Хаббарда, а также с одномерными и нульмерными фазовыми переходами.

Закончено исследование псевдоспиновых моделей Гейзенберга, так что в едином подходе удалось описать интегрируемые гамильтонианы от квантового осциллятора до классической суперсимметричной модели Гейзенберга [28,29].

НАУЧНО-ПРИКЛАДНЫЕ РАБОТЫ

Разработан и создан модуль цифрового сигнального процессора, выполненный в виде платы для персональных ЭВМ типа РС-АТ/386/486. Он предназначен для цифровой обработки сигналов и изображений в системах сбора и обработки данных в триггерных системах экспериментальных установок, а также в прикладных областях (в частности, в медицине). Модуль построен на основе цифрового сигнального процессора TMS-32020. Он может быть использован как ускоритель вычислений при обработке изображений и данных, а также как основа для построения рабочего места разработчика аппаратуры [30].

Выполнены массовые расчеты параметров рассеяния мезоатомов на ядрах дейтерия и трития [31].

ЛИТЕРАТУРА

  1. Мазепа Е.Ю. и др. // ОИЯИ, Р11-92-164, Дубна, 1992.
  2. Бавижев А.Д. и др. // ОИЯИ, Р11-92-94, Дубна, 1992.
  3. Кореньков В.В. и др. // ОИЯИ, Р11-92-313, Дубна, 1992.
  4. Ivanov V.V. et al. // JINR, E11-92-248, Dubna, 1992.
  5. Акишин П.Г. и др. // ОИЯИ, Р1-92-167, Дубна, 1992.
  6. Баер Г. и др. // ОИЯИ, Р1-92-251, Дубна, 1992.
  7. Бонюшкина А.Ю. и др. // ОИЯИ, Р10-92-370, Дубна, 1992.
  8. Glasov А.А. et al. // JINR, E10-92-352, Dubna, 1992.
  9. Иванов B.B. и др. // ОИЯИ, P10-92-156, Дубна, 1992.
  10. Абдурахимов А.У. и др. // ОИЯИ, Р10-92-1, Дубна, 1992.
  11. Барашенков B.C. и др. // ОИЯИ, Р2-92-125, Р2-92-285, Дубна, 1992.
  12. Барашенков B.C. // ОИЯИ, Р7-92-365, Дубна, 1992.
  13. Ф.Фернандес Нодарсе // ОИЯИ, Р11-92-336, Дубна, 1992.
  14. Иванов В.Н., Ф.Фернандес Нодарсе // ОИЯИ, Р11-92-336, Дубна, 1992.
  15. Lobanov Yu.Yu. et al. // «Mathematical Modelling and Applied Mathematics». North-Holland, Amsterdam, 1992, p.273.
  16. Жидков Е.П. и др. // Дифференциальные уравнения, 1992, т.28, №10.
  17. Егикян Р.С., Ктитарев Д.В. // Математические заметки, 1992, т.51, №5, с.44.
  18. Serdyukova S.I., Zakhariev B.N. // Phys. Rev. A, 1992, vol.46, 1, p.58.
  19. Сердюкова С.И. // ОИЯИ, PI 1-92-434, Дубна, 1992.
  20. 3ахарьев Б.Н., Сердюкова С.И. // ОИЯИ, Р4-92-10, Дубна, 1992.
  21. Жанлав Т., Пузынин И.В. // Журнал вычислительной математики и математической физики, 1992, №32, с.З, с.846.
  22. Виницкий С.И. и др. // ОИЯИ, Р11-92-126, Дубна, 1992.
  23. Виницкий С.И. и др. // ЯФ, 1992, т.55, с.3283.
  24. Amirkhanov I.V. et al. // JINR, E11-92-205, E11-92-236, Dubna, 1992.
  25. Gerdt V.P. et al. // JINR, E11-92-157, Dubna, 1992.
  26. Gerdt V.P. // JINR, E11-92-338, Dubna, 1992.
  27. Gerdt V.P., Lassner W. // JINR, E5-92-145, Dubna, 1992.
  28. Makhankov V.G., Pashaev O.K. // Journ. of Math. Phys., 1992, vol.33, p.2923.
  29. Makhankov V.G., Pashaev O.K. // Pseudospin Models in Condensed Matter, Gordon and Breach, London, 1992.
  30. Меньшиков А.Л. и др. // ОИЯИ, Р10-92-182, Дубна, 1992.
  31. Korobov V.I. et al. // JINR, E4-92-358, Dubna, 1992.

В начало