И ННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА

федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ имени первого президента России Б.Н. Ельцина»

А.Я. Купряжкин, К.А. Некрасов, Поташников С.И.

ФИЗИЧЕСКОЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ моделирование

Курс лекций

Научный редактор – доктор ф.-м. н., проф. Купряжкин А.Я.

Екатеринбург

2008

УДК 669 (017.3)

Купряжкин А.Я., Некрасов К.А., Поташников С.И.

К92 Физическое и математическое моделирование: курс лекций / А.Я. Купряжкин, К.А. Некрасов, С.И. Поташников. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2008. 197 с.

В курсе лекций изложены основные методики высокоскоростного параллельного моделирования на графических процессорах, методы компьютерного моделирования процессов массопереноса в реакторных материалах, включающие методы численного решения дифференциальных уравнений, молекулярной динамики для моделирования свойств реакторных материалов. Продемонстрированы возможности указанных методов для расчета коэффициентов диффузии, дефектообразо­вания, структурного раз­упорядочения и межчастичных взаимодействий в реакторных материалах и их структурных аналогах.

Курс предназначен для подготовки магистров по специальности 140305 «Ядерные реакторы и энергетичеcкие установки» (направление 140300 «Ядерная физика и технологии»).

Научный редактор – доктор ф.-м. н., проф. Купряжкин А.Я.

Библиогр.: 69 назв. Рис. 67. Табл. 14. Прил. 2.
	© Уральский государственный технический университет – УПИ, 2008 ©Купряжкин А.Я., Некрасов К.А., Поташников С.И., 2008

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ 7

1. Архитектура и принципы работы обычных эвм с центральным процессором (cpu) 9

1.1. Структура традиционной ЭВМ 9

1.2. Организация работы ЭВМ 13

1.3. Иерархия памяти компьютера 13

1.4.  Выполнение команд 24

1.5. Требования к коммуникационным линиям 24

1.6. Устройства ввода-вывода 25

2. Методы повышения производительности традиционных эвм 27

2.1. Распараллеливание расчетов 27

2.2. Конвейерная обработка данных и команд 28

2.3. Высокопроизводительные процессоры 30

2.3.1. Суперскалярные процессоры 30

2.3.2. Процессоры RISC с сокращенным набором команд 31

2.3.3. Процессоры со сверхдлинным командным словом 34

2.3.4. Векторные процессоры 36

2.3.5. Процессоры для параллельных компьютеров 37

2.3.6. Процессоры с многопоточной архитектурой 37

2.3.7. Технология Hyper-Threading 39

2.4. Требования к памяти высокопроизводительных ЭВМ 40

2.5. Коммуникационная сеть высокопроизводительных ЭВМ 40

2.5.1. Статические и динамические топологии и маршрутизация коммуникационных систем 40

2.5.2. Многокаскадные сети и методы коммутации 41

2.6. Классификация архитектур параллельных компьютеров 42

3. Типы архитектур высокопроизводительных вычислительных систем 45

3.1. SIMD архитектура (с разделяемой и распределенной памятью) 45

3.2. MIMD архитектура с разделяемой и распределенной памятью 46

3.3. Комбинированные системы 49

3.4. Мультипроцессорные и мультикомпьютерные системы 51

3.5. Кластеры ПЭВМ и рабочих станций 51

3.6. Особенности параллельного программирования 56