Диплом (7 страниц из 86 написанных)


Техническое задание

УИТ-2-Бг-01
ФИО руководителя: Богатый В.В.
ФИО соруководителя: Власов А.В.
ФИО студента: Тукаев В.В.

Тема: "Использование ОС Linux при расчетах электромагнитных полей"

Основная часть записки:

  1. Классификация расчета оболочек.
  2. Постановка задачи.
  3. Критерии расчета оболочек применительно к инженерным задачам расчета магнитных полей.
  4. Описание ОС Linux.
  5. Задание расчетных условий.
  6. Блок-схема расчета.
  7. Программа расчета.
  8. Результаты.
  9. Конструкции управляющей катушки по расчету.
  10. Статические характеристики.
  11. Динамические характеристики.
  12. Экономика.
  13. БЖД.

ВВЕДЕНИЕ

Целью данного дипломного проекта является разработка программного продукта, осуществляющего расчет параметров магнитных полей осесимметричных катушек. Дипломный проект содержит сравнительный анализ современных операционных систем, обоснование выбора операционной системы Linux в качестве среды разработки. Подробно рассматривается история создания и основные характеристики операционной системы Linux.

Осесимметричные катушки с током, выполненные без ферромагнитопровода, широко используют в физике и технике сильных магнитных полей при создании пузырьковых камер, ускорителей заряженных частиц, магнитных ловушек и других электрофизических установок. Водоохлаждаемые и криогенные соленоиды служат источниками полей с большой индукцией в исследовательских лабораториях магнетизма, физики твердого тела, прикладной радиофизики. Катушки постоянного и переменного тока соленоидного типа применяют также в электроэнергетических и электромеханических устройствах в качестве токовых реакторов, индукторов, электромагнитов. Осесимметричные катушки сравнительно малых размеров распространены в системах радиоэлектроники и автоматики.

Алгоритм расчета параметров магнитного поля системы соосных катушек основан на использовании метода однократных квадратур. Для организации численного интегрирования используется квадратурная формула Гаусса с 16 узлами интерполяции. Компоненты индукции и векторный потенциал поля системы из нескольких соосных катушек с различными конструктивными (средними) плотностями тока вычисляются по принципу суперпозиции полей отдельных источников.


Требования к ОС для научных расчетов

Рассмотрим самую популярную на сегодняшний день ОС - Microsoft Windows, в сравнении с UNIX (имеется в виду весь класс UNIX-совместимых и UNIXоподобных систем, само же слово UNIX является зарегистрированной торговой маркой AT&T).


1.1 Microsoft Windows

  1. Первоначальная ориентированность ОС на научные вычисления, либо возможность настройки и оптимизации именно под этот круг задач.
    Общеизвестным фактом является то, что MS Windows построена по принципу “работоспособность прямо из коробки”, то есть достаточно установить эту ОС на компьютер - и можно комфортно работать. Достигается это за счет уменьшения настраиваемости и масштабируемости - система изначально имеет определенную конфигурацию, поддающуюся изменению в крайне малой степени. Windows позиционируется как функционально законченный продукт, который умеет все, что нужно среднестатистическому пользователю, и в этом ее основной недостаток (или главное достоинство, как считают некоторые).
  2. Низкие требования к аппаратной среде.
    Windows никогда не относилась к системным ресурсам экономно (причины изложены в предыдущем пункте). Каждая новая версия требует наисовременнейшего на момент своего появления компьютера - и это только для поддержания жизнедеятельности самой Windows! Я сам когда-то пытался "подчистить" Windows, удаляя ненужные мне DLL-файлы и убирая из реестра ненужные мне записи, результатом чего явилась внеплановая переустановка системы. Это убедило меня в том, что ненужной мне является сама Windows.
  3. Возможность работы в распределенной вычислительной сети или в составе кластера.
    Никому и никогда не придет в голову мысль построить кластер на Windows-компьютерах (во всяком случае, я очень на это надеюсь). Что же касается распределенных вычислений, то они реализуются с помощью специальных программ, работающих поверх Windows.
  4. Поддержка большого числа архитектур.
    Windows работоспособна только на компьютерах IBM PC. У фирмы Microsoft был печальный опыт переноса Windows NT 4.0 на компьютеры с процессорами Alpha, PowerPC, MIPS R4400. Конечно же проект провалился - ну кто же будет использовать изделие фирмы Microsoft на профессиональном компьютере!? Нелепица.
  5. Надежность системы, возможность работы в режиме 24х7.
    Даже обсуждать этот пункт не хочется - "надежность" Windows давно стала притчей во языцех. Например, Ларри Эллисон, основной конкурент Билли Гейтса на звание самого богатого человека в мире, предложил хакерам всего мира взломать сайт возглавляемой им фирмы Oracle. Хакерам это не удалось, причем сам Ларри Эллисон связывает это с тем фактом, что сервер работал под управлением UNIX, а не Windows NT. Если и существуют какие-то способы построить систему, работающую в режиме 24x7 на основе изделий фирмы Microsoft, то я их не знаю (Ларри Эллисон, видимо, тоже).
  6. Дешевизна (либо бесплатность) самой ОС, а также низкая стоимость ее развертывания, сопровождения и модернизации.
    Программы от Microsoft никогда не бывают дешевыми, цена на Windows колеблется от сотен до тысяч долларов за одномашинную копию (в зависимости от версии и модификации). Самая дешевая модификация новейшей версии (WindowsXP Home Edition) стоит 240 долларов. Важно понимать, что даже пользуясь пиратской Windows, вы работаете на американскую экономику, популяризуя продукцию MS. При этом вам придется затратить огромное количество сил и времени на приведение системы в рабочее состояние - или наймите специалиста, в обязанности которого будет входить реанимирование рухнувшей сети. Модернизация Windows обычно сводится к стиранию предыдущей версии и установке на ее место новой, при этом приходится заново настраивать ОС и переустанавливать все необходимые программы.
  7. Стандартизация.
    Существует два вида стандартов - стандарты де-факто и стандарты де-юре. Windows давно стала стандартом де-факто в мире x86-совместимых компьютеров. При этом она не подчиняется стандартам де-юре (достаточно вспомнить нашумевшие истории с “модификацией” технологий Java и Kerberos). Кроме того, она не подчиняется стандарту POSIX (что неудивительно - ведь это стандарт на UNIX-совместимость), использует свои собственные API (ActiveX, DirectX), поэтому портирование Windows-программ на другие архитектуры крайне затруднено.

1.2 UNIX

  1. Первоначальная ориентированность ОС на научные вычисления, либо возможность настройки и оптимизации именно под этот круг задач.
    Любая UNIX-система характеризуется высочайшим уровнем способности к конфигурации, настройке и оптимизации под конкретную задачу. У открытых систем (Linux, FreeBSD, HURD, а также в некоторой степени и Solaris, Plan9, QNX) эти способности еще более ярко выражены по сравнению с коммерческими UNIX (SCO, IRIX, SunOS, AIX), которые не позволяют изменять ядро и свободно распоряжаться системными настройками низкого уровня.
  2. Низкие требования к аппаратной среде.
    UNIX-системы работоспособны практически в любой аппаратной среде. Несмотря на обилие модификаций UNIX, ориентированных на самые различные архитектуры и на широкий спектр аппаратных конфигураций, важно понимать, что все это - UNIX. Все UNIX обладают высокой степенью совместимости на уровне исходных текстов программ, что позволяет даже на слабых машинах использовать новейшие версии прикладных и системных пакетов. Некоторые UNIX можно использовать даже на IBM PC XT (Minix, например).
  3. Возможность работы в распределенной вычислительной сети или в составе кластера.
    В отличие от Windows, которая позиционируется как ОС, которая умеет все, UNIX всегда рассматривался как система, которая может научиться всему. Причем в последнее время наметилась четкая тенденция создания кластеров именно под Linux (например, спецэффекты фильма “Шрек” создавались на тысяче обычных ПК, объединенных в Linux-кластер). Почему бы в нашем институте не создать кластер из старых “троек” и “четверок”? Получится очень даже недурной сервер - поручим ему какие-нибудь научные расчеты (взлом ключей RSA, например, или нахождение простых чисел Мерсенна). Или можно реорганизовать Windows-ориентированную ЛВС нашего ВЦ в распределенную вычислительную сеть, что позволит на 100% использовать сумму оставшихся невостребованными вычислительных ресурсов этих компьютеров, которые часто простаивают без дела, а если и используются, то на 10-20% от своей мощности.
  4. Поддержка большого числа архитектур.
    UNIX работает на большинстве архитектур, причем обычно доступно несколько вариантов UNIX, более того - один и тот же вариант UNIX’а обычно переносится на несколько архитектур. Даже такую экзотику как Plan9, можно запустить на IBM PC, SGI Challenge, SGI Carrera (MIPS R4400), Alpha и Macintosh (PowerPC).
  5. Надежность системы, возможность работы в режиме 24х7.
    Надежность UNIX - величина, увеличивающаяся непрерывно (апдейты и патчи выходят постоянно, для каждой программы индивидуально), тогда как надежность Windows улучшается дискретно, то есть скачкообразно, за счет выпуска ServicePack, которые исправляют сразу много ошибок (а в Windows их мало и не бывает), правда, еще большее количество ошибок НЕ исправляется - для совместимости (священная корова фирмы Microsoft), а уж сколько эти сервиспуки добавляют новых…
  6. Дешевизна (либо бесплатность) самой ОС, а также низкая стоимость ее развертывания, сопровождения и модернизации.
    На сегодняшний день существуют бесплатные, и даже открытые UNIX, причем в последнее время к домену открытого ПО благоволят даже некоторые заибацу - и это не может не радовать. Zaibatsu - японское слово, означающее транснациональную мега-корпорацию (например, Sony, IBM, Microsoft).
  7. Стандартизация.
    Все UNIX подчиняются стандарту IEEE 1003.1 (он же POSIX 1003.1, он же POSIX.1), описывающему интерфейс командной строки (и поэтому вам не придется долго переучиваться при переходе на другую UNIX-систему), а также POSIX.2, описывающему системные вызовы (что обеспечивает хорошую переносимость программ). Существует стандарт POSIX.4, описывающий операционные системы реального времени, и являющийся дополнением к стандартам POSIX.1 и POSIX.2. Как это отличается от политики фирмы Microsoft, которая так любит устанавливать свои собственные стандарты!

Оригинал документа


Назад

На главную страницу

X