Введение к работе
Актуальность работы. Пакеты прикладных программ (ППП) являются одной из современных форм автоматизации решения задач в различных предметных областях. Многообразие сфер применения вычислительной техники обусловливает многообразие пакетов, которые различаются по функциональному назначению, сложности исследуемых с их помощью объектов и явлений, способам организации в них вычислительного процесса, принципам их функционирования. Массовый характер производства пакетов, необходимость повышения их качества делают чрезвычайно актуальной проблему создания.методологий и технологий, обеспечивающих автоматизацию конструирования, функционирования и развития конкретного класса пакетов, и, в частности, пакетов, в которых используется алгоритмы статистического моделирования траекторий в геометрически- сложных областях.
Решение этой проблемы требует разработки специализированных технологических средств, ориентированных на определенный круг предметных областей и учитывающих не только операционную обстановку разработки пакета и квалификацию различных категорий его пользователей, но и специфику используемых вычислительных алгоритмов. Базовым методом рассматриваемого семейства пакетов является метод Монте-Карло, активное применение которого для решения широкого круга проблем обусловлено слабой зависимостью трудоемкости алгоритмов от размерности пространства и сложности геометрии. Глубокая модульность алгоритмов метода Монте-Карло позволяет свести сложную задачу статистического моделирования траектории в геоыетрически-сложной области к совокупности более простых, относительно самостоятельных задач моделирования траектории в элементарных подобластях. Последнее обстоятельство делает чрезвычайно перспективной автоматизацию решения разнообразных проблем, использующих статистическое моделирование траекторий.
К началу данной работы активно велись исследования по автоматизации решения задач из различных предметных областей. Однако систематическое исследование по специфике автоматизации указанного семейства пакетов проведено не было. Отсутствие методологии
- г -
и технологии разработки данного класса пакетов затрудняло применение статистического моделирования траекторий для решения практических задач.
Цель работы. Исследование и разработка средств атоматиза-ции, обеспечивающих построение, функционирование и развитие ППП статистического моделирования траекторий в областях сложной геометрии. Разработка конкретных ППП по предложенной технологии.
Область исследований. Принципы и методы построения пакетов прикладных программ. Основные задачи исследований:
провести модульный анализ предметных областей разрабатываемых пакетов, алгоритмического и программного обеспечения, на базе которого эти пакеты создаются;. определить перспективы дальнейшего развития данного класса пакетов с целью определения направления их автоматизации;
проанализировать технологические системы разработки пакетов с целью определения требований к разрабатываемым технологическим средствам автоматизации;
изучить операционную обстановку, в которой разрабатываются пакеты с целью определения архитектуры технологических средств на различных классах ЭВМ.
Научная новизна. В диссертационной работе определены направления автоматизации пакетов статистического моделирования траекторий в геометрически-сложных областях, предложена методология организации таких пакетов, базирующаяся на идеях объектно-ориентированного программирования. Эта методология может быть использована для автоматизации разработки пакетов данного семейства независимо от типа используемой ЗВМ.
Практическая значимость. Предложенная методология разработки пакетов статистического моделирования траекторий в геометрически-сложных областях поддержана совокупностью разработанных технологических средств, предназначенных для создания таких пакетов на ЭВМ БЭСМ-6 и ЕС ЭВМ. Состав и архитектура этих средств существенно зависит от аппаратного и штатного программного обеспечения этих вычисли:зльных машин. На ЭВМ БЭСМ-6 технологические средства реализованы в форме инструментальной системы
СТАРТ. Версии пакетов для ЕС ЭВМ представлены проблемно-ориентированными подсистемами, разработанными средствами технологического комплекса ТРАП. Данные технологические средства использованы при разработке пакетов, предназначенных для проведения вычислительного эксперимента при проектирования сложных инженерно-технических установок. Использование этих средств существенно сократило время разработки пакетов, так как обеспечило пакет готовым системным наполнением, облегчило процесс разработки и реализации удобного входного языка пакета, содержащего средства для автоматизации его разработки, функционирования и развития.
Реализация результатов. Исследование, разработка методологии и технологии автоматизации создания, функционирования и развития пакетов статистического моделирования траекторий выполнены в рамках трех плановых тем ВЦ СО РАН в процессе создания пакетов КЕДР. МИРАЖ И НЕКТОН-1.
Пакет КЕДР предназначен для расчета реакторов с нестандартной геометрией; МИРАЖ - для расчета радиационного теплообмена между поверхностями тел, находящихся в вакууме; НЕКТОН-1 - для решения краевых задач теории упругости и потенциала.
ИС СТАРТ использована при разработке пакетов КЕДР, МИРАЖ и НЕКТОН-1 на ЭВМ БЭСМ-6. Проблемно-ориентированные подсистемы МИРТА и НЕРПА, разработанные средствами технологического комплекса ТРАП, вошли с состав версий пакетов МИРАЖ и НЕКТОН-1. реализованных на ЕС ЭВМ.
Все разработанные пакеты и технологические системы приняты соответствующими межведомственными комиссиями в 1985 - 1991 гг. и сданы в ГосФАП. Система СТАРТ внедрена в эксплуатацию в ряде организаций страны.
Апробация. Результаты работы докладывались на школах по технологии разработки ППП (Иркутск. 1979, 1980, 1981. 1989; Владивосток. '1982; Москва, 1987; Адлер, 1991); Всесоюзной конференции "Синтез, тестирование, верификация и отладка программ" (Рига, 1981); Всесоюзном семинаре "Применение метода Монте-Карло в задачах переноса частиц в веществе" (Алма-Ата, 1983); Всесоюзном семинаре "Промышленная технология создания и применения программных средств в организации управления и НИОКР" (Свердловск. 1984); VII Всесоюзном совещании "Методы Монте-Карло в вычисли-
- 4 -тельной математике и математической физике" (Новосибирск. 1985); республиканском семинаре "Общие вопросы технологии создания программного обеспечения" (Вильнюс, 1985. 1988); семинарах ВЦ СО АН СССР по пакетам прикладных программ (Новосибирск, 1981, 1984); объединенном семинаре НГУ, ВЦ СО АН СССР и НФИТМиВТ по системному программированию (Новосибирск. 1982); семинаре ВЦ СО АН СССР "Математическое и архитектурное обеспечение параллельных вычислений" (Новосибирск, 1988); школе-семинаре "Актуальные проблемы статистического моделирования и их приложения" (Ташкент, 1989); VIII Всесоюзном совещании "Методы Монте-Карло" (Новосибирск, 1991).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 36 работ, список которых приводится в конце автореферата.
Структура и объем. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы (110 наименований), трех приложений; изложена на 108 страницах машинописного текста, содержит 3 таблицы и 5 рисунков.
