浅谈高性能计算
摘要：高性能计算是一个国家的综合国力的体现，是支撑国家实力持续发展的关键技术之一，在国防安全、高科技发展和国民经济建设中占有重要的战略地位。计算科学已经和传统的理论科学与实验科学并列成为第三门科学，它们相辅相成地推动着人类科技发展和社会文明的进步。21世纪科学最重要和经济上最有前途的研究前沿，有可能通过熟练地掌握先进的计算技术和运用计算科学得到解决。
本报告首先简单地介绍一下高性能计算的含义、特点、应用需求、地位和作用；接着讲述国际高性能计算机和我国高性能计算机的发展状况；然后概略地谈一下应用实例；最后对加速我国高性能计算及高性能计算机的发展发表几点参考意见。
Abstract: High performance computing is a reflection of a country's comprehensive national strength, is one of the key technologies to support sustainable development of the strength of a country, in the national defense security, high-tech development and national economic construction has important strategic position. Computational science is science and experimental science and the traditional theory and became the third science, they complement each other to promote the human development of science and technology and social progress of civilization. 21st century science and the most important and most promising economic research front, likely by skillfully master advanced computing techniques and the use of computational science is resolved. This report firstly simply introduce the meaning and characteristics of high performance computing, application requirements, status and role; Then tell the international high performance computer and the development of high performance computer in our country; And then briefly discuss the applications; Finally, accelerate the development of high performance computing and some reference ideas on the development of high performance computer.
关键词：高性能计算、软件科技前沿
Keywords: high performance computing, software technology frontier
1.高性能计算的意义
1.1 高性能计算的含义
高性能计算是计算机科学的一个分支，研究并行算法和开发相关软件，致力于开发高性能计算机。随着信息化社会的飞速发展，高性能计算已成为继理论科学和实验科学之后科学研究的第三大支柱。在一些新兴的学科，如新材料技术和生物技术领域，高性能计算机已成为科学研究的必备工具。同时，高性能计算也越来越多地渗透到石油工业等一些传统产业，以提高生产效率、降低生产成本。金融、政府信息化、教育、企业、网络游戏等更广泛的领域对高性能计算的需求也迅猛增长。
1.2 高性能计算的应用需求
2006年开始，超级计算中心结合中科院“1+10”创新基地和重点学科的部署，重点对过程工程、空间科学、计算化学、药物设计、材料科学、地球科学、环境科学、生物信息、流体力学、高能物理等11个应用领域的相关用户再次进行“十一五”期间的高性能计算需求调查。调查内容包括用户对计算能力(CPU、内存、网络)、存储能力(对磁盘空间的需求)及应用软件需求等几个部分。
在这次调查中，我院有22个科研单位的42个课题组对高性能计算提出了需求，这些课题的来源主要包括国家自然科学基金、大科学工程、“973”、“863”、中科院、上海科委、国家气象局、北京市科委等。
不同的用户分别用计算所需CPU数与每年所需总机时来表述所需要计算能力，为便于统计，我们对每个用户的计算需求统一换算为每年所需总机时数，并进一步转换为计算性能(Gflops)来表示。
据目前数据统计，以上所有学科领域总计算机时需求为129百万CPU小时，以深腾6800为参照，所对应的计算能力约为78Tflops，约用15006多个处理器。同时对应用软件以及可视化也有相当多的需求，这里不再赘述。
1.3 高性能计算的战略地位
从战略高度上讲，高性能计算技术是一个国家综合国力的体现，高性能高计算是支撑国家实力持续发展的关键技术之一。高性能计算国防安全、高科技发展和国民经济建设中占有重要的战略地位。美国有关发展高性能计算的建议报告指出，从1982年到2005年，美国国防部、能源部、国家科学院、国家科学基金委以及美国总统信息技术顾问委员会、美国信息技术咨询委员会、美国国家竞争力委员会等提出的有关信息技术和计算机的建议报告中，大都涉及到了高性能超级计算机的内容。2006年2月，国务院发布《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006～2020年）》指出加速发展高性能计算对提高我国国防建设与国家安全、国家经济建设、国家重大工程和基础科学研究等尖端科技领域的核心支撑能力，具有十分重
要的战略意义。提出要全面提升我国的自主创新能力，以期将我国在2020年前建设成为一个创新型国家。
2.高性能计算的发展与现状
2.1 高性能计算机的历史
20世纪70年代出现的向量计算机可看作是第一代HPC，通过在计算机中加入向量流水部件，大大提高了科学计算中向量运算的速度。其中较著名的有CDC 系列、CRAY系列、NEC的SX系列和中国的银河一号及中科院计算所的757计算机。80年代初期，随着VLSI技术和微处理器技术的发展，向量机一统天下的格局逐渐被打破，“性/价比”而非单一性能成为衡量HPC系统的重要指标。90年代初期，大规模并行处理(MPP)系统已开始成为HPC发展的主流，MPP系统由多个微处理器通过高速互联网络构成，每个处理器之间通过消息传递的方式进行通讯和协调。代表性系统有TMC的CM-5、Intel Paragon、中科院计算所的曙光1000等。较MPP早几年问世的对称多处理(SMP)系统由数目相对较少的微处理器共享物理内存和I/O总线形成，早期的SMP和MPP相比扩展能力有限，不具有很强的计算能力，但单机系统兼容性好，所以90年代中后期的一种趋势是将SMP的优点和MPP的扩展能力结合，发展成后来的CC-NUMA结构，即分布式共享内存。其代表为Sequent NUMA-Q、SGI-Cray Origin、国内的神威与银河系列等。在发展CC-NUMA同时，机群系统(Cluster)也迅速发展起来。机群系统是由多个微处理器构成的计算机节点通过高速网络互连而成，节点一般是可以单独运行的商品化计算机。机群系统比MPP具有更高的性价比，其代表是IBM SP2，国内有曙光3000、4000，联想深腾1800、6800等。
2.2 高性能计算机的现状
每年6月和11月发布的TOP500一直是全球HPC领域的风向标，排行榜的变化折射出全球HPC在技术和应用方面的研究现状和发展趋势。第28届全球TOP500 HPC排行榜于2006年11月14日在美国召开的SC06大会上正式对外发布，最新排行榜反映出如下一些新的变化。
(1)总体性能趋势。TOP500组织称，最新全部500套系统的总体计算性能将达到3.53千万亿次每秒(Pflops)，而半年前只有2.79Pflops，一年前是2.30Pflops。能够进入TOP500 HPC系统的Linpack性能已从半年前的 2.026万亿次每秒(Tflops)上升到2.737Tflops。而进入前100位的系统Linpack性能则从半年前的4.713Tflops上升到6.619Tflops。
(2)美国霸主地位牢不可破， TOP10美国占7套。美国仍然是HPC的最大用户，在研发和应用领域都遥遥领先。此次TOP500排行榜中，一共有309套安装在美国，美国在HPC领域的综合发展水平依然是全球第一，其全球霸主地位仍然牢不
可破。
欧洲有所复苏，共有92套系统，超过亚洲的79套，重回第二位。在欧洲，英国是最大用户，拥有30套系统，其次是德国，拥有18套。亚洲最大的用户是日本，拥有30套，而中国则从半年前的28套减少到18套。
(3)厂商：IBM和HP是最大赢家。当前TOP500中各个性能档次的大多数系统都来自IBM和HP。IBM仍然是TOP500的领导者，所占份额为47.2%。HP为第二大厂商，占31.6%，但HP此次未能进入TOP10。份额超过3%的其它制造商为：SGI(4.0%)、DELL(3.6%)、CRAY(3.0%)，这三大厂商都有系统入选TOP10。
(4)体系结构：Cluster大行其道，MPP不容忽视。工业标准化的机群系统Cluster 仍占据TOP500 HPC排行榜的垄断地位，361套系统，占72.2%。绝大部分的机群系统来自IBM和HP，主要面向工业和商业的低端应用领域。采用星群(Constellations)结构的系统为31套，比半年前的38套有所减少。而108套面向高端市场的MPP结构系统比半年前的98套有所回升。
(5)处理器：AMD大获增长，Inetl仍是最大赢家。目前，TOP500共有263套系统采用英特尔处理器，占52.6%，比一年前的333套(66.6%)有较大幅度下降。形成鲜明对比的是，AMD的皓龙系列处理器从一年前的56套(占11.20%)增加到现在的113套(占22.6%)，并首次超过IBM的Power，成为现在TOP500中应用最多的第二大处理器。另有91套系统采用IBM的Power处理器(占18.2%)，而一年前只有72套(占14.4%)。另外，双核处理器也已获广泛应用。已有76套系统采用皓龙双核CPU，31套采用了英特尔最新推出的Woodcrest双核至强。
(6)互连网络：InfiniBand增长迅速。尽管半年前有256套系统采用千兆以太网，而现在只有213套，但千兆以太网仍然是用得最多的内部系统连接技术。Myricom 公司的Myrinet从87套减少到了79套。相反，InfiniBand技术获得了迅猛增长，从半年前的36套增加到现在的78套。
(7)操作系统：Linux成为首选。Linux目前已成为HPC的首选操作系统。当前TOP500排行榜中有376套系统使用了Linux操作系统，比重为75.2%，而2001年仅有39套；相比之下，此次只有86套使用Unix操作系统，而2001年是443套。短短几年时间，TOP500 中操作系统的格局发生了翻天覆地的变化。
网络化将是HPC最重要的趋势，网格(Gird)已成为高性能计算一个新的研究热点。网格将分布于全国的计算机、数据、存储设备、用户、软件等组织成一个逻辑整体，各行业可以在此基础上运行各自的应用网格。
2.3 高性能计算面临的主要问题
2.3.1Memory wall：存储器访问能力与处理部件计算能力的不平衡
（1)处理器速度每年提高59%，高性能计算速度提高更快。
（2）存储器速度每年提高7%。
（3）处理器性能与数据访问带宽和延迟之间的差距越来越大。
（4）必须从系统存储体系结构上创新，改进时延机制，以提供更高的带宽和更低的延迟。（5）目前对三类超级计算机（定制、混合与商业）的主要区别在于针对不同的存储访问模式所能提供的有效本地和全局存储访问带宽。
2.3.2Programming wall: 系统规模增大到10万个以上处理器，系统结构复杂（数据共享与消息通信模式交织），为超级计算机编写高效健壮程序越来越复杂，越来越困难。
（1）高性能机器上的程序设计语言、库和应用开发环境的进展比广泛应用的工业软件差很多。
（2）没有广泛应用的并行程序设计模型。
（3）.软件的研制周期大于硬件的研制周期。
2.3.3Power wall：单个芯片的功耗急剧升高，导致整个系统的总功耗越来越高
（1）占地均在数百~数千平方米，功耗在数兆瓦。
（2）综合成本急剧增加，高达数亿美元。
3.高性能计算的应用
3.1 高性能计算的应用领域
回顾计算机问世半个多世纪的历史，高性能计算应用与高性能计算技术的发展是密不可分的。一方面，计算机技术的发展为高性能计算应用提供了强大工具和物质基础，应用开发也推动了高性能计算技术本身的发展。高性能计算技术被广泛地应用于核武器研究和核材料储存仿真、生物信息技术、医疗和新药研究、计算化学、天气和灾害预报、工业过程改进和环境保护等许多领域。值得注意的是游戏等娱乐领域近年来已逐步成为HPC新的用户。
近年来高性能计算在工业和制造业领域的应用越来越普遍和广泛。传统飞行器设计方法试验昂贵、费时，所获信息有限，迫使人们用先进的计算机仿真手段指导设计，大量减少原型机试验，缩短研发周期，节约研究经费。目前在航空、航天、汽车等工业领域，利用CFD进行的反复设计、分析、优化已成为标准的必经步骤和手段。
国外的HPC应用已具有相当的规模，在各个领域都有比较成熟的应用实例。在政府部门大量使用HPC能有效提高政府对国民经济和社会发展的宏观监控和引导能力，包括打击走私、增强税收、进行金融监控和风险预警、环境和资源的监控和分析等。在发明创新领域，壳牌石油公司通过全球内部网和高性能服务器收集员工的创新建议，加以集中处理。在设计领域，好利威尔公司和通用电气公司用网络将全球各地设计中心的服务器和贵重设备连于一体，以便于工程师和客户共同设计产品，设计时间可缩短100倍。此外，制造、后勤运输、市场调查等领域也都是HPC大显身手的领域。
3.2 高性能计算的应用进展
深腾6800的应用领域涉及气象数值预报、地震预报、生物信息、药物设计、环境科学、空间科学、材料科学、计算物理、计算化学、流体力学、地震三维成像、油藏数值模拟、天体星系模拟等，其中70%以上的课题得到国家级重点项目的资助，在院内外的科学计算中发挥了重要作用，并作为国家网格项目北方区中心结点与上海超级计算中心及全国6个省市的大型计算机实现了异地互联。以高
性能计算环境为基础，中科院超级计算中心积极与院内外的多家单位合作，取得了一系列引人注目的应用成果。
与中科院力学所非线性力学国家重点实验室(LNM)和中国地震局合作的应用课题“非均匀脆性介质破坏的共性特征、前兆与地震预报”，在成功预测2004年和2005年中国大陆地震以及南亚地震方面取得了引人瞩目的成果，并由超级计算中心帮助完成的并行化LURR地震预报程序已按国家地震局的要求移植到地震局的计算环境中，将在我国中长期地震预测预报中发挥重要作用；与中科院武汉测量与地球物理所合作的应用课题“地球重力场仿真系统研究”，其成果在2005年珠峰测高中发挥了重要作用；与中科院生态环境研究中心和中国气象科学研究院合作的应用课题“大规模科学计算在生态环境研究中的应用”，其成果为北京市城市规划提供了科学依据；与中科院空间科学与应用研究中心合作的应用课题“灾害性空间天气数值预报模式的初步应用开发”，参与了“双星计划”，为中国航天事业发展做出了贡献；与中科院过程工程研究所合作的应用课题“大规模并行粒子模拟通用软件平台的开发与应用”，其成果已经在工业应用中(如宝钢)取得显著成效。
4.高性能计算的挑战与机遇
4.1 高性能计算发展的展望
高性能计算的硬件发展令人叹为观止，但软件方面的缺失仍是高性能计算应用效率提高的瓶颈,如何解决软硬失衡问题，也是高性能计算方面的研究热点。西方国家在硬件制造和软件开发方面相对比较平衡，而我国高性能计算产业呈现的却是机器大、应用少、软硬失衡的格局。软件开发和应用水平的提高,取决于多方面的因素,一是目前我们还缺乏对规模更大、精度更高的计算模型及算法的研究,它们在传统高性能用户如石油、气象、航天等领域有巨大的需求；二是政府、软件开发商对多核处理器的支持力度不够,投入不足；三是我国专业软件开发的人员少，队伍还不够固定。
4.2 加速我国高性能计算发展的参考意见
(1)以用户需求为导向，加强高性能计算环境建设。高性能计算环境建设不能盲目以追求计算机峰值为目的，而应以用户需求为向导，以高性能计算的应用水平为依据，与全院的规划及创新基地建设密切结合，合理建设高性能计算环境。(2)加强内地科学院合作，建立应用范围广泛的软件平台。高性能计算环境建设中，要实现软件建设和硬件建设并重，加强国内外单位的合作，加大自主软件的开发和集成力度，使高性能计算环境真正发挥应有的作用。在高性能环境的软件建设方面，我国的投入还需要增加，给其以持续不断的支持。
(3)强调计算机系统的实用效率、方便使用方面的研究。高性能计算机的问世给科学研究及工农业生产等带来了前所未有的发展，同时对使用计算机也提出了更高的要求，程序越来越复杂。因此，需要加强计算机系统研制的支持，开发易于使用的高性能计算机系统，为使用HPC的用户提供方便。
(4)注重人才培养，促进高性能应用的发展。加强自身人才培养，引进既懂专业知识又懂计算科学的复合型人才，提升服务水平，与我国的重大任务和创新基地建设相结合，选择各学科有强烈需求的重要科学计算应用问题进行重点支持。加强国内外的学述交流，邀请国际上的科学计算专家来华讲学和选派重点学科的骨干到国外学习科学计算知识，促进我国科学计算研究的发展。
(5)寻求国内外合作，建设具有科学计算特色的网格系统。积极拓展多种形式的国内外合作，开展多种资源的有效集成和共享，共同建成科学研究所需要的网格系统，为全国各行业更多的用户提供高性能计算应用、信息查询、知识教育与学习等服务，推进中国网格技术与应用发展。
目前我国的高性能计算硬件环境已可与国际上的先进研究机构相比，但是应该看到在应用水平上还有相当的差距，提高应用水平是当务之急。
5.个人体会
这学期学院开设的计算机科学前沿这门课程，任课老师徐宁向我们深入浅出的介绍了关于计算机前沿方面的知识，让我受益匪浅。
随着信息技术的高速发展，计算机无时无刻在伴随着我们，科学技术和信息技术已经成为各行各业重要的信息通讯手段，在其带动下，经济全球化的进程也逐步加快，企业面临的竞争也越来越激烈，而计算机的前途也是在顺应时代潮流，不断向前发展。计算机技术的发展也给我们在学习和生活中增添了许多乐趣。通过这个学期的《计算机前沿技术》课，我了解到了计算机的发展史和其最基本的相关理论知识和工作原理，我们要想操作计算机，就先得要了解它的发展史、特点、功能、构造、工作原理等等关于计算机的知识
近年来，计算机领域的各个分支都呈现欣欣向荣的发展局面，而在学习了《计算机科学前沿》一课后，让我对当代计算机科技的发展有了新的认识，也有了新的体会。
由于课程时间短暂，老师不能具体的介绍大量的专业知识，并且考虑到我们本科生的专业知识水平有限，从大处着眼，为我们大概介绍了如今软件科技发展的方向和内容。同时还会简单向我们介绍这些研究将来的实际意义，以及和我们软件工程专业的联系。总的来说，即使我们从书本上没学到多少专业知识，但徐老师利用紧张的课堂时间，就基本将一个新的领域在我们的脑海中勾勒出来，让我们这些连皮毛还没学到的学生真正了解到与生活有直接联系的科学研究知识。
徐老师不仅在学术领域给我们打开了新的窗户，使我们眼前一亮，也为我们介绍了他在工作学习中的切身体会和经验，提前向我们预警就业道路及工作生涯可能遇到的问题。
计算机科技前沿这门课旨在帮助大家了解相关领域的学科前沿知识，更好地学习、思考。徐老师以自己的学识和阅历向同学们展现了当今IT业发展的现状以及存在的问题，引导同学们积极思考，使我们收获颇丰。
经过本学期的学习后，我感到责任以及重大，任何一个小的知识领域都有无穷的探索和拓展空间，我们所要做的就是加倍努力，汲取现有知识，在新的领域开拓新的研究道路，积极探索，永不止步。
6.参考文献
[1]《高性能计算－HiPC 2001 High Performance Computing - HiPC 2001 BurkhardMonien 》著 Oversea Publishing House
[2]《高性能计算与通信： HPCC 2006/会议录 High performance computing and communications》 Michael Gerndt , Dieter Kranzlmuller 著湖北辞书出版社
[3]百度文库 https://www.doczj.com/doc/8f4373860.html,/view/2120379.htm
[4]高性能计算互动百科 https://www.doczj.com/doc/8f4373860.html,/wiki/%E9%AB%98%E6%80%A7% E8%83%BD%E8%AE%A1%E7%AE%97
[5]HPC 解决方案 - 针对高性能计算而优化
https://www.doczj.com/doc/8f4373860.html,/systems/cn/info/x86servers/optimized/hpc/index. shtml?csr=apch_dio2_20130516_1368691182842&cm=aok&cr=baidu&ct=102JM7C W&ck=%E9%AB%98%E6%80%A7%E8%83%BD%E8%AE%A1%E7%AE%97&cmp=102JM
[6]高性能计算为科学加速
https://www.doczj.com/doc/8f4373860.html,/object/tesla-supercomputing-solutions-cn.html
[7]高性能计算技术 https://www.doczj.com/doc/8f4373860.html,/content.php?id=1382&vid=1
[8]HPCtech https://www.doczj.com/doc/8f4373860.html,/
[9]《生物信息学导论--面向高性能计算的算法与应用》作者：王勇献、王正华
[10]《高等计算机系统结构--并行性可扩展性可编程性》（美）Kai Hwang王鼎兴翻译清华大学出版社
数值计算方法学习指导书内容简介 数值计算方法学习指导书内容简介《数字信号处理学习指导》是浙江省高等教育重点建设教材、应用型本科规划教材《数字信号处理》(唐向宏主编，浙江大学出版社出版，以下简称教材)的配套学习指导书，内容包括学习要求、例题分析、教材习题解答、自测练习以及计算机仿真实验等。学习指导书紧扣教材内容，通过例题讲解，分析各章节的学习重点、难点以及需要理解、掌握和灵活运用的基本概念、基本原理和基本方法。全书共有66例例题分析、121题题解、2套自测练习和6个mat1ab计算机仿真实验。 数值计算方法学习指导书目录绪论 第1章离散时间信号与系统 1.1 学习要点 1.2 例题 1.3 教材习题解答 第2章离散系统的变换域分析与系统结构 2.1 学习要点 2.2 例题 2.3 教材习题解答 第3章离散时间傅里叶变换
3.1 学习要点 3.2 例题 3.3 教材习题解答 第4章快速傅里叶变换 4.1 学习要点 4.2 例题 4.3 教材习题解答 第5章无限长单位冲激响应(iir)数字滤波器的设计5.1 学习要点 5.2 例题 5.3 教材习题解答 第6章有限长单位冲激响应(fir)数字滤波器的设计6.1 学习要点 6.2 例题 6.3 教材习题解答 第7章数字信号处理中的有限字长效应 7.1 学习要点 7.2 例题 7.3 教材习题解答 第8章自测题 8.1 自测题(1)及参考答案 8.2 自测题(2)及参考答案 第9章基于matlab的上机实验指导 9.1 常见离散信号的matlab产生和图形显示
9.2 信号的卷积、离散时间系统的响应 9.3 离散傅立叶变换 9.4 离散系统的频率响应分析和零、极点分布 9.5 iir滤波器的设计 9.6 fir滤波器的设计 数值计算方法学习指导书内容文摘第1章离散时间信号与系统 1.1 学习要点 本章主要介绍离散时间信号与离散时间系统的基本概念，着重阐述离散时间信号的表示、运算，离散时间系统的性质和表示方法以及连续时间信号的抽样等。本章内容基本上是“信号与系统”中已经建立的离散时间信号与系统概念的复习。因此，作为重点学习内容，在概念上需要明白本章在整个数字信号处理中的地位，巩固和深化有关概念，注意承前启后，加强葙关概念的联系，进一步提高运用概念解题的能力。学习本章需要解决以下一些问题： (1)信号如何分类。 (2)如何判断一个离散系统的线性、因果性和稳定性。 (3)线性时不变系统(lti)与线性卷积的关系如何。 (4)如何选择一个数字化系统的抽样频率。 (5)如何从抽样后的信号恢复原始信号。 因此，在学习本章内容时，应以离散时间信号的表示、离散时间系统及离散时间信号的产生为主线进行展开。信号的离散时间的表示主要涉及序列运算(重点是卷积和)、常用序列、如何判
高性能计算集群(HPC CLUSTER) 1.1什么是高性能计算集群? 简单的说，高性能计算(High-Performance Computing)是计算机科学的一个分支，它致力于开发超级计算机，研究并行算法和开发相关软件。 高性能集群主要用于处理复杂的计算问题，应用在需要大规模科学计算的环境中，如天气预报、石油勘探与油藏模拟、分子模拟、基因测序等。高性能集群上运行的应用程序一般使用并行算法，把一个大的普通问题根据一定的规则分为许多小的子问题，在集群内的不同节点上进行计算，而这些小问题的处理结果，经过处理可合并为原问题的最终结果。由于这些小问题的计算一般是可以并行完成的，从而可以缩短问题的处理时间。 高性能集群在计算过程中，各节点是协同工作的，它们分别处理大问题的一部分，并在处理中根据需要进行数据交换，各节点的处理结果都是最终结果的一部分。高性能集群的处理能力与集群的规模成正比，是集群内各节点处理能力之和，但这种集群一般没有高可用性。 1.2 高性能计算分类 高性能计算的分类方法很多。这里从并行任务间的关系角度来对高性能计算分类。 1.2.1 高吞吐计算(High-throughput Computing) 有一类高性能计算，可以把它分成若干可以并行的子任务，而且各个子任务彼此间没有什么关联。因为这种类型应用的一个共同特征是在海量数据上搜索某些特定模式，所以把这类计算称为高吞吐计算。所谓的Internet计算都属于这一类。按照Flynn的分类，高吞吐计算属于SIMD（Single Instruction/Multiple Data,单指令流-多数据流）的范畴。 1.2.2 分布计算(Distributed Computing) 另一类计算刚好和高吞吐计算相反，它们虽然可以给分成若干并行的子任务，但是子任务间联系很紧密，需要大量的数据交换。按照Flynn的分类，分布式的高性能计算属于MIMD （Multiple Instruction/Multiple Data，多指令流-多数据流）的范畴。 1.3高性能计算集群系统的特点 可以采用现成的通用硬件设备或特殊应用的硬件设备，研制周期短； 可实现单一系统映像，即操作控制、IP登录点、文件结构、存储空间、I/O空间、作业管理系统等等的单一化； 高性能（因为CPU处理能力与磁盘均衡分布，用高速网络连接后具有并行吞吐能力）； 高可用性，本身互为冗余节点，能够为用户提供不间断的服务，由于系统中包括了多个结点，当一个结点出现故障的时候，整个系统仍然能够继续为用户提供服务； 高可扩展性，在集群系统中可以动态地加入新的服务器和删除需要淘汰的服务器，从而能够最大限度地扩展系统以满足不断增长的应用的需要； 安全性，天然的防火墙； 资源可充分利用，集群系统的每个结点都是相对独立的机器，当这些机器不提供服务或者不需要使用的时候，仍然能够被充分利用。而大型主机上更新下来的配件就难以被重新利用了。 具有极高的性能价格比，和传统的大型主机相比，具有很大的价格优势； 1.4 Linux高性能集群系统 当论及Linux高性能集群时，许多人的第一反映就是Beowulf。起初，Beowulf只是一个著名的科学计算集群系统。以后的很多集群都采用Beowulf类似的架构，所以，实际上，现在Beowulf已经成为一类广为接受的高性能集群的类型。尽管名称各异，很多集群系统都是Beowulf集群的衍生物。当然也存在有别于Beowulf的集群系统，COW和Mosix就是另两类著名的集群系统。 1.4.1 Beowulf集群 简单的说，Beowulf是一种能够将多台计算机用于并行计算的体系结构。通常Beowulf系统由通过以太网或其他网络连接的多个计算节点和管理节点构成。管理节点控制整个集群系统，同时为计算节点提供文件服务和对外的网络连接。它使用的是常见的硬件设备，象普通PC、以太网卡和集线器。它很少使用特别定制的硬件和特殊的设备。Beowulf集群的软件也是随处可见的，象Linux、PVM和MPI。 1.4.2 COW集群 象Beowulf一样，COW（Cluster Of Workstation）也是由最常见的硬件设备和软件系统搭建而成。通常也是由一个控制节点和多个计算节点构成。
下表描述了计算器的功能： 按钮功能 % 按百分比的形式显示乘积结果。输入一个数，单击“*”，输入第二个数，然后单击“%”。例如， 50 * 25% 将显示为12.5。也可执行带百分数的运算。输入一个数，单击运算符（“+”、“-”、“*” 或“/”），输入第二个数，单击“%”，然后单击“=”。例如，50 + 25%（指的是50 的25%） = 62.5。 ( 开始括号的新层。当前的层数显示在“)”按钮上方的框中。括号的最多层数为25。 ) 结束括号的当前层。 * 乘法。 + 加法。 +/- 改变显示数字的符号。 - 减法。 . 插入小数点。 / 除法。 0–9 将此数字置于计算器的显示区。 1/x 计算显示数字的倒数。 = 对上两个数字执行任意运算。若要重复上一次的运算，请再次单击“=”。 A–F 在数值中输入选中字母。只有在十六进制模式为开启状态时该按钮才可用。 And 计算按位AND。逻辑运算符在执行任何按位运算时将截断数字的小数部分。 Ave 计算“统计框”对话框中显示数值的平均值。若要计算平均方值，请使用“Inv”+“Ave”。只有先 单击“Sta”，该按钮才可用。 Backspace 删除当前显示数字的最后一位。 站将显示数字转换为二进制数字系统。最大的无符号二进制数值是将64 位全都设置为1。 C 清除当前的计算。 CE 清除显示数字。 cos 计算显示数字的余弦。若要计算反余弦，请使用“Inv”+“cos”。若要计算双曲余弦，请使用“Hyp”+“cos”。若要计算反双曲余弦，请使用“Inv”+“Hyp”+“cos”。cos 只能用于十进制数字 系统。 Dat 在“统计框”对话框内输入显示的数字。只有先单击“Sta”，该按钮才可用。 十进制将显示数字转换为十进制数字系统。 度数在十进制模式下将三角函数输入设置为度数。 dms 将显示数字转换为度-分-秒格式（假设显示数字是用度数表示的）。若要将显示数字转换为用度数表示的格式（假设显示数字是用度-分-秒格式表示的），请使用“Inv”+“dms”。dms 只能用 于十进制数字系统。 Exp 允许输入用科学计数法表示的数字。指数限制为四位数。指数中只能使用十进制数（键0-9）。 Exp 只能用于十进制数字系统。 F-E 打开或关闭科学计数法。大于10^32 的数总是以指数形式表示。F-E 只能用于十进制数字系统。 梯度在十进制模式中，将三角函数输入设置为梯度。 十六进制将显示数字转换为十六进制数字系统。最大的无符号十六进制数值是将64 位全都设置为1。 Hyp 设置“sin”、“cos”和“tan”的双曲函数。完成一次计算后自动关闭双曲函数功能。 Int 显示十进制数值的整数部分。若要显示十进制数值的小数部分，请使用“Inv”+“Int”。 Inv 设置“sin”、“cos”、“tan”、“PI”、“x^y”、“x^2”、“x^3”、“ln”、“log”、“Ave”、“Sum” 和“s”的反函数。完成一次计算后自动关闭反函数功能。
XXXX 高性能计算平台建设方案 XXXXX 2013年4月
目录 1 概述 (2) 1.1 背景概况 (2) 1.2 建设内容 (3) 1.3 设计原则 (3) 2 总体架构 (5) 3 高性能计算平台硬件系统 (6) 3.1 平台架构图 (6) 3.2 主要设备选型 (8) 3.3 Cluster集群系统 (9) 3.4 计算节点 (10) 3.5 管理节点 (10) 3.6 I/O存储节点 (11) 3.7 网络系统方案............................................................................... 错误！未定义书签。 3.8 管理网络 (12) 3.9 监控网络 (12) 3.10 存储系统 (12) 4 高性能计算平台软件系统 (13) 4.1 64位Linux操作系统 (13) 4.2 集群管理软件 (14) 4.3 作业调度系统 (14) 4.4 并行文件系统 (15) 4.5 集群并行计算环境 (15) 4.6 标准库函数 (16) 4.7 标准应用软件 (16) 5 项目经费预算 (17) 5.1 经费来源 (17) 5.2 经费支出预算 (17) 附页——高性能计算平台技术参数要求 (18)
1概述 1.1背景概况 20世纪后半期，全世界范围掀起第三次产业革命的浪潮，人类开始迈入后 工业社会——信息社会。在信息经济时代，其先进生产力及科技发展的标志就是 计算技术。在这种先进生产力中高性能计算机（超级计算机）更是具有代表性。 时至今日，计算科学（尤其是高性能计算）已经与理论研究、实验科学相并列，成为现代科学的三大支柱之一。 三种科研手段中，理论研究为人类认识自然界、发展科技提供指导，但科学 理论一般并不直接转化为实用的技术；实验科学一方面是验证理论、发展理论的重要工具，另一方面，它是在理论的指导下发展实用技术，直接为经济发展服务；计算科学的发展也有相当悠久的历史，只是在计算机这一强大的计算工具问世之前，计算只能利用人类的大脑和简单的工具，计算应用于科学研究有天然的局限性，限制了它作用的发挥；随着计算机技术的发展，使用科学计算这一先进的技术手段不断普及，逐渐走向成熟。科学计算可以在很大程度上代替实验科学，并能在很多情况下，完成实验科学所无法完成的研究工作。科学计算也直接服务于实用科技，并为理论的发展提供依据和机会。在许多情况下，或者理论模型过于复杂甚至尚未建立，或者实验费用过于昂贵甚至不允许进行，此时计算模拟就成为求解问题的唯一或主要手段了。 目前，高性能计算已广泛应用于国民经济各领域，发挥着不可替代的重要作用： a) 基础学科中深入的知识发现，问题规模的扩大和求解精度的增加需要更 高性能的计算资源。例如，计算立体力学、计算材料学、计算电磁学。 b) 多学科综合设计领域中大量多部门协同计算需要构建高性能的综合平 台。例如，汽车设计、船舶设计。 c) 基于仿真的工程科学结合传统工程领域的知识技术与高性能计算，提供 经济高效地设计与实践方法。例如，基于仿真的医学实践、数字城市模拟、核电、油田仿真工具、新材料开发、碰撞仿真技术、数字风洞。
库存成本计算方法简介 一、常用的几种成本核算方法 1）、移动平均 存货的计价方法之一。 是平均法下的另一种存货计价方法。 即企业存货入库每次均要根据库存存货数量和总成本计算新的平均单位成本,并以新的平均单位成本确定领用或者发出存货的计价方法。 单位成本=存货成本/存货数量 移动加权平均法,是指以每次进货的成本加上原有库存存货的成本,除以每次进货数量与原有库存存货的数量之和,据以计算加权平均单位成本,以此为基础计算当月发出存货的成本和期末存货的成本的一种方法. 移动加权平均法是永续制下加权平均法的称法。 移动加权平均法： 移动加权平均法下库存商品的成本价格根据每次收入类单据自动加权平均；其计算方法是以各次收入数量和金额与各次收入前的数量和金额为基础，计算出移动加权平均单价。其计算公式如下： 移动加权平均单价= (本次收入前结存商品金额+本次收入商品金额)/(本次收入前结存商品数量+本次收入商品数量 ) 移动加权平均法计算出来的商品成本比较均衡和准确，但计算起来的工作量大，一般适用于经营品种不多、或者前后购进商品的单价相差幅度较大的商品流通类企业。 2）、全月平均 加权平均法,亦称全月一次加权平均法,是指以当月全部进货数量加上月初存货数量作为权数,去除当月全部进货成本加上月初存货成本,计算出存货的加权平均单位成本,以此为基础计算当月发出存货的成本和期末存货的成本的一种方法。 加权单价＝（月初结存货成本＋本月购入存货成本）/（月初结存存货数量＋本月购入存货数量）
注：差价计算模块中原来就是按这种方法处理 月综合差价率＝（期初差价＋入库差价）／（期初金额＋入库金额） 差价＝出库金额＊月综合差价率 3）、先进先出 物料的最新发出(领用)以该物料(或该类物料)各批次入库的时间先后决定其存货发出计价基础，越先入库的越先发出。 采用先进先出法时，期末结存存货成本接近现行的市场价值。这种方法的优点是企业不能随意挑选存货的计价以调整当期利润；缺点是工作量比较繁琐，特别是对于存货进出量频繁的企业更是如此。同时，当物价上涨时，会高估企业当期利润和库存价值；反之，会低估企业存货价值和当期利润。 4）、后进先出 与先进先出发正好相反。 在物价持续上涨时期，使当期成本升高，利润降低，可以减少通货膨胀对企业带来的不利影响，这也是会计实务中实行稳健原则的方法之一 5）、个别计价法 个别计价法是指进行存货管理时存货以单个价格入帐 6）、计划成本法 计划成本法先要制定计划价格，按计划价格发出材料，然后分摊材料差异（成本会计，制造业） 例：物品A，计划成本120（暂估入账），实际成本100，计划和实际相差20（结转材料成本差异）
《数值计算方法》教学大纲 课程编号：MI3321048 课程名称：数值计算方法英文名称：Numerical and Computational Methods 学时： 30 学分：2 课程类型：任选课程性质：任选课 适用专业：微电子学先修课程：高等数学,线性代数 集成电路设计与集成系统 开课学期：Y3开课院系：微电子学院 一、课程的教学目标与任务 目标：学习数值计算的基本理论和方法，掌握求解工程或物理中数学问题的数值计算基本方法。 任务：掌握数值计算的基本概念和基本原理，基本算法，培养数值计算能力。 二、本课程与其它课程的联系和分工 本课程以高等数学，线性代数，高级语言编程作为先修课程，为求解复杂数学方程的数值解打下良好基础。 三、课程内容及基本要求 (一) 引论（2学时） 具体内容：数值计算方法的内容和意义，误差产生的原因和误差的传播，误差的基本概念，算法的稳定性与收敛性。 1.基本要求 （1）了解算法基本概念。 （2）了解误差基本概念，了解误差分析基本意义。 2.重点、难点 重点：误差产生的原因和误差的传播。 难点：算法的稳定性与收敛性。 3.说明：使学生建立工程中和计算中的数值误差概念。 (二) 函数插值与最小二乘拟合（8学时） 具体内容：插值概念，拉格朗日插值，牛顿插值，分段插值，曲线拟合的最小二乘法。 1.基本要求 （1）了解插值概念。 （2）熟练掌握拉格朗日插值公式，会用余项估计误差。 （3）掌握牛顿插值公式。 （4）掌握分段低次插值的意义及方法。
（5）掌握曲线拟合的最小二乘法。 2.重点、难点 重点：拉格朗日插值, 余项，最小二乘法。 难点：拉格朗日插值, 余项。 3.说明：插值与拟合是数值计算中的常用方法，也是后续学习内容的基础。 (三) 第三章数值积分与微分（5学时） 具体内容：数值求积的基本思想，代数精度的概念，划分节点求积公式（梯形辛普生及其复化求积公式），高斯求积公式，数值微分。 1.基本要求 （1）了解数值求积的基本思想，代数精度的概念。 （2）熟练掌握梯形，辛普生及其复化求积公式。 （3）掌握高斯求积公式的用法。 （4）掌握几个数值微分计算公式。 2.重点、难点 重点：数值求积基本思想，等距节点求积公式，梯形法，辛普生法，数值微分。 难点：数值求积和数值微分。 3.说明：积分和微分的数值计算，是进一步的各种数值计算的基础。 (四) 常微分方程数值解法（5学时） 具体内容：尤拉法与改进尤拉法，梯形方法，龙格—库塔法，收敛性与稳定性。 1.基本要求 （1）掌握数值求解一阶方程的尤拉法，改进尤拉法，梯形法及龙格—库塔法。 （2）了解局部截断误差，方法阶等基本概念。 （3）了解收敛性与稳定性问题及其影响因素。 2.重点、难点 重点：尤拉法,龙格－库塔法，收敛性与稳定性。 难点：收敛性与稳定性问题。 3.说明：该内容是常用的几种常微分方程数值计算方法，是工程计算的重要基础。 (五) 方程求根的迭代法（4学时） 具体内容：二分法，解一元方程的迭代法，牛顿法，弦截法。 1.基本要求 （1）了解方程求根的对分法和迭代法的求解过程。 （2）熟练掌握牛顿法。 （3）掌握弦截法。 2.重点、难点 重点：迭代法，牛顿法。
高性能计算集群项目采购需求 以下所有指标均为本项目所需设备的最小要求指标，供应商提供的产品应至少大于或等于所提出的指标。系统整体为“交钥匙”工程，厂商需确保应标方案的完备性。 投标商在投标方案中须明确项目总价和设备分项报价。数量大于“1”的同类设备，如刀片计算节点，须明确每节点单价。 硬件集成度本项目是我校校级高算平台的组成部分，供应商提供的硬件及配件要求必须与现有相关硬件设备配套。相关系统集成工作由供应商负责完成。 刀片机箱供应商根据系统结构和刀片节点数量配置，要求电源模块满配，并提供足够的冗余。配置管理模块，支持基于网络的远程管理。配置交换模块，对外提供4个千兆以太网接口，2个外部万兆上行端口，配置相应数量的56Gb InfiniBand接口 刀片计算节点双路通用刀片计算节点60个，单节点配置2个CPU，Intel Xeon E5-2690v4（2.6GHz/14c）；不少于8个内存插槽，内存64GB，主频≥2400；硬盘裸容量不小于200GB，提供企业级SAS或SSD 硬盘；每节点配置≥2个千兆以太网接口，1个56Gb InfiniBand 接口；满配冗余电源及风扇。 刀片计算节点（大内存）双路通用刀片计算节点5个，单节点配置2个CPU，Intel Xeon E5-2690v4；不少于8个内存插槽，内存128GB，主频≥2400；硬盘裸容量不小于200GB，提供企业级SAS或SSD硬盘；每节点配置≥2个千兆以太网接口，1个56Gb InfiniBand接口；满配冗余电源及风扇。 GPU节点2个双路机架GPU节点；每个节点2个Intel Xeon E5-2667 v4每节点2块NVIDIA Tesla K80GPU加速卡；采用DDR4 2400MHz ECC内存，每节点内存16GB*8=128GB；每节点SSD 或SAS硬盘≥300GB；每节点配置≥2个千兆以太网接口，1个56Gb/s InfiniBand接口；满配冗余电源及风扇。 数据存储节点机架式服务器2台，单台配置2颗Intel Xeon E5-2600v4系列CPU；配置32GB内存，最大支持192GB；配置300GB 2.5" 10Krpm
M+是计算结果并加上已经储存的数；M-是计算结果并用已储存的数字减去目前的结果；MR是读取储存的数据；MC是清除储存数据；AC，CE归零是有一个是清除现有数据重新输入,另一个是清除全部数据结果和运算符. 按钮功能 % 按百分比的形式显示乘积结果。输入一个数，单击“*”，输入第二个数，然后单击“%”。例如，50 * 25% 将显示为 12.5。也可执行带百 分数的运算。输入一个数，单击运算符（“+”、“-”、“*”或“/”）， 输入第二个数，单击“%”，然后单击“=”。例如，50 + 25%（指的 是 50 的 25%）= 62.5。 1/x 计算显示数字的倒数。 A–F 在数值中输入选中字母。只有在十六进制模式为开启状态时该按钮才可用。 And 计算按位 AND。逻辑运算符在执行任何按位运算时将截断数字的小数部分。 Ave 计算“统计框”对话框中显示数值的平均值。若要计算平均方值，请使用“Inv”+“Ave”。只有先单击“Sta”，该按钮才可用。Backspace 删除当前显示数字的最后一位。 站将显示数字转换为二进制数字系统。最大的无符号二进制数值是将 64 位全都设置为 1。 C 清除当前的计算。 CE 清除显示数字。 cos 计算显示数字的余弦。若要计算反余弦，请使用“Inv”+“cos”。若要计算双曲余弦，请使用“Hyp”+“cos”。若要计算反双曲余弦，请 使用“Inv”+“Hyp”+“cos”。cos 只能用于十进制数字系统。 Dat 在“统计框”对话框内输入显示的数字。只有先单击“Sta”，该按钮才可用。 十进制将显示数字转换为十进制数字系统。 度数在十进制模式下将三角函数输入设置为度数。 dms 将显示数字转换为度-分-秒格式（假设显示数字是用度数表示的）。 若要将显示数字转换为用度数表示的格式（假设显示数字是用度-分- 秒格式表示的），请使用“Inv”+“dms”。dms 只能用于十进制数字 系统。 Exp 允许输入用科学计数法表示的数字。指数限制为四位数。指数中只能使用十进制数（键 0-9）。Exp 只能用于十进制数字系统。 F-E 打开或关闭科学计数法。大于 10^32 的数总是以指数形式表示。F-E 只能用于十进制数字系统。 梯度在十进制模式中，将三角函数输入设置为梯度。 十六进制将显示数字转换为十六进制数字系统。最大的无符号十六进制数值是将 64 位全都设置为 1。 Hyp 设置“sin”、“cos”和“tan”的双曲函数。完成一次计算后自动关闭双曲函数功能。 Int 显示十进制数值的整数部分。若要显示十进制数值的小数部分，请使用“Inv”+“Int”。 Inv 设置“sin”、“cos”、“tan”、“PI”、“x^y”、“x^2”、“x^3”、
大数据处理技术研究 姓名：；学号：1502；专业：模式识别与智能系统 摘要：本文详细介绍了大数据的相关概念及其对应的处理方法，列举了大数据处理技术在当代计算机处理中的应用，并简要的解释了Hadoop的相关概念，展望了大数据处理技术的发展方向。 关键词：大数据 Hadoop高性能计算 1.研究背景： 大数据浪潮汹涌来袭，与互联网的发明一样，这绝不仅仅是信息技术领域的革命，更是在全球范围启动透明政府、加速企业创新、引领社会变革的利器。 大数据，IT行业的又一次技术变革，大数据的浪潮汹涌而至，对国家治理、企业决策和个人生活都在产生深远的影响，并将成为云计算、物联网之后信息技术产业领域又一重大创新变革。未来的十年将是一个“大数据”引领的智慧科技的时代、随着社交网络的逐渐成熟，移动带宽迅速提升、云计算、物联网应用更加丰富、更多的传感设备、移动终端接入到网络，由此而产生的数据及增长速度将比历史上的任何时期都要多、都要快。 2.大数据定义： “大数据”是一个涵盖多种技术的概念，简单地说，是指无法在一定时间内用常规软件工具对其内容进行抓取、管理和处理的数据集合。IBM将“大数据”理念定义为4个V，即大量化(Volume)、多样化(Variety)、快速化(Velocity)及由此产生的价值(Value)。如下图;
3.大数据技术的发展： 大数据技术描述了一种新一代技术和构架，用于以很经济的方式、以高速的捕获、发现和分析技术，从各种超大规模的数据中提取价值，而且未来急剧增长的数据迫切需要寻求新的处理技术手段。 在“大数据”(Big data)时代，通过互联网、社交网络、物联网，人们能够及时全面地获得大信息。同时，信息自身存在形式的变化与演进，也使得作为信息载体的数据以远超人们想象的速度迅速膨胀。 云时代的到来使得数据创造的主体由企业逐渐转向个体，而个体所产生的绝大部分数据为图片、文档、视频等非结构化数据。信息化技术的普及使得企业更多的办公流程通过网络得以实现，由此产生的数据也以非结构化数据为主。预计到2012年，非结构化数据将达到互联网整个数据量的75%以上。用于提取智慧的“大数据”，往往是这些非结构化数据。传统的数据仓库系统、BI、链路挖掘等应用对数据处理的时间要求往往以小时或天为单位。但“大数据”应用突出强调数据处理的实时性。在线个性化推荐、股票交易处理、实时路况信息等数据处理时间要求在分钟甚至秒级。 而“大数据”的多样性决定了数据采集来源的复杂性，从智能传感器到社交网络数据，从声音图片到在线交易数据，可能性是无穷无尽的。选择正确的数据来源并进行交叉分析可以为企业创造最显著的利益。随着数据源的爆发式增长，
计算器有关按键说明大全 一、基本按键 ON 开机 OFF 关机 AC 总清，清除所有存储和显示数值（又：CA， All Clear C 清除所有显示和当前运算、归零（又：CLR、Esc，英文名Clear 注：以上又有组成组合键的情况为ON/OFF、ON/AC、ON/C CE 清除输入，清除当前输入数据中最后一个不正确的输入数据并显示“0”，可重新更正输入（英文名Clear Error或Clear Entry ?清除光标前一字符（又：←、Backspace、BS、DEL(delete) INS 改写模式，从当前位置插入（英文名insert REPLAY 指令状态移动方向，上下查记录，左右移动当前表达式中光标（一般此键上有成十字排列的方向标识：▲▼?? SHIFT 转换，上档选择（又： 2ndF、2nd、2nd（第二功能选择，Second Function）、ALT，按键设定为与其同色的功能 ALPHA 阿尔法，字母，按键设定为与其同色的功能 MODE 方式、模式，用于模式切换（不同的计算器有所不同，常用的见下表：
对于数值计数法有： Norm（normal）标准计数法 Fix（fixed）固定小数点 Eng（engineering）工程计数法 Sci（scientific）科学计数法 Inv 反、倒置，用于使用其它有关按键的相反功能，多用于电子计算器。如ln键变为e x键，sin键变为sin-1键，lsh键变为rsh键等EXP 以科学记数法输入数字，即表示以10为底的方幂（又：EE，英文名Exponent 说明：科学记数法：将一个数字表示成a×10的n次幂的形式，其中1≤|a|＜10，n表示整数，这种记数方法叫科学记数法。如：5EXP2即5×102，就是500 F-E 科学记数法开关，显示方式转换 作用：十进制浮点（Floating Point）与科学记数法（Exponent）显示转换 S?D 数值在标准形式（Standard）和小数形式（Decimal fraction）之间转换 作用：分数与小数显示转换 Ran# 随机数（又：RAND、RND、Rnd#，英文名Random , : 分隔符，用于输入方程式之间、坐标数据之间分隔用 ∠角，用于标识极坐标数据的角度数据或复数的虚数 二、基础运算 0、00、1、2、3、4、5、6、7、8、9 数字
数值计算方法教学大纲(本) 本着“崇术重用、服务地方”的办学理念和我校“高素质应用型人才”的培养目标，特制定了适合我校工科专业本科生的新教学大纲。 一、课程计划 课程名称：数值计算方法Numerical Calculation Method 课程定位：数学基础课 开课单位：理学院 课程类型：专业选修课 开设学期：第七学期 讲授学时：共15周，每周4学时，共60学时 学时安排：课堂教学40学时+实验教学20学时 适用专业：计算机、电科、机械等工科专业本科生 教学方式：讲授（多媒体为主）+上机 考核方式：考试60%+上机实验30%+平时成绩10% 学分：3学分 与其它课程的联系 预修课程：线性代数、微积分、常微分方程、计算机高级语言等。 后继课程：偏微分方程数值解及其它专业课程。 二、课程介绍 数值计算方法也称为数值分析，是研究用计算机求解各种数学问题的数值方法及其理论的一门学科。随着计算科学与技术的进步和发展，科学计算已经与理论研究、科学实验并列成为进行科学活动的三大基本手段，作为一门综合性的新科学，科学计算已经成为了人们进行科学活动必不可少的科学方法和工具。 数值计算方法是科学计算的核心内容，它既有纯数学高度抽象性与严密科学性的特点，又有应用的广泛性与实际实验的高度技术性的特点，是一门与计算机使用密切结合的实用性很强的数学课程.主要介绍插值法、函数逼近与曲线拟合、线性方程组迭代解法、数值积分与数值微分、非线性方程组解法、常微分方程数值解以及矩阵特征值与特征向量数值计算，并特别加强实验环节的训练以提高学生动手能力。通过本课程的学习，不仅能使学生初步掌握数值计算方法的基本理论知识，了解算法设计及数学建模思想，而且能使学生具备一定的科学计算能力和分析与解决问题的能力，不仅为学习后继课程打下良好的理论基础，也为将来从事科学计算、计算机应用和科学研究等工作奠定必要的数学基础。 科学计算是21世纪高层次人才知识结构中不可缺少的一部分，它潜移默化地影响着人们的思维方式和思想方法，并提升一个人的综合素质。
华师大高性能计算集群作业调度系统简明手册 华师大高性能计算集群采用曙光的Gridview作业管理系统，其中集成了torque+Maui，是十分强大的作业调度器。下面将依次介绍华师大的的作业调度系统的设定，使用，以及相关作业调度命令 一：华师大作业调度系统队列策略设定 由于华师大的超级计算中心共分三期建设，其作业调度设定较为复杂： CPU 节点名 (pestat 可查看) 节点Core 个数 队列备注 第一期E5450 b110-b149 b210-b229 8(2*4) mid1,huge 第二期E5640 b310-b339 b410-b439 8(2*4) mid2, hugeA(需申请) 其中hugeA队列提交后 需经批准 第三期X5675 ,GPU(c2050 ) a110-a149 a210-a249 a310-a339 a410-a447 12(2*6) mid3,small,ser ial,gpu hugeB(需申请), shu(私有队列) itcs(私有队列) 其中hugeB队列提交后 需经批准 shu和itcs为私有队列， 不向公共用户开放 在命令行输入cchelp 可以查看详细的华师大的作业调度系统策略，如下 二：作业调度系统的使用
华师大计算中心共有两个登陆节点login(59.78.189.188)和login1(59.78.189.187)，供用户登陆提交相关作业。一般来说，可直接使用命令行提交作业。不过为了规范和易于管理，建议使用PBS脚本进行作业提交，提交命令为qsub **.pbs(pbs脚本文件)。 下面将简要的分别给出串行作业和并行作业的PBS样本(已放至/home/目录下)，仅供参考，更多高级功能，请自行查阅相应手册。 1.串行作业pbs脚本样本 #PBS -N test \\表示该作业名称为test。 #PBS -l nodes=1:ppn=1 \\表示申请1 个节点上的1 颗CPU。 #PBS -j oe \\表示系统输出，如果是oe，则标准错误输出(stderr)和 标准输出(stdout)合并为stdout #PBS –q serial \\表示提交到集群上的serial 队列。 . /job>job.log 为提交的作业。 2.并行作业PBS脚本样本
高性能计算实验报告 学生姓名：X X 学号：XXXXXXXXXX 班号：116122 指导教师：郭明强 中国地质大学（武汉）信息工程学院 第一题
1.编写console程序 2.由下图看出，电脑是双核CPU 3.多线程程序，利用windowsAPI函数创建线程
代码 #include"stdafx.h" #include
} 第二题多线程实现计算e和π的乘积 代码 #include"stdafx.h" #include"windows.h" #define num_steps 2000000 #include 94 第六章 计算方法简介 §1 数值逼近 1.1 插值 许多实际问题都要用函数)(x f y =来表示某种内在规律的数量关系，其中相当一部分函数虽然可能在某个区间上具有很好的性质（连续、光滑等），但没有函数的表达式信息，我们只能通过实验或者观测得到函数在一些点i x 上的函数值 )(i i x f y =),2,1,0(n i =，这是一张函数表.有些函数虽然有解析式，但由于计算 复杂，使用不方便，我们通常也造一个函数表，例如三角函数表、平方根表等. 为了研究函数的性质，往往还需要求出不在函数表上的函数值，因此我们希望根据给定的函数表构造一个既能反映函数)(x f y =的性质、又便于计算的简单函数 )(x P ，用)(x P 来近似)(x f .这就是插值所要研究的问题. )(x P 称为)(x f 的插值函数.常用的插值函数是代数多项式或分段代数多项式. 1.1 Lagrange 插值 1.1.1 方法介绍 Lagrange 插值方法即，给定n 个插值节点以及对应的函数值信息， )(i i x f y =),2,1,0(n i =，利用n 次Lagrange 插值多项式公式，则对插值区间内 任意x 的函数值y 可通过下式近似求得： )()(1 1 ∏ ∑≠==--=n k j j j k j n k k x x x x y x y . 其中 ∏≠=--n k j j j k j x x x x 1称为插值基函数.可见，在Lagrange 插值中，对应1+n 个节点的 插值基函数一共有1+n 个，每个基函数是一个n 次多项式. 1.1.2 MATLAB 实现 Lagrange.m ;4X4按键实现计算器功能 ;当按0-9时显示数值 ;当按A-F时将其除以10 ;如商为0就是0-9数字输入 ;如商为1就是+,-,*,/,= ;跟据余数转到相应的功能处 ;因为8位数最取值为255 ;可扩展到16位或32位 ; ok ;硬件连接 POUT EQU P2 KPIN EQU P1 PDIG1 EQU P3.0 V AL DATA 30H KID DATA 31H KTMP DATA 32H PDIG EQU P3 NO EQU 4 ;N位要显示的数 ;内部使用的变量 DIG DATA 33H; DID DATA 34H KFH DATA 35H DA T1 DATA 36H DA T2 DATA 37H BUF DATA 38H MTM EQU 1000 MTH EQU HIGH(65536-MTM) MTL EQU LOW(65536-MTM) MSYS BIT 2FH.0 KEFL BIT 20H.0 ;************************** ;主调度程序 ;每1MS中断一次,所有程序都在期间执行 ;主程序调度标志位:MSYS ;************************** ORG 0000H SJMP MAIN ORG 0BH SJMP MTM0 ORG 30H MAIN: ACALL MINIT MLP:JNB MSYS,$ CLR MSYS ACALL KEYS ACALL DISP SJMP MLP MINIT: ;用户变量初始化 CLR MSYS MOV R0,#30H MOV R2,#16 CLR A MILP:MOV @R0,A INC R0 DJNZ R2,MILP MOV DIG,#0FEH CLR KEFL ;系统变量初始化,并开启定时器0 MOV SP,#60H MOV IE,#82H MOV TMOD,#01H MOV TH0,#MTH MOV TL0,#MTL SETB TR0 RET ;定时器0中断程序,置系统标志为1 MTM0: MOV TH0,#MTH MOV TL0,#MTL SETB MSYS RETI Radar Cross Section and Farfield Simulation of an This article demonstrates the RCS and farfield simulation of an electrically large airplane. The airplane consists of PEC and is illuminated by a plane wave from the front at a frequency of 4GHz. The simulation is performed with the new Integral Equation solver (I-solver) of CST MICROWAVE STUDIO? (CST MWS). The new I-solver is based on the electric field integral equations and on the discretization by the Method of Moments (MoM). To enhance the numerical complexity the new I-solver applies the Multilevel Fast Multipole Method (MLFMM) which yields an efficient complexity for electrically large structures. As a result, the new Integral Equation solver of CST MWS is very accurate and efficient. Figure 1:Geometry of the airplane Figure 1 shows the geometry of the airplane. The length and width of the airplane is about 27 meters, and the total height is Figure 2:Plane wave illumination from the front at 4GHz We perform a monostatic RCS simulation as well as calculate the farfield and surface current distributions for the airplane. The 计算器按键的使用说明 . 1、电源开关键： ON、 OFF 2、输入键： 0— 9、. +/ —：正负转换键 3、运算功能键： + - * / ( 注意 : 加、减、乘、除键在计算时都可能代替等号键 ) √：开平方键，用来进行开平方运算。先输入数字，再按下此键，不必按等号键即可得 出结果。 4、等号键：＝ 5、清除键： ①C：清除键。在数字输入期间 , 第一次按下此键将清除除存储器内容外的所 有数值 . 如果是太阳能计算器，在计算器关闭状态下，按此键则开启电源，显示 屏显示出“ 0”。 ②AC或 CA键：全部清除键，也叫总清除键，作用是将显示屏所显示的数 字全部清除。 ③→：右移键。其功能是荧屏值向右位移，删除最右边的尾数。 ④CE：部分清除键，也叫更正键。其功能是清除当前输入的数字，而不是清除 以前输入的数。如刚输入的数字有误，立即按此键可清除，待输入正确的数字后，原运算继续进行。如 5+13，这时发现“ 13”输入错了，则按“ CE”键就可以清除 刚才的“ 13”，但还保留“ 5”这个数。值得注意的是，在输入数字后，按“ +”、“- ”、“/ ”、“* ”键的，再按“ CE”键，数字不能清除。 ⑤MC：累计清除键，也叫记忆式清除键。其功能是清除储存数据，清除存储 器内容，只清除存储器中的数字，内存数据清除，而不是清除显示器上的数字。 6、累计显示键： （1）M+：记忆加法键，也叫累加键。是计算结果并加上已经储存的数；用 作记忆功能，它可以连续追加，把目前显示的值放在存储器中（也就是将显示的 数字与内存中已有的任何数字相加，结果存入存储器，但不显示这些数字的和）。 如先输入“ 5×1.6 ”→按“ M+”键（把“ 5×1.6 ”的结果计算出来并储存起来）→然后输入“10×0.8 ”→按“M+”键（把“10×0.8 ”的结果计算出来并和前面储存的数相加）→接着输入“15×0.4 ”→按“M+”键（把“15×0.4 ”的结果计算出来并和前面储存的数相加）→最后按“MR”键（把储存的数全部取出来）→则出结果“ 22” （2）M-：记忆减法键，也叫累减键。是计算结果并用已储存的数字减去目前 的结果；从存储器内容中减去当前显示值（也就是将显示的数字与内存中已有 的任何数字相减，结果存入存储器，但不显示这些数字的差）. 计算“ 50- （23+4）”时→先输入“ 50”→按“ M+”（把“ 50”储存起来）→再输入“ 23+4”→按“ M-”键（计算结果是“ 27”）→再按“ MR”（用储存的“ 50”减去目前的结果“ 27”）→则出结果“ 23” 7、存储读出键： MR MRC GT ①MR：存储读出键。表示用存储器中数值取代显示值。按下此键后，可使存储在“ M+”或“ M－”中的数字显示出来或同时参加运算，数字仍保存在存储器中，在未按“ MC”键以前有效。 MR调用存储器内容，读取储存的数据。如有三组数字不连续在一起相加的时候，则用这个“ MR”键。举例：如输入“ 3+2”时，按“ M+”键，再输入“ 6+7”时，按“ M+”键，再输入“8+9”时按“ M+”键，然后再按“MR”，则三组数字的总和“ 35”就出来了。 ②MRC：MR和 MC功能的组合，即存储读出和清除键。按一次为 MR功能， 即显示存储数，按第二次为 MC功能，即清除存储数。第六章 计算方法简介
4X4按键实现计算器功能
RCS计算方法简单介绍
计算器按键的使用说明
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