| 【中文题名】 | 基于MPI的三维井地电磁场并行计算研究与实现 |
| 【英文题名】 | |
| 【学科专业】 | 计算机应用技术 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2006-11-1 |
| 【中关键词】 | MPI,并行计算,井-地交流电法,共轭梯度法,积分方程法,三维电磁模拟 |
| 【英关键词】 | MPI,parallel computmg,borehole-surface alternating current method,conjugate gradient,integral equation,3-D electromagnetic modeling, |
| 【分类导航】 | 工业技术>自动化技术、计算机技术>计算技术、计算机技术>电子数字计算机（不连续作用电子计算机）>各种电子数字计算机>并行计算机 |
| 【论文摘要】 | 计算机技术的发展极大地促进了计算科学的发展，然而由于工艺技术及材料物理性能的限制，单台计算机的运算速度还是有限度的，使得单处理机远远满足不了现代许多领域中大规模的计算对计算速度的要求，因此对高性能计算进行研究是很有必要的。并行计算是高性能计算的主要发展方向之一。
设计高效的并行程序是实现高性能并行计算的关键。常用的并行编程工具有MPI(Message Passing Interface)，PVM，HPF(高性能Fortran)等，其中MPI以其可移植性好、功能强大、效率高等优点而被并行计算界广泛的接收，成为消息传递并行编程模式的标准。
本文在介绍了MPI的基本特性后，对并行算法的设计与实现方法进行了研究，然后在MPI的分布式网络并行编程环境下，以电磁场理论应用为背景，对共轭梯度法和井-地交流电法的问题进行了并行算法的研究与实现，并测试和分析其并行性能。
共轭梯度法在求解与电磁场有关的大规模线性方程组中占有非常重要的地位。文中通过对共轭梯度法中矩阵矢量乘部分的并行化来实现其并行。
井-地交流电法主要用于圈定已知油气藏边界和预测已知油气藏周边的含油气... |
| 【论文题纲】 |
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摘要 |
2-3 |
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ABSTRACT |
3-4 |
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目录 |
4-6 |
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第1章 概述 |
6-8 |
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1.1 研究背景 |
6 |
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1.2 并行计算在电磁场计算中的研究现状 |
6-7 |
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1.3 本文所做的工作 |
7-8 |
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第2章 MPI简述 |
8-14 |
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2.1 MPI概述 |
8-9 |
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2.1.1 MPI的产生 |
8 |
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2.1.2 MPI的优点 |
8-9 |
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2.1.3 MPI的语言绑定 |
9 |
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2.1.4 MPI的主要实现 |
9 |
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2.2 MPI的通信模型 |
9-12 |
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2.2.1 通信模式 |
10 |
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2.2.2 阻塞式与非阻塞式通信 |
10-11 |
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2.2.3 点对点通讯 |
11 |
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2.2.4 群集通信 |
11-12 |
|
2.3 MPI基本编程技术 |
12 |
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2.4 MPI程序的基本框架 |
12-13 |
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2.5 MPI程序的执行 |
13-14 |
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第3章 并行环境的构建 |
14-21 |
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3.1 并行计算机分类 |
14-17 |
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3.1.1 共享存储多处理机系统 |
14-15 |
|
3.1.2 分布存储多处理机系统 |
15-17 |
|
3.2 并行计算机软件环境 |
17 |
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3.2.1 并行操作系统 |
17 |
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3.2.2 并行编程语言环境 |
17 |
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3.3 机群硬件环境 |
17-18 |
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3.4 微机集群软件环境 |
18-21 |
|
3.3.1 操作系统 |
18-19 |
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3.3.2 MPICH的安装和配置 |
19-21 |
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第4章 并行算法设计与共轭梯度法并行计算 |
21-43 |
|
4.1 并行算法的一般设计过程——PCAM设计过程 |
21-25 |
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4.1.1 划分 |
21-22 |
|
4.1.2 通信 |
22-23 |
|
4.1.3 组合 |
23-24 |
|
4.1.4 映射 |
24-25 |
|
4.2 并行程序的设计 |
25-28 |
|
4.2.1 主从模式 |
25-27 |
|
4.2.2 单程序流多数据流 |
27 |
|
4.2.3 数据流水线 |
27 |
|
4.2.4 分治策略 |
27-28 |
|
4.3 并行算法性能评价 |
28-31 |
|
4.3.1 加速比 |
28-31 |
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4.3.2 并行效率 |
31 |
|
4.4 共轭梯度法 |
31-38 |
|
4.4.1 基本思想 |
32 |
|
4.4.2 构造二次函数q(x) |
32-33 |
|
4.4.3 求二次函数q(x)的最小值 |
33-34 |
|
4.4.4 共轭梯度法a(k)和d(k)的求取 |
34 |
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4.4.5 共轭梯度算法求解步骤 |
34-36 |
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4.4.6 并行性分析及算法设计 |
36-38 |
|
4.5 并行程序设计 |
38-43 |
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4.5.1 编程概要 |
38-39 |
|
4.5.2 程序运行结果分析 |
39-43 |
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第5章 井-地三维交流电法电磁场并行计算 |
43-59 |
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5.1 井-地三维交流电法电磁场的计算 |
43-48 |
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5.1.1 背景电磁场的计算 |
43-47 |
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5.1.2 求异常电磁场 |
47-48 |
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5.1.3 求总电磁场 |
48 |
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5.2 三维井-地电磁场问题正演模型分析 |
48-50 |
|
5.2.1 求解电磁场过程 |
49-50 |
|
5.2.2 积分方程法求解电磁场流程图 |
50 |
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5.3 三维井-地电磁场问题并行算法设计 |
50-53 |
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5.3.1 设计分析 |
51-52 |
|
5.3.2 积分方程法求解电磁场并行算法流程图 |
52-53 |
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5.4 并行程序设计 |
53-55 |
|
5.5 程序总体性能分析 |
55-59 |
|
5.5.1 并行效率分析 |
55-56 |
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5.5.2 计算结果 |
56-59 |
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第6章 总结与展望 |
59-61 |
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6.1 总结 |
59 |
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6.2 问题与思考 |
59-61 |
|
致谢 |
61-62 |
|
参考文献 |
62-63 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.363923 |
