دسته بندي: تحقیق و پروژه رایگان,پروژه و تحقیق رایگان,دانش آموزی,تحقیق دانشجویی,

تحقیق درباره رایانه

مقدمه

جوزف کارل روبرت لیک لیدر درسال 1915 به دنیاآمد و درسال 1990 درسن 75 سالگی وفات یافت .او یکی از موثرترین مردان در تاریخ علوم رایانه بود .

لیک در سال 1957 درBBN بعنوان یک طراح مشهور بکار بود اما درسال 1962 جک رونا (jack ruina)مدیر پروژه ای درارتش بود ، لیک لیدر رابعنوان رهبر گروه تحقیقاتی arpa برگزید . او به لحاظ موقعیتی که بدست آورده بود توانست پیشرفت بسیاری در تصوراتی که داشت بدست آورد . و تاثیر بسیاری درآینده این پروژه بگذارد .

از آنجایی که اوتمایل به شهرت داشت ، برای حفظ این موقعیت درجامعه انفورماتیک دهه 60ـ 70 ایده ی خود رادر خصوص اشتراک زمانی وقابلیتهای شبکه ارائه کرد وارائه این ایده او رادرصف مقدم تحقیقات وفناوری روز رایانه قرار داد . لیک هیچگاه نتوانست ایده های خود را د ر arpa پیاده سازی کند و یکسال بعد arpa را ترک کرد . پس ازمدت کوتاهی ایده های او با ایجاد arpa net به تحقق پیوست .

لاری لا رابرتز که طراحی arpa net را بعهده داشت ایده های لیک را مهمترین نکات درباره آن میدانست .

به عقیده لیک میبایست شبکه مجتمعی بوجود آید که افراد بتوانند رایانه ها رادرهر کجا مورد استفاده قرار دهند و اطلاعات را در هر کجای دنیا بدست آورند.

اواز تعداد رایانه های مورد استفاده آگاهی نداشت ولی به ارتباط آنها که می بایست وجود داشته باشد اعتقاد داشت . بسیاری از رقبای او معتقد بودند که هیچ امکاناتی جهت توسعه وجود ندارد .که او بتواندایده های خود رابه واقعیت نزدیک کند.تصورلیک این بود که رایانه ها فقط برای محاسبه نیستند . و شاید روزی در منزل وبرای کار از آنهااستفاده شوداو سی سال یپش بینی کرده بو.د که مردم میتوانند روزی مستقیما و در یک آن باهم در تماس باشند و به همیندلیل از تمامی رقیبان وهمترازانش در آن زمان جلوتر بود .

لیک زمینه تحقیقات arpa را از بخش خصوصی به دانشگاه کشاند وتلاش خود را برای اینکه 4 داشنگاه بتوانند در این زمینه فعالیت کنند آغاز کرد. و هم اکنون این 4 دانشگاه ( برکلی ، MIT, CMU استانفورد ) در این زمینه سرآمد هستند .

با تمامی این خدمات لیک همچنان به تحقیقات ادامه میداد وایده های او ، او را برای مدت ها درسمت مدیر تحقیقات نگاه داشت و همواره درزمینه آموزش فیلد های جدید بوجودآمده سعی میکرد .

لیک در زندگی شخصی فردی شوخ طبع بود اما درزندگی اجتماعی بسیار ملایم ، جدی ،معاشرتی و بزرگوار بود . شاید کوچکترین دستاوردهای او کافی باشد که تمامی افراد و شرکتهایی که در زمینه ی کامپیوتر فعالند خود را مرهون خدمات او بدانند .

روش CLUSTERING(گروه بندی)در KTREME

TEEH_APPLEG5_BASED SYSTEMXVIGINIA

گاهی لازم است به محیط بیرون یک جعبه نیز فکر کنید.این کاری بود که در سال گذشته SRINIDHI VARADARAJAN استاد یار علم کامپیوتر در دانشگاه مهندسی Virginia tech انجام داد.

Varadarajanمدیر (tcf)tera scale computing facilityجدید Virginia tech است که قویترین ابر کامپیوتر خانگی دنیا می باشد.او سومین ابر کامپیوتر در لیست 500topsuoercomputer site است.

در حالی که بسیاری از گروه های کامپیوتری علمی به سرورهای با پردازنده های اینتل تکیه می کنند ولی TCF پردازنده G5 شرکت ای بی ام و اپل را اساس کار خود قرار میدهد.TCF شامل گروهی از 1100کامپیوترG5اپل است که هر گره آن دارای پردازنده های دو گیگا هرتزی 64بیتی دو طرفه POWERPC و چهار گیگا بایت حافظه و 160گیگا بایت حافظه کمی هستند. قیمت کلی TCFحدود 2،5میلیون دلار تخمین زده شده است Virginia techمی گوید او سازنده این ابرکامپیوتر نه چندان گران در جهان است .

این مجموعه ،system xلقب گرفته است چون هدف طراحان آن ایجاد سیستمی است که دارای بیش از 10flops teraباشد(10تریلیون محاسبه عدد شناور در ثانیه ).

سیستم Virginia techتنها سیستم ثالثی بوده که در مقایسه با سیستم های دیگر دارای حداگثر کارآیی با بیش از ده tera flopsبوده است.

Virginia techاز این مجموعه برای پشتیبانی از تحقیقات علمی ار جمله فعل و انفعالات کامپیوتری ،آمارهای مولکولی و شبیه سازی مولکولی پرو تئینها استفاده خواهد کرد.

Cal ribbens عضو هیئت علمی کامپیوتر که روی این سیستم کار می کند می گوید ،ما برنامه های کاربردی علم کامپیوتر را در حد وسیعی اجرا خواهیم کرد و در زمینه برنامه های علوم طبیعی افرادی داریم که شبیه سازی مولکولی از جمله عملیات محاسبات و ساختار پروتئینها را همچون اجرای amberTЕ ،انجام می دهند.همچنین کسانی هستند که کار شبیه سازی cell_cycle(چرخه سلولی )را با استفاده از کدهای ode sowerنوشته شده در آن انجام می یدهند یا افرادی که برای برنامه های بیو انفورماتیک مثل blastرا اجرا می کنند.

او معتقد است که یک سوم چرخه کامپیوتر مربوط به علم طبیعی می شود و این مقدار نیز رو به افزایش است .

یکی از اجزای مهم system x نرم افزار خانگی این دانشکده به نام deja vuاست که می تواند در محیطهای کامپیوتری بزرگ یک fault tolerance را ایجاد نماید. 5robbensمی گوید،اگر یک گره دچار اشکال شود شما می توانید پس از اطلاع از وضع کار و محاسبه خود ،برنامه را از نوع راه اندازی کنید.

بسیاری از ابزارهای انتقال پیام قادر به انجام اینکار هستند ولی به خاطر اهمیت این مجموعه ای که Virginia techآنرا deja vuنام نهادند و باید فاقد بار اضافی نیز باشد ،تضمین این سیستم در کنترل بر نامه های مدیریتی به بن بست نرسیده است.

Virginia techاکنون در حال تعویض دستگاههای G5مستقل و مستقر در مته های فلزی با G5های XSERVERمدار بند و ظرفیت مناسب دیگر است.

BacK Bang For

سال گذشته بیمارستان تحقیقاتی jude Children STیک سیستم کامپیوتر تحقیقاتی جدید را به مناقصه گذاشت .Clayton NAEVE مسئول تحقیق اطلاعات و مدیر بیو انفورماتیک و بیو تکنولوژی مرکز STjude Hartwellمی گوید، هدف ما کسب موفقیت ؛علی رغم محدودیت فضا بود.

ای بی ام موفقذ به بستن قرارداد برای یک سیستم blade center eServer شد که شامل 280سرور در تنها دو rack مخصوص است.

Naeve می گویدST.Judeعلاقه چندانی به سرورهای bladeندارد و بیمارستان فقط سیستمی را می خواست که بتواند نیازهای آن را تامین کند و سیستم مبتنی بر blade نیز برای تامین خواسته بیمارستان در راستای ایجاد فضای بیشتر بوجود آمده است.

Naeve می گوید، این سیستم همچنین بزرگترین معیار bang for the buck را ایجادنمود.5فروشنده این شسیستم در این مناقصه شرکت کردند ولی ای بی ام قیمتی را پیشنهاد کرد که ما نتوانستیم ا زآن چشم بپوشیم.این دستگاه دارای 600گیگا FLOPs بود .(600بیلیون عملیات شناور در ثانیه)که در بین500ابر کامپیوتر برتر در رده 251 قرار گرفت،قبلا،مرکزHartwell از یکALLphaServerهیولت پاکارد 10پردازنده ای و یک SGI Onyx2شانزده پردازنده ای برای تحقیقات خود استفاده می کرد .St.judeاکنون از یک نیروی پردازش سیستم جدید برای سرعت بخشیدن به تحقیقخود در استراتژیهای پیشگیری از بیماری و گزینه های در مانی جدید یرای بیماریهایسخت و فاجعه آمیز دوران کودکی مثل سرطان ،اختلالات ژنیتیکی و شیمی ایمنی استفاده خواهد کرد.

برای مثال ،St judeقصد دارد از سیستم جدیدی برای مطالعه حرکت مولکولهای آنزیم استفاده کند و بوسیله آن به نحوه کار پروتئینها و تغییر جهشها پی ببرد.

Naeve می گوید،آنزیمهاغ سرعت واکنشهای بیو شیمی را در بدن کنترل می کنند و علت بسیاری از بیماری ها نقص در کار آنزیمها است .

پروژه دیگری که از این سیستم جدید بهره مند می شود ،مطالعه پروتئین P27نابود کننده تومور است.کامپیوتر های حرفه ای در این زمینه ،به 200ساعت زمان نیاز دارند در حالی که این سیستم جدید همین کار را در 20ساعت انجام می دهد .سومین پروژه مهم دیگر بربنامه نمایش داروی مجازی است که در آن محققان St judeدر حال ارزیابی 6 میلیون مولکول برای یافتن مولکولهای مناسبی هستند که می توانند جلوی تقسیم سلول و همینطور انواع سرطان را در بین سایر بیماریها بگیرند.

Naeve می گوید این سیستم حد وسیعی از الگوریتمهای بیو انفورماتیک از جمله HMMer BLAT BLASTaMBERرا اجرا می کند.او می گوید این سیستم برای تحقیقات نوین نیز کار آیی دارد .وی می گوید ،این سیستم امکان مطالعاتی را فراهم می سازد که تا کنون میسر نبوده است .ما می توانیم دستاورد هایی را ایجاد کنیم که پیش از این وجود نداشته است .

کامپیوترهای یکپارچه

Navartis در جستجوی خود برای نیروی پردازش اضافی از یک شبکه داخلی استفاده کرد که چرخه های اضافی cpu را در کامپیوتر های دسک تاپ مهار می کند .سال گذشته در نرم افزار Grid MP Enterprise شرکتDevices Unitedاز یک برنامه آزمایشی و مقدماتی برای اتصال 2700 کامپیوتر به یکدیگر استفاده می شد.این شبکه کامپیوتر دارای یک نیروی پردازشی معادل پنجteraFLOPs f,n بود که بعد از یک هفته عملکرد ،وجود یک مانع ناشناخته در این چرخه سلولی را در کتابخانه فارما نشان داد .موفقیت این برنامه مقدماتی ،Novartisرا بر آن داشت تا ا زتکنولوژی شبکه ای ئر همه کامپیوتر های اداری سراسر جهان استفاده کند و ققبل از انجام این کار ،شرکت روی یک پروژه استاندارد سازی دسک تاپ به منظور ساده کردن بر نامه ها مدیریت و عملیات سیستم کار کند .به همین منظور شرکت 65000 کامپیوتر دسک تاپ خود را به کامپیوتر های مبتنی بر پنتیوم 4 هیولت پاکارد که برنامه ویندوز xp را اجرا می کنند، ارتقا می دهد .استاندارد سازی یک عامل مهم در استفاده بهینه و موفق از شبکه است.

Manuel PERTSCH رئیس علم مدیریت و انفرماتیک در بخش تحقیقاتNovartis واقع در کمبریج ماساچوست می گوید،اگر این روش روی 10دسک تاپ جواب دهد ،روی 100 یا حتی 1000 دسک تاپ نیز کار خواهد کرد.

شبکه هم اکنون در حال اجرا یبرنامه های انفورماتیک مثل donKing,BLAST با ظرفیت پذیرش بالا و نمایش بر نامه های شبیه سازی است .Novartisهمچنین روی کاربرد شبکه برای استخراج متن و علم استخراج برنامه های کاربردی مطالعه کنید .

نیروی توزیع شده

-NSF TGRAGRIFاینتل ،آی بی ام ،اوراکل ،Quest,Myricon سان مایکرو سیستمز و هیولت موسسه علوم ملی اکنون روی یک سیستم کامپیوتری توزیعی به نام Extensible Terascale Facility سرمایه گذاری می کند که نام کوتاهتر آن TeraGrid می باشد .rob Pennington مدیر موقتی در موسسه علوم ملی مخصوص supercomputing applications (برنامه های کامپیوتری )می گویند ،teragrid مفهوم جدیدی است و تا کنون هیچ سیستم کامپیوتری توزیعی به اندازه و وسعت آن وجود نداشته است .

اعضای tera grid شامل چندین آزمایشگاه ملی و مراکز اصلی ابر کامپیوترهای در ایالت متحده است که با لینکهای 30و40 گیگا بایت در ثانیه به محور شبکه متصل شده اند .

شرکای اصلی تکنولوژی پروژه teragrid را اینتل ،آی بی ام ،اوراکل ،Myricon,qwest و سان میکرو سیستمز تشکیل می دهند.

پیش بینی می شود که teragridحدود بیست teraflops نیروی کامپیوتری داشته باشد و شامل مجموعه ای با بیش از 800پردازنده ایتانیوم 64 بیتی می باشد که بر نامه لینوکس و AlohaServer SC سه هزار پردازنده ای هیولت پاکارد را اجرا می کنند.وقتی این سیستم کامل شود و به راه افتد ،الگوریتمهای جمع کننده پروتئین نیز برای اجرا روی این مجموعه لینوکس 64 بیتی آماده می شوند.

و یک پروژه teragrid بنام TeraGyroidنیز در کنفرانس ابر کامپیوترهای sc2003 عنوان بهترین و جدیدترین برنامه حاوی داده فشرده و کامل را در HPC challenge بدست آورد .این پروژه از چند قابلیت و ویژگی در شش مرکز ابر کامپیوتر چهان جهت شبیه سازی ظاهر مواردی به نام Gyroid ها استفاده می کند که دارای برنامه های کنترل شده ای برای عرضه دارو و بیو سنسور ها هستند.

اتاقی کوچک همراه با اعضای کوچک

دو سال پیش موسسه Wellcome Trust Sanger در نزدیکی کمبریج انگلستان به سرعت به نقاط عطفی دست یافت که توسط سازمانهای تحقیقات بیو مدیکال تجربه شده بود .نیازهای کامپیوتری برای توضیح و تحلیل رشته ژنها با وجود یک رشته اطلاعات کامل یا ناقص درباره ژنوم (کروموزومها)انسان ،به سرعت در حال تغییر بود.

در همین زمان ،Bitcher Phil رئیس سیستم های Sanger گفت،هر چه تاکیدها به آگاهی از نحوه کار کروموزومها و اینکه چطور ژنها بیماری را می شناسند بیشتر میشود ،ما به عرصه کامپیوتری پیچیده تری وارد می شویم.

علاوه بر این چالش ،Sanger از محدودیتهای فضایی در مرکز داده خود و همچنین اعضای IT کوچکی برخوردار بود.

James Cuff رهبرب گروهinformatics Systems Groupدر Sangerمی گویند ،ما به دنبال یک محصول با چگالی بالا هستیم که مناسب مقدار فضای کوچک ما بوده و ظرفیت محاسبه بالایی داشته باشد و علاوه بر آن بدون استفاده از اعضای IT کمکی قابل کنترل باشد.

SANGER مجموعه سیستمهای 168i800Irlx ServerBlack شرکت RLX Technologicalرا انتخاب کرد که روی شاسیهای ex300 I RLX32نصب شده اند و در مورد فضا نیز دو rack سیستم rlx می توانند کار در توالی قرار دادن را انجام دهند که در گذشته برای انجام این کار نه rack سرور نیاز بوده است .

مسئله تعیین اعضا نیز همچنان مطرح بود .با وجود برنامه های مدیریتی RLX(مثل نرم افزار Control Towerشرکت RLX)به حدود 1.5 کارمند تمام وقت برای کنترل یک سیستم دارای 1000 گره نیاز بود.

خرید گیگا هرتز در هر ساعت

انجمن دیابت آمریکا با مشکلی مواجه شده که در اکثر سازمانهای علوم طبیعی رایج است .اینه کانون معمولا از پروژه های جدیدی استفاده می کند که به رشدسریعی نیاز دارد .در حالی که بعضی از پروژه ها به ظرفیت HPC بیشتری نیاز دارند و بعضی دیگر باید به اندازه قبلی و کوچک خود بر گردند .

یک راه حل با وجود هزینه بالای آن ،استفاده از ظرفیت بالای HPC است که مناسب این پروژه های جدید می باشد.Richard Kahn مقام مسئول ADA می گوید اجاره زمانی این ابر کامپیوتر صدها هزار دلار هزینه دارد .

ADAبه یک سرویس on_demand رو آورد که محصول مشترک United Devices,Gateway بود و منابع HPC موجود را ضمیمه می کرد .

بهای اولیه آن 1000دلار است و سپس ADA برای هر گیگا هرتز در ساعت بابت اجرای برنامه های کاربردی ،30سنت در نظر می گیرد .بنا بر این بهای عمل شبیه سازی روی 1000 کامپیوتر یک گیگا هرتزی به مدت 6 ساعت 1800دلار است .

این سرویس on_demand برای اجرای نرم افزار Archimedes نیز بکار می رود که ADA کمک می کند تا برنامه ها و معالجات بالینی را بررسی و تحلیل نموده و رهنمودهای مراقبت بالینی را توسعه دهد.نرم افزار Archimedes عواملی مثل تاثیر تغییرات کوچک در زندگی روی دیسک عوارض بیماری دیابت و با اینکه چطور با کاهش میزان قند خون میزان حمله قلبی نیزی کاهش می یابد را الگو قرار می دهد .

امکان دسترسی بالا همراه با ظرفیت پذیرش و کار آیی بالا

وقتی این مسئله در علوم طبیعی HPC مطرح می شود همه تمرکزروی اسب بخار جدید و مقدماتی قرار می گیرد ولی این فقط قسمتی از قضیه است.

در MWQ Biotech آلمان،محققان به دنبال سیستمهایی با ظرفیت پذیرش وقابلیت اطمینان بالا می گردند. این شرکت یک دستگاه بازرگانی را به اجرا در می آورد که OLIGO های اختصاصی را برای برنامه های کاربردی کوچک و تخصصی طراحی می کند و دستگاه دیگر یک سرویس تجارت الکترونیکی را ارائه می نماید که کار تحلیل ارنومها و سلسله مراتب ان را انجام می دهد. هر دو دستگاه به یک نیروی پردازش و زمان انجام کار سریع نیاز دارند.

MWQ به سیستم های تطابق ژن و Blast Machine محصول Paracelتکیه می کند. به منظور اطلاع از سرویس های بیو انفورماتیک آن که شامل توضیح کروموزمها و طرح مقدماتی می باشد .

این سیستمها پردازنده های با کار آیی بالا را با سخت افزار تهیه شده ای همراه می کند که اجرای برنامه های کاربردی مثل BLAST و Genewise را سرعت می بخشد.

MWG در بسیاری از موارد،برنامه های Smith_Waterman و BLASTرا اجرا می کند که این کار روی بسیاری از مجموعه ها چندین هفته طول می گکشد ولی مشتریانی که نمونه هایی را برای تحلیل عرضه می کنند به دنبال نتایجی در فاصله زمانی کوتاهتر هستند.

David Brett رهبر گروه بیو انفورماتیک MWG می گوید ،ما باید این برنامه ها را ظرف 2تا 3 ساعت اجرا کنیم نه طی چند هفته.

علاوه بر زمان انجام کار سریع ،Brett از مکان دسترسی به این سیستم نگران است .او می گوید ،این سیستم باید به طور 24ساعته در دسترس باشد و ما سیستم ارزانی را نمی خواهیم که امکان Crash داشته باشد.مشتریان از آن رو بر گردان می شوند.

علاوه بر برنامه های BLASTوSMITH-waterman در جستجوی دامین های پروتئینی است که به سیستمی نیاز دارد که الگوریتمهای یابنده الگو ،HMM,Profiler را اجرا کند.برای مثال در مطالعه توضیحات ژنوم باکتریال ،بسیاری از ژنها نمی توتنند یک رقابت یکسان قوی را ایجاد کنند بنابراینBLAST چندان هم مناسب نمی باشد.

سیستم های Paracel نیازهای کامپیوتری را در حد وسیعی برای کار طراحی MWQ,Oligo پشتیبانب می نماید .این شرکت از نرم افزاری به نام Array oligos4و یک پایگاه داده اختصاصی و مناسب به نام Seg Code استفاده می کند.برای تمامی ژنهای مورد نظر ،چندین مرحله آزمایشی mer50 در نظر گرفته شده که از معیاری مثل محتوای تعریف شده بر مبنای GC پیروی می کند. به منظور جلوگیری از هر نوع Cross-HybridizationتینOligoها در مقابل پایگاه داده BLASTed,Codeseq شده اند. در حین کنترل با استفاده از برنامه smith _ waterman و برای حذف طرحهای دلخواه فرعی صورت می گیرد.

نتیجه این محاسبات در طراحی ارایه های کوچک اختصای ودر زمان سریع به کار می رود وبا وجود اینکه مجموعه کاملا وکافی می باشد ولی تقاضای مشتری تنها نتوانستعه ضرورت وجودMWQ را در استفاده از یک سیستم بهینه ویکپارچه ای تقویت کتدکه برای اجرای الگوریتمهای بیو انفورماتیک طراحی شده است.

مثالهای بیشتر

هزاران راه

Jack collinx مدیر شرکت علمی کامپیتر در NCI می گوید ، یکی از مهمترین مشکلاتی مهئ ما با ۀآن مواجه هستیم مقدار داده دریافتنپی است که باید آن را پردازش و ذخیره نموده وسپس آن را توضیح داده و درک کنیم . برای کنترل اعمالی مثل شبیه سازی مولکولی وفعل وهنفعالات کامپیوتری ،مرکز کامیوتری پیشرفته بیو مدیکالNCI یکSGI Orgin وهشت سرور SGI Orgin36ویک سرور 5700Sun Enterprise ویک سرور 7880Sun Sunfire و8 سیستم Sun Netra و یک مجموعه مبتی بر Xeone اینتل و AMD Athlon گسترده را ضمیمه می کند.

کار آخر هفته

شرکت بیو مار مای diaDexus سال از یک سیستم اختصاصی مولتی پروسسور(چند پردازندهای)مبتنی بر RISC به یک سیستم 11Linux NetworX Evocity(32پردازندهای)با 16 گره رو آورد. این سیستمک برای اجرای برنامه های انفور ماتیک استفاده می شد، بنابراین diaDexus می تواند DNA در غیر پروتئین را تحلیل و نشانه هاسی بیماری را بیابد.

Tim Burcham مدیر اصلی قسمت بیو انفورماتیک در شرکت diaDexus می گوید ،آنچه تا کنون ظرف دو هفته انجام می شود اکنون در یک روز انجام میشود.ما می توانیم جمعه شب را در خانه سپری کرده و کار تحلیل صبح روز دوشنبه تکمیل می شود.

یک دلیل مهم برای انتخاب روش گروهی ،حالت پیمانه ای آن بود.Burshamمی گوید می تواند 16گره دیگر را نیز طی یکسال به سیستم اضافه کند و از اصلاحات موجود در نیروی پردازش بهره مند گردد .

2000گره نیرو

دانشگاه Buffaloقسمتی از دانشگاه ایالتی شهر نیو یورک از یک مجموعه دارای 2000گره استفاده می کند که از سرورهای Dell Power Edge تشکیل شده است .این مجموعه برای تشکیل یک زنجیر و توسعه مدلهای مولکولی پروتئین ها در برنامه های بیو لوژیکی استفاده می شود.این مجموعه در حال حاضر با عملکرد مشخص بیش از دو teraflops در رده سنی و هشتمین ابر کامپیوتر دنیا قرار گرفته است .

شبیه سازی اتمی

تحقیق برای کشف داروی تحت مکانیسم در BioNumerik pharmaceuticalsکمتر به تکنیکهای شبیه سازی سنتی (مثل شبیه سازی های Monte Carlo)و بیشتر به محاسبات واکنشها و روابط اتمی تکیه می کند. این شرکت دو ابر کامپیوتر SV1 Croy را مثل سرورهای شرکت SGIو سان میکرو سیستمز بر می گزیند.