Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Teoretyczne Podstawy Informatyki - Rok I - kierunek IS w IFAiIS UJ – 2006/2007 Prof. dr hab. Elżbieta Richter-Wąs 2.10.06 Teoretyczne podstawy informatyki.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Teoretyczne Podstawy Informatyki - Rok I - kierunek IS w IFAiIS UJ – 2006/2007 Prof. dr hab. Elżbieta Richter-Wąs 2.10.06 Teoretyczne podstawy informatyki."— Zapis prezentacji:

1 Teoretyczne Podstawy Informatyki - Rok I - kierunek IS w IFAiIS UJ – 2006/2007 Prof. dr hab. Elżbieta Richter-Wąs Teoretyczne podstawy informatyki

2 Teoretyczne Podstawy Informatyki - Rok I - kierunek IS w IFAiIS UJ – 2006/2007 Prof. dr hab. Elżbieta Richter-Wąs Zakres tematyczny 1.Co to jest informacja? 2.Algorytmy i struktury danych, poprawność algorytmu 3.Złożoność obliczeniowa cz. I 4.Rekursja, indukcja, iteracja, teoria prawdopodobieństwa 5.Modele danych: drzewa, listy, zbiory, relacje, grafy 6.Złożoność obliczeniowa, cz. II 7.Wzorce, automaty, wyrażenia regularne i gramatyki 8.Języki formalne, problemy NP-zupełne

3 Teoretyczne Podstawy Informatyki - Rok I - kierunek IS w IFAiIS UJ – 2006/2007 Prof. dr hab. Elżbieta Richter-Wąs Literatura 1.H. Abelson, et al., Struktura i intepretacja programów komputerowych 2.A. V. Acho, J. D. Ullman, Wykłady z informatyki z przykładami w języku C 3.T. H. Cormen, Ch. F. Leiserson, R. L. Rivest, Wprowadzenie do algorytmów 4.A. Drozdek, D. L. Simon, Struktury danych w języku C 5.D. Harel, Rzecz o istocie informatyki 6.J.E. Hopcroft, J. Ullman, Wprowadzenie do teorii automatów, jezyków i obliczeń 7.S. Kowalski, A. W. Mostowski, Teoria automatów i lingwistyka matematyczna 8.Ch. H. Papadimitriou, Złożoność obliczeniowa 9.W. Sikorski, Wykłady z podstaw informatyki 10.W. M. Turski, Propedeutyka Informatyki 11.N. Wirth, Algorytmy i struktury danych = programy Zaliczenie przedmiotu zaliczenie ćwiczeń z zadań rachunkowych egzamin pisemny: podany obowiazujacy zestaw zagadnień z wykładu

4 Teoretyczne Podstawy Informatyki - Rok I - kierunek IS w IFAiIS UJ – 2006/2007 Prof. dr hab. Elżbieta Richter-Wąs Wpływ informatyki na funkcjonowaniu społeczeństw jest widoczny: rozpowszechnianie się komputerów, systemów informatycznych, edytorów tekstu, arkuszy kalkulacyjnych itd... Ważną cecha informatyki jest ułatwianie samego programowania i czynienie programowania bardziej niezawodnym Zasadniczo jednak informatyka jest nauką o abstrakcji, czyli nauką o tworzeniu właściwego modelu reprezentującego problem i wynajdowaniu odpowiedniej techniki mechanicznego jego rozwiązywania Informatycy tworzą abstrakcje rzeczywistych problemów w formach które mogą być rozumiane i przetwarzane w pamięci komputera Informatyka: mechanizacja abstrakcji

5 Teoretyczne Podstawy Informatyki - Rok I - kierunek IS w IFAiIS UJ – 2006/2007 Prof. dr hab. Elżbieta Richter-Wąs Abstrakcja oznaczać będzie pewne uproszczenie, zastąpienie skomplikowanych i szczegółowych okoliczności występujących w świecie rzeczywistym zrozumiałym modelem umożliwiającym rozwiązanie naszego problemu. Oznacza to że abstrahujemy od szczegółów które nie maja wpływu lub mają minimalny wpływ na rozwiązanie problemu. Opracowanie odpowiedniego modelu ułatwia zajęcie się istotą problemu. W ramach tego wykładu omówimy modele danych: abstrakcje wykorzystywane do opisywania problemów struktury danych: konstrukcje języka programowania wykorzystywane do reprezentowania modelów danych. Przykładowo język C udostępnia wbudowane abstrakcje takie jak struktury czy wskaźniki, które umożliwiają reprezentowanie skomplikowanych abstrakcji takich jak grafy algorytmy: techniki wykorzystywane do otrzymywania rozwiązań na podstawie operacji wykonywanych na danych reprezentowanych przez abstrakcje modelu danych, struktury danych lub na inne sposoby Informatyka: mechanizacja abstrakcji

6 Teoretyczne Podstawy Informatyki - Rok I - kierunek IS w IFAiIS UJ – 2006/2007 Prof. dr hab. Elżbieta Richter-Wąs Wykład 1a: Trochę historii... trochę przyszłości Teoretyczne podstawy informatyki Algorytm Euklidesa, krosno Jacquarda, maszyny Babbage, algorytmika, komputery..... Oprogramowanie wielkich eksperymentów fizycznych.... czyli wyznawanie dla współczesnej informatyki stosowanej

7 Teoretyczne Podstawy Informatyki - Rok I - kierunek IS w IFAiIS UJ – 2006/2007 Prof. dr hab. Elżbieta Richter-Wąs Gdzieś miedzy 400 a 300 rokiem p.n.e wielki grecki matematyk Euklides wynalazł algorytm znajdowania największego wspólnego dzielnika (nwd) dwóch dodatnich liczb całkowitych. Szczegóły algorytmu są nieistotne... algorytm Euklidesa uważa się za pierwszy kiedykolwiek wymyślony niebanalny algorytm. Słowo algorytm wywodzi się od nazwiska perskiego matematyka Muhammeda Alchwarizmi (łac.. Algorismus), który żył w IX wieku p.n.e i któremu przypisuje się podanie reguł dodawania, odejmowania, mnożenia i dzielenia zwykłych liczb dziesiętnych. Jedną z najwcześniejszych maszyn wykonujących proces sterowany czymś co można nazwać algorytmem jest krosno tkackie wynalezione w 1801 roku przez Josepha Jacquarda. Tkany wzór określały karty z otworami wydziurkowanymi w różnych miejscach.Te otwory, które wyczuwał specjalny mechanizm, sterowały wyborem nitek i innymi czynnościami maszyny. Trochę historii

8 Teoretyczne Podstawy Informatyki - Rok I - kierunek IS w IFAiIS UJ – 2006/2007 Prof. dr hab. Elżbieta Richter-Wąs Jedną z najważniejszych i najbardziej barwnych postaci w historii informatyki był Charles Babbage. Ten angielski matematyk, częściowo zbudowawszy w roku 1833 urządzenie zwane maszyną różnicową, służące do obliczania pewnych wzorów matematycznych, obmyślił i zrobił plany godnej uwagi maszyny zwanej maszyną analityczną maszyna różnicowa realizowała konkretne zadanie maszyna analityczna realizowała konkretny algorytm czyli program zakodowany w postaci otworów wydziurkowanych na kartach Maszyny Babbage były w swej naturze mechaniczne, oparte raczej na dzwigniach, trybach i przekładniach, a nie na elektronice i krzemie Koncepcje zawarte w projekcie maszyny analitycznej Babbagea tworzą podstawę wewnętrznej struktury i zasad działania dzisiejszych komputerów Maszyna Babbage

9 Teoretyczne Podstawy Informatyki - Rok I - kierunek IS w IFAiIS UJ – 2006/2007 Prof. dr hab. Elżbieta Richter-Wąs Algorytmika, komputery Połowa lat trzydziestych to niektóre z najbardziej fundamentalnych prac nad teorią algorytmów, uzmysławiających możliwości i ograniczenia algorytmów wykonywanych przez maszyny Kluczowe postacie to: Alan Turing (Anglik), Kurt Goedel (Niemiec), Andriej A. Markow (Rosjanin), Alonzo Church, Emil Post i Stephen Kleene (Amerykanie) Lata pięćdziesiąte i sześćdziesiąte to szybkie postępy w budowie komputerów: era badań jądrowych i kosmicznych, postępy w dziedzinie łączności wspieranej przez komputery (filtrowanie i analiza); gospodarka, bankowość, itd. Uznanie informatyki za niezależną dyscyplinę akademicką nastąpiło w połowie lat sześćdziesiątych

10 Teoretyczne Podstawy Informatyki - Rok I - kierunek IS w IFAiIS UJ – 2006/2007 Prof. dr hab. Elżbieta Richter-Wąs Trochę przyszłości...tej zupełnie bliskiej Fizyka wysokich energii: zajmuje się (bada) podstawowe składniki materii i siły występujące miedzy nimi. Jest dziedziną podstawową. Zadaje pytania o charakterze fundamentalnym dla naszego rozumienia wszechświata i jego powstania. Podstawowe składniki materii czyli cząstki elementarne: elektron, muon, lepton tau, neutrina, kwarki. Podstawowe oddziaływania: elektromagnetyczne, słabe, silne, grawitacyjne. Oddziaływaniami rządzą pewne prawa symetrii: zachowanie symetrii globalnej, lokalnej wymusza formę oddziaływania. CERN: największe laboratorium fizyki wysokich energii w Europie organizacja międzynarodowa założona w 1953/1954 przez 12 krajów Polska członkiem od 1991 roku Skupia około aktywnych fizyków, informatyków, inżynierów, elektroników

11 Teoretyczne Podstawy Informatyki - Rok I - kierunek IS w IFAiIS UJ – 2006/2007 Prof. dr hab. Elżbieta Richter-Wąs CERN i eksperymenty LHC Tunel o obwodzie 27km (do 180m pod ziemia) Start: początek 2007

12 Teoretyczne Podstawy Informatyki - Rok I - kierunek IS w IFAiIS UJ – 2006/2007 Prof. dr hab. Elżbieta Richter-Wąs Detektory eksperymentów fizyki wysokich energii Detektory pozwalają na obserwację (rejestrację) serii oddziaływań, podjęcie decyzji czy oddziaływanie jest interesujące, identyfikację produkowanych cząstek, pomiar ich energii i pędu. Detektory dla zderzeń przy wysokich energiach muszą być duże, zbudowane z różnych poddetektorów (każdy dedykowany do rejestracji pewnego określonego typu sygnału). Niektóre poddetektory umieszczone są w polu magnetycznym (aby umożliwić pomiar pędu). Metody pomiarowe to pomiar absorpcji energii, rekonstrukcja toru na podstawie śladów zostawionych w poszczególnych warstwach detektorów, itd. itd...

13 Długość : ~ 40 m Promień : ~ 10 m Waga : ~ 7000 ton ATLASATLAS Solenoid Muon end-cap chamber Barrel coil cryostat TRT end-cap wheel Tilecal Barrel LAr ECAL zdjecia rok 2003

14 Teoretyczne Podstawy Informatyki - Rok I - kierunek IS w IFAiIS UJ – 2006/2007 Prof. dr hab. Elżbieta Richter-Wąs TRT+SCT barrel travelled to the pit, 24 th Aug 2006 Through the parking area A tight fit between BT and EC Calorimeter From the trolley to the support railsInside cryostat

15 Teoretyczne Podstawy Informatyki - Rok I - kierunek IS w IFAiIS UJ – 2006/2007 Prof. dr hab. Elżbieta Richter-Wąs LHC (Large Hadron Collider) będzie zderzał przeciwbieżne wiązki protonów z energią środka masy 14 TeV. (Ta energia wystarczałaby na produkcję protonów!) Wiązki protonów będą oddziaływały co 25 ns wewnątrz ogromnego detektora wypełnionego milionami kanałów odczytu elektronicznego. Każde zderzenie wiązek to ~ 23 pp oddziaływań, każde produkujące strugę (~ 10 3 ) wychodzących cząstek. Odstęp pomiędzy kolejnymi zderzeniami wiązek to tylko 25ns 25ns to odległość 8m dla cząstek poruszających się z prędkością światła (to jest mniej niż promień detektora) Na raz w detektorze fale cząstek od 3 kolejnych zderzeń Tylko niewielka cześć tych oddziaływań może zostać zapisana na taśmie System który podejmuje decyzje nazywa się TRIGGER. On-line computing model dla eksperymentów LHC czyli: Jak w ciągu 1 sekundy wybrać 1 spośród 10 7 ?

16 Teoretyczne Podstawy Informatyki - Rok I - kierunek IS w IFAiIS UJ – 2006/2007 Prof. dr hab. Elżbieta Richter-Wąs Co to znaczy niewielka część? 25ns 40 x 10 6 /s zderzeń 23 oddział/zderzenie 23 x 40 x 106 /sek ~ 10 9 /sek oddział możemy zarejestrować tylko ~ 100/sek zderzeń redukcja 10 7 Czy można podjąć decyzje w 25ns? nie można : czas rejestracji w detektorze dłuższy (ok. 50 x 25ns) informacje trzeba wysłać do procesora (ok. 15 x 25ns) informacje trzeba przetworzyć (ok. 10 x 25ns) Metoda to wielopoziomowość podejmowania decyzji, każdy poziom procesuje tylko pewien % informacji, stopniowa redukcja ilość interesujących zderzeń, w tym czasie informacja jest przechowywana w tzw. pipeline pamięci Po wydaniu decyzji OK następuje zczytanie informacji z całego detektora (po zero suppression, linki optyczne 40Gbit/sek) ~ 100Hz x 1MB Ile informacji trzeba przetworzyć? trigger elektron: 8bit x 40MHz x 7500 ~ Gbit/sek On-line computing model dla eksperymentów LHC

17 Teoretyczne Podstawy Informatyki - Rok I - kierunek IS w IFAiIS UJ – 2006/2007 Prof. dr hab. Elżbieta Richter-Wąs Off-line computing model dla eksperymentów LHC Definiuje ogólną architekturę czyli sposób w jaki planuje się używać dostępnych mocy obliczeniowych Jak duże moce są potrzebne aby zanalizować informację zebraną w detektorze? Jaki system zapisu danych (media, technologia)? Jaki system networku? itd... Założenia wstępne długi czas życia ~ 20 lat 85% rozwijane w niezależnych grupach na całym świecie technologia obiektowa, język C++, aplikacje w java, skrypty w pythonie, pliki xml,.... Parametry wejściowe 100Hz częstość rejestracji (10 9 oddziaływań na rok) 1 MB rozmiar przypadku 1 MB/godz. informacji dodatkowej (kalibracja odczytu) 150 równoczesnych użytkowników (dostęp do baz danych)...

18 Teoretyczne Podstawy Informatyki - Rok I - kierunek IS w IFAiIS UJ – 2006/2007 Prof. dr hab. Elżbieta Richter-Wąs Co to znaczy analizować dane? Generate Events Generate Events Simulate Events Simulate Events Simulation geometry Build Simulation Geometry Build Simulation Geometry Reconstuction geometry Build Reconstruction Geometry Build Reconstruction Geometry Detector description Detector alignment Detector calibration Reconstruction parameters Reconstruct Events Reconstruct Events ESD AOD Analyze Events Analyze Events Physics Raw Data ATLAS Detector

19 Teoretyczne Podstawy Informatyki - Rok I - kierunek IS w IFAiIS UJ – 2006/2007 Prof. dr hab. Elżbieta Richter-Wąs Od surowych danych do fizyki czyli co się dzieje podczas analizy? Fragmentation, Decay Physics analysis Interaction with detector material Pattern, recognition, Particle identification Detector response apply calibration, alignment Raw data Convert to physics quantities Reconstruction Simulation (Monte-Carlo) Analysis Basic physics Results 250Kb – 1 Mb100 Kb25 Kb5 Kb500 b e+e+ e-e- f f Z0Z0 _

20 Teoretyczne Podstawy Informatyki - Rok I - kierunek IS w IFAiIS UJ – 2006/2007 Prof. dr hab. Elżbieta Richter-Wąs Co to znaczy zaprogramować geometrię? Jaka jest skala problemu? 25,5 millionów oddzielnych elementów różnych obiektów geometrycznych różnych typów geometrycznych kontrolowanie nakładających się na siebie przypadków sygnałów w detektorze na przypadek

21 Teoretyczne Podstawy Informatyki - Rok I - kierunek IS w IFAiIS UJ – 2006/2007 Prof. dr hab. Elżbieta Richter-Wąs

22 Teoretyczne Podstawy Informatyki - Rok I - kierunek IS w IFAiIS UJ – 2006/2007 Prof. dr hab. Elżbieta Richter-Wąs Przykład jak może wyglądać graficzna prezentacja informacji odczytanej z detektora i przetworzonej przez algorytmy rekonstrukcyjne REKONSTRUKCJA i interpretacja INFORMACJI

23 Teoretyczne Podstawy Informatyki - Rok I - kierunek IS w IFAiIS UJ – 2006/2007 Prof. dr hab. Elżbieta Richter-Wąs A tu trochę bardziej gesty obraz. Nałożyliśmy 23 dodatkowe przypadki, tzw. pile-up. REKONSTRUKCJA i interpretacja INFORMACJI

24 Teoretyczne Podstawy Informatyki - Rok I - kierunek IS w IFAiIS UJ – 2006/2007 Prof. dr hab. Elżbieta Richter-Wąs Hierarchical View Tier2 Centre ~1 TIPS Online System Offline Farm ~20 TIPS CERN Computer Centre >20 TIPS UK Regional Centre (RAL) US Regional Centre French Regional Centre Italian Regional Centre SheffieldManchesterLiverpool Lancaster ~0.25TIPS Workstations ~100 MBytes/sec Mbits/sec One bunch crossing per 25 ns 100 triggers per second Each event is ~1 Mbyte Physicists work on analysis channels Each institute has ~10 physicists working on one or more channels Data for these channels should be cached by the institute server Physics data cache ~PBytes/sec ~ Gbits/sec or Air Freight Tier2 Centre ~1 TIPS ~Gbits/sec Tier 0 Tier 1 Tier 3 Tier 4 1 TIPS = 25,000 SpecInt95 PC (1999) = ~15 SpecInt95 Northern Tier ~1 TIPS Tier 2

25 Toward flat structure: GRID CERN Tier2 Lab a Lancs Lab c Uni n Lab m Lab b Uni b Uni y Uni x Physics Department Desktop Germany Tier 1 USA FermiLab UK France Italy NL USA Brookhaven ………. The LHC Computing Facility

26 Teoretyczne Podstawy Informatyki - Rok I - kierunek IS w IFAiIS UJ – 2006/2007 Prof. dr hab. Elżbieta Richter-Wąs ATLAS Production system LCGNGGrid3LSF LCG exe LCG exe NG exe G3 exe LSF exe super prodDB dms RLS jabber soap jabber Don Quijote Windmill Lexor AMI Capone Dulcinea

27 Teoretyczne Podstawy Informatyki - Rok I - kierunek IS w IFAiIS UJ – 2006/2007 Prof. dr hab. Elżbieta Richter-Wąs Computing: daily CSC production jobs over the past couple of months Production for software validation and CSC physics samples Some statistics June now: Over 50 Million events produced EGEE grid59 % NorduGrid13 % OSG28 %

28 Teoretyczne Podstawy Informatyki - Rok I - kierunek IS w IFAiIS UJ – 2006/2007 Prof. dr hab. Elżbieta Richter-Wąs Service monitoring Grid3 – a snapshot of sites Sep sites, multi-VO shared resources ~3000 CPUs (shared)

29 Teoretyczne Podstawy Informatyki - Rok I - kierunek IS w IFAiIS UJ – 2006/2007 Prof. dr hab. Elżbieta Richter-Wąs LCG2 site map 73 Sites 7700 CPU ~35 pass all tests

30 Teoretyczne Podstawy Informatyki - Rok I - kierunek IS w IFAiIS UJ – 2006/2007 Prof. dr hab. Elżbieta Richter-Wąs ATLAS DC2 (CPU usage)

31 Teoretyczne Podstawy Informatyki - Rok I - kierunek IS w IFAiIS UJ – 2006/2007 Prof. dr hab. Elżbieta Richter-Wąs Jobs distribution on LCG Krakow

32 Teoretyczne Podstawy Informatyki - Rok I - kierunek IS w IFAiIS UJ – 2006/2007 Prof. dr hab. Elżbieta Richter-Wąs Co z tego dzieje się w Krakowie? grupa ATLAS, ALICE, LHCb (eksperymenty LHC) w Instytucie Fizyki Jądrowej ul. Radzikowskiego 152 grupa ATLAS i LHCb w AGH Czym się zajmujemy? modelowanie triggera (on-line) rekonstrukcja i analiza informacji (off-line) oprogramowanie dla monitorowania pracy detektora projektowanie elementów elektroniki procesowanie dużej ilości danych: GRID przygotowywanie przyszłych analiz fizycznych Zapraszamy....


Pobierz ppt "Teoretyczne Podstawy Informatyki - Rok I - kierunek IS w IFAiIS UJ – 2006/2007 Prof. dr hab. Elżbieta Richter-Wąs 2.10.06 Teoretyczne podstawy informatyki."

Podobne prezentacje


Reklamy Google