Программа

Программа, реализующая разностную схему, написана на языке Фортран 90.

Язык Фортран является оптимальным для разработки приложений при решении различных научно-технических задач. В особенности, это касается больших задач, которые решаются на вычислительных системах с параллельной архитектурой. Фортран позволяет использовать такие, стандартные на сегодняшний день, средства поддержки параллельности как: MPI (Message Passing Interface) и OpenMP (Open specifications for MultiProcessing). Язык оснащен большим набором встроенных математических функций, что существенно упрощает написание вычислительных программ. Фортран постоянно совершенствуется и обновляется в соответствии с развитием технологий программирования и вычислительной техники. Существует достаточно много литературы по современному Фортрану, часть из которой приведена в списке литературы данного пособия [3-6].

В Приложении приведен пример программы численного решения начально-краевых задач на одномерное уравнение теплопроводности. Код составлен таким образом, чтобы дать примеры наиболее часто использующихся при разработке вычислительных программ, конструкций языка Фортран. Кроме того, структура представленной в Приложении программы позволяет достаточно просто модифицировать код для решения двух и трех мерных задач. Код в Приложении снабжен необходимыми комментариями.

Компилятор gfortran

Компилятор gfortran – это кроссплатформенный свободно распространяемый компилятор языка Фортран, входящий в коллекцию компиляторов проекта GNU (GCC, GNU Compiler Collection).

Инсталляторы gfortran доступны по адресу http://gcc.gnu.org/wiki/GFortranBinaries.

Для установки компилятора под ОС Windows достаточно запустить программу инсталляции, после чего выбрать директорию, в которую будет установлен компилятор.

Инсталлятор добавит в переменную окружения PATH путь к директории, содержащей файл gfortran.exe, поэтому компиляцию можно осуществить из командной строки, набрав, например, команду gfortran code.f90, которая создаст исполняемый файл с именем a.exe. Также удобно создать пакетный файл, содержащий ключи компиляции, например, файл с текстом:

gfortran –fdefault-real-8 –fopenmp %1

Создание пакетного файла в файловом менеджере FAR осуществляется командой SHIFT+F4, после выполнения, которой нужной ввести имя файла (например, gfort.bat). Далее, в открывшемся окне текстового редактора набирается команда компилятора (например, gfortran %1). Сохранение текста производится командой F2, выход из редактора – F10. После этого компиляция (исходный файл с расширением .f90 должен находиться в одной директории с пакетным файлом) осуществляется с помощью набора в командной строке команды gfort file.f90.

Далее приводится перечень некоторых из ключей компиляции:

-o file – задаёт имя выходного файла. По умолчанию, имя выходного файла – a.exe.

-I dir – добавляет директорию dir к списку директорий, в которых производится поиск заголовочных файлов, добавленных в исходный код с помощью команды INCLUDE.

-fdefault-real-8 – устанавливает длину всех переменных типа REAL в 8 байт.

-fopenmp – включает поддержку директив OpenMP для параллельных вычислений.