Introducción a la programación en Fortran

Transcripción

1 Introducción a la programación en Fortran Santiago de Mello Modelización numérica de la atmósfera Departamento de ciencias de la atmósfera Universidad de la República, Uruguay. Agosto de 2017 Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

2 Contenido 1 Introducción 2 Fortran 3 Ejemplos Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

3 1 Introducción 2 Fortran 3 Ejemplos Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

4 Qué es un modelo? Qué es un modelo? Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

5 Qué es un modelo? Qué es un modelo? Un modelo es cualquier esquema o metodología que nos permita pronosticar la evolución futura del comportamiento atmosférico. Qué tipos de modelos conocen? Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

6 Qué es un modelo? Qué es un modelo? Un modelo es cualquier esquema o metodología que nos permita pronosticar la evolución futura del comportamiento atmosférico. Qué tipos de modelos conocen? Persistencia Análogos Valores medios Tendencia Modelo de pronóstico numérico Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

7 Modelos de pronóstico numérico del tiempo Características: Son la herramienta más usada para realizar pronósticos del tiempo. Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

8 Modelos de pronóstico numérico del tiempo Características: Son la herramienta más usada para realizar pronósticos del tiempo. Requieren de una gran capacidad computacional para resolver las ecuaciones que rigen el comportamiento de la atmósfera. Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

9 Modelos de pronóstico numérico del tiempo Características: Son la herramienta más usada para realizar pronósticos del tiempo. Requieren de una gran capacidad computacional para resolver las ecuaciones que rigen el comportamiento de la atmósfera. Pueden ser globales o regionales. Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

10 Modelos de pronóstico numérico del tiempo Características: Son la herramienta más usada para realizar pronósticos del tiempo. Requieren de una gran capacidad computacional para resolver las ecuaciones que rigen el comportamiento de la atmósfera. Pueden ser globales o regionales. Se caracterizan por su resolución horizontal y vertical. Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

11 Modelos de pronóstico numérico del tiempo Características: Son la herramienta más usada para realizar pronósticos del tiempo. Requieren de una gran capacidad computacional para resolver las ecuaciones que rigen el comportamiento de la atmósfera. Pueden ser globales o regionales. Se caracterizan por su resolución horizontal y vertical. Pueden emplear distintas coordenadas verticales. Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

12 Modelos de pronóstico numérico del tiempo Características: Son la herramienta más usada para realizar pronósticos del tiempo. Requieren de una gran capacidad computacional para resolver las ecuaciones que rigen el comportamiento de la atmósfera. Pueden ser globales o regionales. Se caracterizan por su resolución horizontal y vertical. Pueden emplear distintas coordenadas verticales. Requieren del uso de parametrizaciones para simular el efecto de los procesos no resueltos. Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

13 Modelos de pronóstico numérico del tiempo Características: Son la herramienta más usada para realizar pronósticos del tiempo. Requieren de una gran capacidad computacional para resolver las ecuaciones que rigen el comportamiento de la atmósfera. Pueden ser globales o regionales. Se caracterizan por su resolución horizontal y vertical. Pueden emplear distintas coordenadas verticales. Requieren del uso de parametrizaciones para simular el efecto de los procesos no resueltos. Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

14 Modelos de pronóstico numérico del tiempo Características: Son la herramienta más usada para realizar pronósticos del tiempo. Requieren de una gran capacidad computacional para resolver las ecuaciones que rigen el comportamiento de la atmósfera. Pueden ser globales o regionales. Se caracterizan por su resolución horizontal y vertical. Pueden emplear distintas coordenadas verticales. Requieren del uso de parametrizaciones para simular el efecto de los procesos no resueltos. Los modelos son un conjunto de programas que resuelven las ecuaciones y prevén la evolución de la atmósfera. Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

15 Modelos de pronóstico numérico del tiempo La forma en que las ecuaciones primitivas se derivan en formas teóricas y se convierten en códigos de computadora, puede contribuir a los errores de pronóstico en los modelos. Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

16 Ec. primitivas Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

17 Primeros modelos Los primeros modelos solo resolvían las ecuaciones en puntos discretos y demoraban días y hasta semanas en dar resultados. Con el avance de la computación, los modelos pudieron sofisticarse y la resolución espacial, incrementarse. Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

18 1 Introducción 2 Fortran 3 Ejemplos Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

19 Introducción a Fortran Fortran Formula Translating Es un lenguaje de programación de alto nivel, de propósito general especialmente adaptado al cálculo numérico y a la computación científica. Desarrollado por IBM en 1957 y usado para aplicaciones científicas y de ingeniería Fortran vino a dominar esta área de la programación desde el principio y ha estado en uso continuo por más de medio siglo en áreas de cómputo intensivo tales como la predicción numérica del tiempo, biología, etc... Es uno de los lenguajes más populares en el área de la computación de alto rendimiento y es el lenguaje usado para programas que evalúan el desempeño (benchmark) y el ranking de los supercomputadores más rápidos del mundo. Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

20 Por qué no otro programa? Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

21 Por qué no otro programa? Hay 2 tipos de lenguajes de programación: Compilados e Interpretados. Compilados Un lenguaje que se implementa mediante un compilador. Esto implica que una vez escrito el programa, éste se traduce a partir de su código fuente por medio de un compilador en un archivo ejecutable para una determinada plataforma. Los lenguajes compilados son lenguajes de alto nivel en los que las instrucciones se traducen del lenguaje utilizado a código máquina para una ejecución rápida. Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

22 Por qué no otro programa? Interpretado Por el contrario un lenguaje interpretado es aquel en el que las instrucciones se traducen o interpretan una a una siendo típicamente unas 10 veces más lentos que los programas compilados. Un lenguaje interpretado es un lenguaje que requiere un intérprete para implementar o ejecutar el código. En teoría, cualquier lenguaje puede ser interpretado y también compilado; la diferencia entre ellos es solamente una cuestión de práctica y conveniencia. De hecho, muchos lenguajes son implementados tanto por compiladores como por interpretes (Basic, Python, C++). Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

23 Que necesitamos para programar en Fortran? Editor de texto Archivo del programa con sufijo.f90 (.f77,.f95..) Compilador instalado (que genera el ejecutable) Terminal para ejecutar Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

24 Que necesitamos para programar en Fortran? Editor de texto Archivo del programa con sufijo.f90 (.f77,.f95..) Compilador instalado (que genera el ejecutable) Terminal para ejecutar Cómo saber si tengo instalado fortran? ejecutar en un terminal: which gfortran Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

25 Que necesitamos para programar en Fortran? Editor de texto Archivo del programa con sufijo.f90 (.f77,.f95..) Compilador instalado (que genera el ejecutable) Terminal para ejecutar Cómo saber si tengo instalado fortran? ejecutar en un terminal: which gfortran /usr/bin/gfortran Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

26 Que necesitamos para programar en Fortran? Editor de texto Archivo del programa con sufijo.f90 (.f77,.f95..) Compilador instalado (que genera el ejecutable) Terminal para ejecutar Cómo saber si tengo instalado fortran? ejecutar en un terminal: which gfortran /usr/bin/gfortran < (directorio donde esta instalado) Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

27 Que necesitamos para programar en Fortran? Editor de texto Archivo del programa con sufijo.f90 (.f77,.f95..) Compilador instalado (que genera el ejecutable) Terminal para ejecutar Cómo saber si tengo instalado fortran? ejecutar en un terminal: which gfortran /usr/bin/gfortran < (directorio donde esta instalado) Si no esta: Ubuntu: > sudo apt-get install gfortran Fedora: > su yum install gfortran (o utilizar los repositorios) Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

28 Compilar y correr programas en Fortran La manera estandard de compilar un programa en Fortran es abrir un terminal, ir al directorio que contiene el programa, y escribir: [santiago@localhost] f90 nombre1.f90 (f90 o gfortran) Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

29 Compilar y correr programas en Fortran La manera estandard de compilar un programa en Fortran es abrir un terminal, ir al directorio que contiene el programa, y escribir: [santiago@localhost] f90 nombre1.f90 (f90 o gfortran) Al compilar el programa se obtiene un ejecutable que tiene por default el nombre a.out. [santiago localhost] ls Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

30 Compilar y correr programas en Fortran La manera estandard de compilar un programa en Fortran es abrir un terminal, ir al directorio que contiene el programa, y escribir: [santiago@localhost] f90 nombre1.f90 (f90 o gfortran) Al compilar el programa se obtiene un ejecutable que tiene por default el nombre a.out. [santiago localhost] ls a.out Esto puede cambiarse haciendo: [santiago@localhost] f90 nombre1.f90 -o nombre2 Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

31 Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

32 1 Introducción 2 Fortran 3 Ejemplos Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

33 Ejemplo 1 program hola! Ahora vamos a saludar al mundo print *, hola mundo! end program hola Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

34 Constantes y variables Tipos de datos: logical real integer double character Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

35 Declaración de variables FORTRAN asume que aquellas variables que no han sido declaradas tienen un tipo implícito de acuerdo a la siguiente regla: variables cuyos nombres empiezan con i,j,k,l,m,n se asumen enteras, y todas las demás se asumen reales Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

36 Ejemplo 2 program valores... end program valores Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

37 Operaciones en Fortran Operadores: = + - * / ** Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

38 Arreglos real, dimension(3) :: v real, dimension(4,5) :: m real, dimension(2,2,2,2) :: R ó real :: v(3), m(4,5), R(2,2,2,2) Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

39 Ejemplo 3 program arreglos Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

40 Funciones intrínsecas sqrt(x) abs(x) sin(x) max(x,y)... Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

41 Ejemplo 4: DO program prueba d o Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

42 Ejemplo 5: While program suma1 Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

43 If if (expresión lógica) then comando 1 comando 2 else comando 3 comando 4 end if Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

44 Operadores lógicos == < <=.not..or..and.... Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29

45 Santiago de Mello Modelación numérica de la atmósfera Agosto de / 29