Домой

Рабочая программа учебной дисциплины Параллельное программирование Для специальности 230105 Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем




Скачать 133.4 Kb.
НазваниеРабочая программа учебной дисциплины Параллельное программирование Для специальности 230105 Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем
Дата07.01.2013
Размер133.4 Kb.
ТипРабочая программа
Содержание
Параллельное программирование
1. Цели и задачи дисциплины и ее место в учебном процессе
2. Содержание дисциплины
3. Учебно-методические материалы по дисциплине
4 контроль обучения
Студент, выполнивший все запланированные лабораторные работы
Оценка (ГОС)
Подобные работы:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ» (ТУСУР)




УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе

_____________________ Л. А. Боков

«___» ____________________ 2011 г.



РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

учебной дисциплины

^ Параллельное программирование


Для специальности 230105 - Программное обеспечение вычислительной

техники и автоматизированных систем

Факультет систем управления

Профилирующая кафедра Автоматизированных систем управления


Учебный план набора 2006 года и последующих лет

Курс - 5

Семестр - 9


Распределение учебного времени (Всего часов)


Лекции

30

Лабораторные работы

15

Всего аудиторных занятий

45

Самостоятельная работа

40







Общая трудоемкость

85


Зачет 9 семестр


2011


Рабочая программа составлена в соответствии с ГОС ВО по специальности 230105 - Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем, утвержденного 27 марта 2000 года. Дисциплина входит в цикл дисциплин специализации и установлена советом вуза


Программа рассмотрена и утверждена на заседании кафедры АСУ


протокол № 1 от “ 30 ” августа 2011 г.


Разработчик, к.т.н.,доцент каф. АСУ _________________ Н.П. Фефелов


Зав. обеспечивающей кафедрой АСУ

д.т.н., профессор А.М. Кориков


Рабочая программа согласована с факультетом, профилирующей и выпускающей кафедрами специальности.


Декан, к.т.н., доцент П.В. Сенченко


Заведующий профилирующей и

выпускающей кафедрой АСУ,

д.т.н., профессор А.М. Кориков


^ 1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ И ЕЕ МЕСТО В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ


Суперкомпьютерный технологии и высокопроизводительные вычисления с использованием многопроцессорных вычислительных систем (МВС) становятся важным фактором научно-технического прогресса; их применение принимает всеобщий характер.

Цель дисциплины состоит в изучении математических моделей, методов и технологий параллельного программирования для (МВС) в объеме, достаточном для успешного начала работ в области параллельного программирования. Излагаемый набор знаний и умений составляет теоретическую основу для методов разработки сложных программ и включают такие темы, как цели и задачи параллельной обработки данных, принципы построения параллельных вычислительных систем, моделирование и анализ параллельных вычислений, принципы разработки параллельных алгоритмов и программ, технологии и системы разработки параллельных программ, параллельные численные алгоритмы для решения типовых задач вычислительной математики. Изучение курса поддерживается расширенным лабораторным практикумом.

Основной задачей изучения дисциплины является формирование у студентов теоретических знаний и практических навыков разработки алгоритмов и программ и их реализации на (МВС) (суперкомпьютерах).

Изложение дисциплины опирается на основные дисциплины: Вычислительная математика, Архитектура вычислительных систем, Вычислительные системы и сети, Программное обеспечение сетей ЭВМ.

Знания, полученные студентами в данной дисциплине, будут использоваться при подготовке выпускных квалификационных работ.

В результате изучения дисциплины студент должен:

Знать:

• Методы параллельных вычислений для задач вычислительной математики (матричные вычисления, решение систем линейных уравнений, сортировка, обработка графов, уравнения в частных производных, многоэкстремальная оптимизация).

• Основные подходы к разработке параллельных программ.

Уметь:

• Строить модель выполнения параллельных программ.

• Оценивать эффективности параллельных вычислений.

• Анализировать сложность вычислений и возможность распараллеливания разрабатываемых алгоритмов.

• Применять общие схемы разработки параллельных программ для реализаций собственных алгоритмов.

• Оценивать основные параметры получаемых параллельных программ, таких как ускорение, эффективность и масштабируемость.


    Владеть:

  • основами разработки параллельных программ для МВС с применением технологий MPI, OpenMP, CUDA.



^ 2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ


2.1. Лекции


Тема 1. Состояние и проблемы параллельных вычислений

Лекций - 2 часа, самостоятельная работа – 1 час.

Современное состояние суперкомпьютерной вычислительной техники. Списки ТОР500 и ТОР50. Российские достижения. Перспективы развития суперкомпьютерной техники и параллельных вычислений. Использование мировых сетевых ресурсов для параллельных вычислений.


Тема 2. Моделирование и анализ параллельных алгоритмов

Лекций - 4 часа, самостоятельная работа - 2 часа.

Концепция неограниченного параллелизма. Графовые модели параллельных алгоритмов в виде «операнды-операции». Ярусно-параллельная форма графа алгоритма, высота, ширина алгоритма. Описание параллельного выполнения алгоритма, расписание. Асимптотические оценки времени выполнения. Каскадные вычисления, их реализация на векторных процессорах. Оценки эффективности параллельных алгоритмов: ускорение и эффективность. Закон Амдала. Влияние времени передачи данных на эффективность алгоритма.

Тема 3. Этапы разработки параллельных алгоритмов

Лекций - 2 часа, самостоятельная работа - 1 часа.

Две модели программирования: последовательная и параллельная. Параллелизм данных и параллелизм задач. Схемы вычислительного процесса для параллельных программ: SPMD, Хозяин/Работник. Основные этапы разработки параллельного алгоритма: декомпозиция, проектирование обменов между задачами, укрупнение, планирование вычислений.


Тема 4. Средства разработки параллельных программ

Лекций - 2 часа, самостоятельная работа - 1 часа.

Использование распространенных языков программирования и коммуникационных библиотек и интерфейсов. Традиционные последовательные языки и распараллеливающие компиляторы, проблема выделения потенциального параллелизма последовательных программ. Специальные комментарии и директивы компилятору.

Параллельные языки программирования и расширения стандартных языков. Средства автоматического распараллеливания, параллельные компиляторы. Параллельные предметные библиотеки. Инструментальные системы для проектирования параллельных программ.


Тема 5. Интерфейс передачи сообщений - MPI

Лекций - 6 часов, самостоятельная работа - 2 часов.

Общие принципы построения и реализации MPI. Разработчики, история создания. Шесть общих функций MPI, коммуникаторы. Функции обмена сообщениями типа «точка-точка»: блокирующий и неблокирующий обмен, синхронные и стандартные посылки сообщений.

Коллективные функции обмена данных: широковещательная рассылка, функции сбора и рассыпания данных. Функции редукции данных.

Создание групп процессов, области связи, коммуникаторы. Обмен данными внутри группы, межгрупповой обмен. Топология обменов. Декартовы топологии.

Примеры параллельных программ на основе обработки массивов.


Тема 6. Технология программирования OpenMP.

Лекций - 6 часов, самостоятельная работа - 4 час.

Последовательные и параллельные нити программы. Директивы OpenMP, функции времени выполнения, переменные окружения. Классы переменных. Организация параллельных секций. Параллельные циклы. Директивы взаимоисключения и синхронизации.

Применение функций и переменных окружения для выполнения параллельных программ.


Тема 7. Программирование МВС с графическими процессорами

Лекций – 4 часа, самостоятельная работа ­– 2 час.

Применение графических процессоров в параллельном программировании. Модель потоковых вычислений, CUDA. Расширения языка С. Работа с памятью. Примера программ матричных вычислений.


Тема 8. Типовые параллельные алгоритмы

Лекций – 4 часа, самостоятельная работа ­– 2 час.

Умножение матриц: линейное, блочное разбиение матриц. Алгоритмы Фокса и Кеннона. Решение систем линейных уравнений. Алгоритмы параллельной сортировки.


2.2 Лабораторные работы (15 часов)





Тема лабораторной работы

Часов

1

Численное интегрирование с использованием функций MPI

3

2

Параллельные программы в среде OpenMP

4

3

Агрегирование данных для операций передачи

4

4

Параллельные алгоритмы на массивах

4




Всего часов лабораторных занятий

15


Общие затраты на самостоятельную подготовку к занятиям и оформление отчетов - 12 часов.


2.3 Самостоятельная работа





Наименование работы

Часов

Форма контроля

1

Проработка лекционного материала

14

Опрос

2

Подготовка к лабораторным работам.

Оформление отчетов

12

Защита отчетов

3

Проработка интернет-курса Гергль В.П. Теория и практика параллельных вычислений

14

Использование в лабораторных работах




Всего часов самостоятельной работы по дисциплине

40






^ 3. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ


3.1. Основная литература


1 Гергель В.П. Высокопроизводительные вычисления для многопроцессорных многоядерных систем: Учебник – М.: Изд-во МГУ, 2010 (25 экз)

2 Линев А.В., Боголепов Д.К., Бастраков С.И. Технологии параллельного программирования для процессоров новых архитектур: Учебник – Учебник – М.: Изд-во МГУ, 2010 (25 экз)

3 Старченко А.В., Данилкин Е.А., и др. Практикум по методам параллельных вычислений: Учебник. – М.: Изд-во МГУ, 2010 (25 экз)

4 Воеводин В.В. Вычислительная математика и структура алгоритмов: Учебник. – М.: Изд-во МГУ, 2010 (25 экз)


3.2 Дополнительная литература


1 Гергель В.П. Теория и практика параллельных вычислений. – [Интернет-ресурс] URL: http://intuit.ru/department/calculate/paralltp/.

2 Гергель В.П. Введение в методы параллельного программирования – [Электронный ресурс]: [сайт].URL:http://www.intuit.ru/department/calculate/inparallprog/.

3 Антонов А.С. Параллельное программирование с использованием технологииOpenMP: Учебн. пособие. – М.: Изд-во МГУ, 2007.[Электронный ресурс]:[сайт].URL: http://parallel.ru/info/parallel/openmp.

4 Антонов А.С. Параллельное программирование с использованием технологии MPI: Учебн. Пособие. – М.: Изд-во МГУ, 2003 [Электронный ресурс]: [сайт]. URL:http://parallel.ru/info/parallel/antonov

5 Воеводин В.В., Воеводин Вл.В. Параллельные вычисления. – СПб.:БХВ-Петербург, 2002 (20 экз)

6 Хокни Р., Джессхоуп К. Параллельные ЭВМ. Архитектура, программирование, алгоритмы. – М.: Радио и связь, 1986.


Большинство учебных материалов по параллельным вычислениям размещены в интернете. Рекомендуется использовать сайты:

http://parallel/ru – НИИВЦ МГУ

http://hpc-education.ru – Интернет-центр системы образовательных ресурсов в области СКТТ

http://intuit.ru – Интернет университет информационных технологий

http://hpcc.unn.ru – Центр суперкомпьютерных технологий Нижегородского государственного университета


3.3 Учебно-методические руководства


1 Фефелов Н.П. Операционные системы. Руководства по лабораторным работам. – [Электронный ресурс] – Сетевой диск R кафедры АСУ.

2 Шпаковский Г.И., Серикова Н.В. Программирование для многопроцессорных систем в стандарте MPI. – Минск:БГУ, 2002. – Сетевой диск R кафедры АСУ.

3 Букатов А.А., Дацюк В.Н., Жегуло А.И. Многопроцессорные системы и параллельное программирование. – Ростов-на-Дону: РГУ, 2000. – Сетевой диск R кафедры АСУ.

4 Немнюгин С.А. Средства программирования для многопроцессорных вычислительных систем. – СПб: СПбГУ, 2007 – Сетевой диск R кафедры АСУ.


^ 4 КОНТРОЛЬ ОБУЧЕНИЯ


Курс 5, семестр 9

Контроль обучения – Зачет.

Максимальный семестровый рейтинг – 100 баллов.

По дисциплине «Параллельное программирование» итоговой формой отчетности является зачет, все 100 баллов входят в семестровую составляющую.

Для стимулирования планомерности работы студента в семестре в раскладку баллов по элементам контроля введен компонент своевременности, который применяется только для студентов, без опозданий, отчитывающихся по предусмотренным элементам контроля (лабораторные работы).


На протяжении всего семестра текущая успеваемость оценивается только в баллах нарастающим итогом, в том числе и результаты контрольных точек.

Текущий контроль изучения дисциплины состоит из следующих видов:

  • контроль за усвоением теоретического материала – проведение 3 тестов;

  • контроль за правильным выполнением 4 лабораторных работ,


Таблица 4.1 – Дисциплина «Параллельное программирование» (лекции, лабораторные работы)

Элементы учебной деятельности

Максимальный балл на 1-ую контрольную точку с начала семестра

Максимальный балл за период между 1КТ и на конец семестра

Всего за

семестр

Посещение занятий

6

6

12

Тестовый контроль

8

8

16

Выполнение и защита результатов лабораторных работ




60

60

Компонент своевременности

6

6

12

Итого максимум за период

20

80

100

Нарастающим итогом

20

100






После окончания семестра студент, набравший менее 60 баллов, считается неуспевающим, не получившим зачет. ^ Студент, выполнивший все запланированные лабораторные работы и набравший сумму 60 и более баллов, получает зачет «автоматом».


Таблица 4.2 – Пересчет баллов в оценки за контрольные точки

Баллы на дату контрольной точки

Оценка

Не менее 90% от максимальной суммы на дату КТ

5

От 70% до 89% от максимальной суммы на дату КТ

4

От 60% до 69% от максимальной суммы на дату КТ

3

Менее 60% от максимальной суммы на дату КТ

2



Преобразование суммы баллов в традиционную оценку и в международную буквенную оценку (таблица 4.3) происходит один раз в конце семестра только после подведения итогов изучения дисциплины «Параллельное программирование», т. е. после успешной сдачи экзамена.

Баллы за лабораторные работы начисляются за успешно работающую компьютерную программу и отчет. Студент получает максимальный балл, в случае своевременной сдачи и защиты отчета по лабораторной работе. Своевременной считается сдача отчета на следующем занятии после получения задания. За каждую просроченную неделю баллы снижаются на единицу вплоть до обнуления.

Студент может получить дополнительные баллы за регулярное посещение лекций и практических занятий.

Таблица 4.3 – Пересчет итоговой суммы баллов в традиционную и международную оценку

^ Оценка (ГОС)

Итоговая сумма баллов, учитывает успешно сданный экзамен

Оценка (ECTS)

5 (отлично)

90 – 100

А (отлично)

4 (хорошо)

85 – 89

В (очень хорошо)

75 – 84

С (хорошо)

70 – 74

D (удовлетворительно)

3 (удовлетворительно)

65 – 69

60 – 64

E (посредственно)

2 (неудовлетворительно)

Ниже 60 баллов

F (неудовлетворительно)

Скачать 133.4 Kb.
Поиск по сайту:



База данных защищена авторским правом ©dogend.ru 2014
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Уроки, справочники, рефераты