Учебно-методический комплекс дисциплины «Параллельное программирование» Разработчик: И. В. Прохоров Идентификационный номер: умкд. 13(101)

Скачать 127.57 Kb.

Название	Учебно-методический комплекс дисциплины «Параллельное программирование» Разработчик: И. В. Прохоров Идентификационный номер: умкд. 13(101)
Дата публикации	19.01.2015
Размер	127.57 Kb.
Тип	Учебно-методический комплекс

p.120-bal.ru > Документы > Учебно-методический комплекс

ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Учебно-методический комплекс дисциплины «Параллельное программирование»

Разработчик:

И.В.Прохоров

Идентификационный номер: УМКД.13(101)-01040001-М2.В.ОД.2-2012

Контрольный экземпляр находится на кафедре информатики, математического и компьютерного моделирования ШЕН ДВФУ

Лист из

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Дальневосточный федеральный университет»

(ДВФУ)
Школа естественных наук ДВФУ

Согласовано	«УТВЕРЖДАЮ»
$d:\profiles\filina.imcs.011\рабочий стол\1.jpg$	Заведующий кафедрой информатики, матем. и компьютерного моделирования
Руководитель ОП
_____________ А.Ю.Чеботарев	______________ А.Ю. Чеботарев
«16» мая 2012 г.	«_16__»_мая_2012 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ (РПУД)

Параллельное программирование

010400.68 Прикладная математика и информатика

Форма подготовки очная

Школа естественных наук ДВФУ

Кафедра информатики, математического и компьютерного моделирования

Курс 1 семестр 1

лекции 18 (час.)

практические занятия 36 (час.)

лабораторные работы

всего часов аудиторной нагрузки54 (час.)

самостоятельная работа 54(час.)

контрольные работы

зачет в 1 семестре

экзамен
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования от 20 мая 2010 г. № 545 «Об утверждении и введении в действие ФГОС ВПО по направлению 010400 Прикладная математика и информатика (квалификация магистр)
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры информатики, математического и компьютерного моделирования «16» мая 2012 г.
Заведующий кафедрой А.Ю. Чеботарев
Составитель профессор кафедры информатики, математического и компьютерного моделирования И.В. Прохоров

Оборотная сторона титульного листа РПУД
I. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры:

Протокол от «_____» _________________ 200 г. № ______

Заведующий кафедрой _______________________ __________________

(подпись) (И.О. Фамилия)

II. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры:

Протокол от «_____» _________________ 200 г. № ______

Заведующий кафедрой _______________________ __________________

(подпись) (И.О. Фамилия)

АННОТАЦИЯ

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью дисциплины является: изучение методологических и концептуальных теоретических сведений об основах параллельной алгоритмизации, высокопроизводительных и параллельных вычислений, а также подготовка специалистов, умеющих применять современные методы параллельного программирования, в дальнейшей профессиональной деятельности.

Задачами дисциплины являются:

изучение методов и технологий параллельной алгоритмизации, высокопроизводительных и параллельных вычислений,

МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ОП ВПО

Дисциплина является необходимой частью образовательной программы подготовки магистров по магистерской программе "Математическое моделирование" направления 010400 “Прикладная математика и информатика”.

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Информатика», «Практикум на ЭВМ»

Знания, полученные по освоении дисциплины, необходимы при выполнении магистерской диссертации.

РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате освоения дисциплины, обучающийся должен: обладать компетенциями:

общекультурными (ОК):

способностью понимать философские концепции естествознания, владеть основами методологии научного познания при изучении различных уровней организации материи, пространства и времени (ОК-1);
способностью иметь представление о современном состоянии и проблемах прикладной математики и информатики, истории и методологии их развития (ОК-2);
способностью использовать углубленные теоретические, и практические знания в области прикладной математики и информатики (ОК-3);
способностью порождать новые идеи и демонстрировать навыки самостоятельной научно-исследовательской работы и работы в научном коллективе (ОК-5);
способностью и готовностью к активному общению в научной, производственной и социально-общественной сферах деятельности (ОК-7);

профессиональными (ПК):

научная и научно-исследовательская деятельность: способностью проводить научные исследования и получать новые научные и прикладные результаты (ПК-1);

способностью разрабатывать концептуальные и теоретические модели решаемых научных проблем и задач (ПК-2);

проектная и производственно-технологическая деятельность: способностью углубленного анализа проблем, постановки и

обоснования задач научной и проектно-технологической деятельности
(ПК-3);

организационно-управленческая деятельность:

способностью управлять проектами (подпроектами), планировать научно-исследовательскую деятельность, анализировать риски, управлять командой проекта (ПК-5);
способностью организовывать процессы корпоративного обучения на основе технологий электронного и мобильного обучения и развития корпоративных баз знаний (ПК-6);

педагогическая деятельность:

способностью проводить семинарские и практические занятия с обучающимися, а также лекционные занятия спецкурсов по профилю специализации (ПК-8);
способностью разрабатывать учебно-методические комплексы для электронного и мобильного обучения (ПК-9);

консорциумная:

способностью работать в международных проектах по тематике специализации (ПК-11);

Для освоения дисциплины «Параллельное программирование» требуется знание разделов дисциплин "Информатика" и “Практикум на ЭВМ”.
Для изучения дисциплины студент должен:

Знать:

основные принципы построения параллельной алгоритмизации; основные технологии и принципы параллельного программирования.

Уметь:

формулировать и решать задачи, возникающие в ходе научно-исследовательской деятельности и требующие использование технологии параллельной алгоритмизации, параллельных и высокопроизводительных вычислений; выбирать необходимые технологии программирования, модифицировать существующие и разрабатывать новые параллельные алгоритмы.

Владеть:

фундаментальными знаниями в области параллельного программирования и высокопроизводительных вычислений, навыками самостоятельной научно-исследовательской деятельности, требующей широкого образования в соответствующем направлении, способностью использовать полученные знания в профессиональной деятельности.

СТРУКТУРА И содержание теоретической части курса

(18 час.)

Тема 1. Вводное занятие. (1 час)

Краткие сведения об операционной системе UNIX.
Разработка программ ЭВМ.
Компиляция.
Редакторы

Тема 2. Параллелизм и его использование. (5 часов)

Технология MPI. Функции MPI.
Типы данных.
Исполнение кода.
Прием/передача сообщений между отдельными процессами.
Взаимодействующие вычислительные процессы в технологии MPI.

Тема 3. Синхронизация процессов. (5 часов)

Работа с группами процессов.
Технологии параллельного программирования
Технологии построения суперкомпьютеров.
Кластерные технологии.
Классификация параллельных вычислителей.
Модели программирования. Коммуникации «точка-точка».

Тема 4. Коллективные коммуникации. (3 часа)

Неблокирующие операции передачи сообщений.

Группы, контексты, коммуникаторы и топологии.
Интеркоммуникаторы.
Сложные типы данных в MPI.
Односторонние коммуникации.
Динамическое управление процессами

Тема 5. Математические проблемы параллельных вычислений. (1 час)

Ошибки округления

Тема 6. Информационная структура алгоритмов. (3 часа)

Анализ эффективности параллельных алгоритмов.
Выделение информационных зависимостей.
Масштабирование и распределение задач по процессорам.
Анализ эффективности параллельных вычислений
Оптимизация программ.
Анализ зависимостей. Типы зависимостей.
Системные проблемы.

СТРУКТУРА И содержание практической части курса

Практические занятия (36 часов.)

Занятие 1. (2 часа) Алгоритм решения систем линейных алгебраических уравнений с квадратной невырожденной матрицей методом Гаусса с использованием языка Си++ и функций MPI

Занятие 2. (4 часа) Разработка и реализация на языке параллельного программирования алгоритма для оценки производительности однопроцессорного ПК и многоядерной архитектуры, состоящей из нескольких узлов.

Занятие 3. (2 часа) Оценка производительности системы параллельного счета при условии, что число запущенных процессов больше чем число вычислительных ядер.

Занятие 4. (2 часа) Разработка алгоритма и реализация его в виде С++ кода для подсчета среди чисел заданной значности, чисел с максимальной устойчивостью.

Занятие 5. (2 часа) Разработка параллельной программы ЭВМ для поиска k-той порядковой статистики в массиве за линейное время.

Занятие 6.(2 часа) Разработка параллельной программы ЭВМ для сортировки массива вещественных чисел с повторениями элементов.

Занятие 7. (2 часа) Разработка программы ЭВМ умножения матриц в топологии «двумерная решетка» с использованием типов данных для столбца и минора матрицы.

Занятие 8. (2 часа) Создание коммуникаторов, в которые входят процессы с четными и нечетными рангами, соответственно, и создать интеркоммуникатор между ними. Продемонстрировать их работу на каком-либо простом примере.

Занятие 9. (2 часа) Разработка алгоритма решения систем линейных алгебраических уравнений с квадратной невырожденной матрицей методом Гаусса с использованием языка Си++ и функций MPI с использованием односторонних коммуникаций.

Занятие 10. (2 часа) Разработка параллельной программы ЭВМ расчета площади круга методом Монте-Карло.

Занятие 11. (2 часа) Работа со скрипами, bat файлами и заданиями в очереди.

Занятие 12. (2 часа) Экспериментальная оценка программного и аппаратного ускорения системы и вычисление доли параллельных инструкций для программы ЭВМ для решения СЛАУ. Оптимизация алгоритма.

Занятие 13.(2 часа) Экспериментальная оценка программного и аппаратного ускорения системы и вычисление доли параллельных инструкций для задачи подсчета среди чисел заданной значности, чисел с максимальной устойчивостью. Оптимизация алгоритма.

Занятие 14. (2 часа) Экспериментальная оценка программного и аппаратного ускорения системы и вычисление части параллельных инструкций для задачи поиска k-той порядковой статистики в массиве за линейное время. Оптимизация алгоритма.

Занятие 15. (2 часа) Экспериментальная оценка программного и аппаратного ускорения системы и вычисление части параллельных инструкций по закону Амдала для умножения матриц в топологии «двумерная решетка» с использованием типов данных для столбца и минора матрицы. Оптимизация алгоритма.

Занятие 16. (2 часа) Разработка альтернативных параллельных вычислительных алгоритмов решения одной из задач данного курса. Сравнение производительности, эффективности и оптимизированности.

Занятие 17. (2 часа) Масштабирование параллельного высокопроизводительного численного алгоритма.

КОНТРОЛЬ ДОСТИЖЕНИЯ ЦЕЛЕЙ КУРСА

ВОПРОСЫ К ЗАЧЕТУ

Основные сведения об операционной системе Unix
Языки программирования допускающие параллелизм. Компиляторы.
Полноэкранные редакторы: vi, emacs и др.
Параллелизм.
Эффективность распараллеливания.
Обзор MPI
Формат функций MPI.
Коммуникаторы.
Прием/передача сообщений между отдельными процессами.
Коллективные взаимодействия процессов.
Синхронизация процессов.
Работа с группами процессов.
Спецкомментарии.
Расширения существующих языков программирования.
Производительность параллельных компьютеров.
Классификация параллельных компьютеров.
Вычислительные кластеры.
Список ТОР500.
Сравнение коммуникационных технологий построения кластеров.
Системы хранения данных.
Высокопроизводительные вычисления в России.
Модель программирования.
MIMD И SPMD.
Коммуникации типа «точка-точка».
Неблокирующие операции передачи сообщений.
Коллективные коммуникации.
Группы, контексты, коммуникаторы и топологии.
Интеркоммуникаторы.
Сложные типы данных в MPI.
MPI 2.0: Односторонние коммуникации.
MPI 2.0: Динамическое управление процессами.
Сверхмасштабируемость алгоритмов прикладных задач.
Математические проблемы параллельных вычислений.
Ошибки округления.
Информационная структура алгоритмов.
Методы решения разреженных СЛАУ.
Анализ эффективности параллельных алгоритмов.
Параллельное решение гравитационной задачи N тел.
Оптимизация программ.
Анализ зависимостей.
Системные проблемы.

Учебно-методическое обеспечение дисциплины

Основная литература:

http://ssd.sscc.ru/old/chair/parprogmcomp.pdf В.Д.Корнеев. Параллельное программирование МУЛЬТИКОМПЬЮТЕРОВ. – Новосибирск, ИВМ и МГ СО РАН, 2006г., 215 стр.. 2. А.И.Мальцев. Алгоритмы и рекурсивные функции, Наука, 2006.
http://www.srcc.msu.ru/nivc/sci/books/parallel.html В.В.Воеводин, Вл.В. Воеводин. Параллельные вычисления. БХВ – Петербург 2002. – 609с.
http://2programmers.com/news/read/teorija-i-praktika-parallelnyh-vychislenij.html Гергель В.П. Теория и практика параллельных вычислений: БИНОМ. Лаборатория знаний, Интернет университет информационных технологий – ИНТУИТ.ру, 2007
Гергель В.П., Стронгин Р.Г. Основы параллельных вычислений для многопроцессорных вычислительных систем. – Н.Новгород, ННГУ, 2003.
Воеводин В.В., Воеводин Вл.В. Параллельные вычисления, – СПБ.: БХВ-Петербург, 2002.
Малышкин В.Э., Корнеев В.Д. Параллельное программирование мультикомпьютеров. Изд-во НГТУ, 2006 г.
Шпаковский Г.И., Серикова Н.В. Программирование для многопроцессорных систем в стандарте MPI. – Минск:БГУ, 2002.
Эндрюс Г.Р. Основы многопоточного, параллельного программирования. Пер. с англ. М.: Издательский дом “Вильямс”, 2003. 512с.
http://znanium.com/bookread.php?book=442655 Технология надежностного программирования задач автоматизации управления в технических системах: Ступина А. А. - Красноярск : СФУ, 2011. - 162 с. : ил. - Библиогр.: с.147-162 . - ISBN 978-5-7638-2354-7
http://progbook.ru/c/906-bogachev-osnovy-parallelnogo-programmirovaniya.html Основы параллельного программирования; К. Ю. Богачев //Издательство: Бином. Лаборатория знаний// Серия: Технический университет ISBN 978-5-94774-037-0; 2009 г, 344 стр.
http://window.edu.ru/resource/979/23979/files/mpibook.pdf Параллельное программирование с использованием технологии MPI: Учебное пособие; Антонов А.С. –М.: Изд-во МГУ, 2004г. -71с.

Дополнительная литература
12. В.А.Вальковский, В.Э.Малышкин. Синтез параллельных программ и систем на вычислительных моделях. - Наука,Сибирское отделение, 1988, 128 стр.

13. В.Котов. Сети Петри. Наука, 1990.

14. С.М.Ачасова, О.Л.Бандман. Корректность параллельных вычислительных процессов. Наука, 1990.

15. Дж. Питерсон. Теория сетей Петри и моделирование систем. Мир, 1984 (J.Peterson. Petri Net Theory and the Modeling of Systems. Prentice-Hall, inc. 1981).

16. Ч.Хоар. Взаимодействующие последовательные процессы, Мир, 1989, 264 стр.

17.В.Анисимов. Программирование распределенных вычислительных систем. Под редакцией В.Е.Котова. Системная информатика, выпуск 3, Наука, 1993, стр. 210-247.

18.В.Н.Сачков. Комбинаторные методы дискретной математики, Наука, 1977, 317 стр.

19.Х.Пападимитриу, К.Стайглиц. Комбинаторная оптимизация. Алгоритмы и сложность. Москва, Мир, 1985

20.М.Гэри, Д.Джонсон. Вычислительные машины и труднорешаемые задачи. – М., Мир, 1982, - 416 с.

21.Ю.А.Березин, В.А.Вшивков. Метод частиц в разреженной плазме. Наука, Новосибирск. 1980.

22. В.В.Воеводин, Вл.В. Воеводин. Параллельные вычисления. БХВ – Петербург2002. – 609с.

Добавить документ в свой блог или на сайт

	Учебно-методический комплекс дисциплины «Инструментальные средства... Контрольный экземпляр находится на кафедре информатики, математического и компьютерного моделирования шен двфу		Учебно-методический комплекс дисциплины параллельное программирование... Параллельное программирование 010707. 65 специальность «медицинская физика» Форма подготовки очная
	Учебно-методический комплекс дисциплины Правоведение Разработчик Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями федерального государственного образовательного стандарта высшего...		Учебно-методический комплекс дисциплины «правовоедение» Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального...
	Учебно-методический комплекс дисциплины «Экономика предприятия» Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального...		Учебно-методический комплекс дисциплины Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального...
	Учебно-методический комплекс дисциплины «Юридическая ответственность... Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта 2-го поколения высшего...		Рабочая учебная программа дисциплины (рупд) Учебно-методическое обеспечение... Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального...
	Учебно-методический комплекс дисциплины Умкд составлен к и н., доцентом С. И. Кангуном, к и н., доцентом Е. С. Меер, к и н., доцентом Е. Л. Зберовской		Конспект лекций Аннотация умкд учебно-методический комплекс дисциплины «Правоведение» Правоведение Направление подготовки 032100. 62 Физическая культура Форма подготовки очная

Учебно-методический комплекс дисциплины «Параллельное программирование» Разработчик: И. В. Прохоров Идентификационный номер: умкд. 13(101)

Похожие: