Министерство образования и науки Российской Федерации

Муромский институт (филиал)

федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования

 «Владимирский государственный университет

имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

(МИ ВлГУ)

 

Кафедра  ЭиВТ 

 

 

 

«   22   »       05       2018 г.

 

 

 

 

Рабочая программа ДИСЦИПЛИНЫ

 

     Параллельные вычислительные системы     

 




Направление подготовки

09.03.01 Информатика и вычислительная техника

Профиль подготовки

"Вычислительные машины, комплексы, системы и сети"

Квалификация (степень)выпускника

бакалавр









          

Семестр

Трудоем-кость,

час. / зач. ед.

Лек-ции,

час.

 

Практи-ческие занятия,

час.

Лабора-торные работы,

час.

Консуль-тация,

час.

Конт-роль,

час.

Всего (контак-тная работа),

час.

СРС,

час.

Форма

промежу-точного контр.

(экз., зач., зач. с оц.)

7

144 / 4  

16  

 

16  

1,6  

0,25  

33,85  

110,15  

Зач.  

Итого

144 / 4  

16  

 

16  

1,6  

0,25  

33,85  

110,15  

 

 

Муром, 2018 г.


1. Цель освоения дисциплины

Цель дисциплины: Целью изучения дисциплины "Параллельное программирование" является теоретическая и практическая подготовка студентов в области разработки программного обеспечения для высокопроизводительных параллельных вычислительных систем (ПВС), конфигурации и адми-нистрирования таких систем. Знания, полученные в результате освоения курса, помогут при разработке системных программных компонентов современных информационных и расчетных программ, в проектировании распределенных вычислительных программ в такой степени, чтобы студенты могли самостоятельно выбирать средства реализации, находить необходимые программные и технологические решения для практически важных системных задач.

Основные задачи изучения дисциплины:

- приобретение студентами знаний о способах параллелизации последовательных алгоритмов, выполнении декомпозиции задачи, языках для написания параллельных алгоритмов и программ;

- ознакомление с технологиями разработки параллельного программного обеспечения (ППО) с использованием различных библиотек, языков и сред;

- приобретение практических навыков по составлению параллельных и распределенных алгоритмов, использованию технологии потоков, обменов с использованием MPI, исследованию и устранению тупиковых ситуаций (deadlocks) в параллельных программах.

2. Место дисциплины в структуре ОПОП ВО (Цикл (Б1.В.08))

Данная дисциплина связана и базируется на таких дисциплинах как: «Информатика», «Математическая логика и теория алгоритмов», «Вычислительная математика», «Программирование», «ЭВМ и периферийные устройства», «Сети и телекоммуникации», «Операционные системы».

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ПК-3 способность обосновывать принимаемые проектные решения, осуществлять постановку и выполнять эксперименты по проверке их корректности и эффективности.

ПК-5 способность сопрягать аппаратные и программные средства в составе информационных и автоматизированных систем.

 

В результате освоения дисциплины обучающийся должен демонстрировать следующие результаты образования:

1) Знать:

технологию разработки алгоритмов и программ, методы отладки и решения задач на современных многоядерных и распределенных вычислительных системах: суперЭВМ, вычислительных кластерах (ПК-3).

пути достижения параллелизма (ПК-3).

классификацию вычислительных систем (ПК-3).

характеристики типовых схем коммуникации (ПК-3).

показатели эффективности параллельных алгоритмов (ПК-3).

принципы разработки параллельных методов (ПК-3).

основы технологии параллельного программирования на основе MPI, OpenMP, CUDA (ПК-5).

принципы построения параллельных вычислительных систем (ПК-5).

примеры параллельных вычислительных систем (ПК-5).

методы моделирования и анализа параллельных вычислений (ПК-5).

2) Уметь:

строить модели вычислительных процессов с учетом особенностей архитектуры вычислительных систем, на которых планируется использовать разрабатываемое ПО (ПК-3).

использовать прикладные системы программирования и проектирования информационных систем (ПК-5).

создавать проблемно ориентированные программные системы с учетом особенностей высокопроизводительных вычислительных архитектур (ПК-5).

работать с современными системами программирования, включая средства профилирования и отладки параллельных и распределенных программ (ПК-5).

3) Владеть:

навыками разработки ПО с помощью современных интегрированных сред (ПК-3).

современными технологиями разработки параллельного и распределенного ПО, такими как MPI, OpenMP, CUDA (ПК-5).

приёмами профилирования и отладки многопоточного ПО на платформах, работающих под управлением ОС MS Windows и UNIX/Linux (ПК-5).

 


4. Структура и содержание дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетные единицы, 144 часа.

 

4.1. Форма обучения: очная

Уровень базового образования: среднее общее.

Срок обучения 4г.

 

4.1.1. Структура дисциплины


 

Раздел (тема)

дисциплины

 

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость

(в часах)

 

Форма  текущего контроля успеваемости (по неделям семестра), форма промежуточной аттестации

  (по семестрам)

 

п\п

Семестр

Лекции

Семинары

Практические занятия

Лабораторные работы

Контрольные работы

СРС

КП / КР

Консультация

Контроль

1

Архитектура параллельных вычислительных систем

7

6

0

устный опрос

2

Программное обеспечение параллельных вычислительных систем

7

6

8

30

устный опрос

3

Алгоритмы для параллельных вычислительных систем

7

4

8

80,15

устный опрос

Всего за  семестр

144

16

16

110,15

1,6

0,25

Зач.

Итого   

144

16

16

110,15

1,6

0,25

 

4.1.2. Содержание дисциплины

4.1.2.1. Перечень лекций

Семестр 7

Раздел 1. Архитектура параллельных вычислительных систем

Лекция 1.

Основные классы параллельных вычислительных систем (2 часа).

Лекция 2.

Коммуникационная среда параллельных вычислительных систем (2 часа).

Лекция 3.

Параллельные системы нетрадиционной архитектуры (2 часа).

Раздел 2. Программное обеспечение параллельных вычислительных систем

Лекция 4.

Классификация и основные понятия операционных систем параллельных вычислительных систем (2 часа).

Лекция 5.

Операционные системы параллельных вычислительных систем. Синхронизация и коммуникации процессов (2 часа).

Лекция 6.

Операционные системы параллельных вычислительных систем. Планирование процессов (2 часа).

Раздел 3. Алгоритмы для параллельных вычислительных систем

Лекция 7.

Общие вопросы синтеза алгоритмов для параллельных вычислительных систем (2 часа).

Лекция 8.

Параллельные методы и алгоритмы линейной алгебры (2 часа).

 

4.1.2.2. Перечень практических занятий

Не планируется.

 

4.1.2.3. Перечень лабораторных работ

Семестр 7

Раздел 1. Программное обеспечение параллельных вычислительных систем

Лабораторная 1.

Простые примеры параллельных программ в OpenMP (4 часа).

Лабораторная 2.

Решение систем линейных алгебраических уравнений итерационными методами (4 часа).

Раздел 2. Алгоритмы для параллельных вычислительных систем

Лабораторная 3.

Работа с вычислительным кластером (4 часа).

Лабораторная 4.

Знакомство с CUDA (4 часа).

 

https://www.mivlgu.ru/iop/mod/resource/view.php?id=16128

 

4.1.2.4. Перечень учебно-методического обеспечения для самостоятельной работы

Методические указания для самостоятельной работы размещены на информационно-образовательном портале института по ссылке https://www.mivlgu.ru/iop/course/view.php?id=5058.

Для самостоятельной работы также используются издания из списка приведенной ниже основной и дополнительной литературы.

Перечень тем, вынесенных на самостоятельное изучение:

1. Языки высокого уровня для программирования векторно-конвейерных и векторно-параллельных вычислительных систем.

2. Языки высокого уровня для программирования MIMD-вычислительных систем.

3. Автоматическое распараллеливание последовательных программ.

4. Коммуникационные библиотеки для организации параллельного выполнения программ.

5. Средства отладки и профилирования параллельных программ.

6. Параллельные алгоритмы интегрирования обыкновенных дифференциальных уравнений.

7. Параллельные алгоритмы решения краевых задач для дифференциальных уравнений в частных производных.

 

4.1.2.5. Перечень тем контрольных работ, рефератов, ТР, РГР, РПР

Не планируется.

 

4.1.2.6. Примерный перечень тем курсовых работ (проектов)

Не планируется.

 

 

5. Образовательные технологии

В процессе изучения дисциплины "Параллельные вычислительные системы" применяется контактная технология преподавания (за исключением самостоятельно изучаемых студентами вопросов). При проведении практических работ применяется имитационный или симуляционный подход, когда преподавателем разбирается на конкретном примере проблемная ситуация, все шаги решения задачи студентами демонстрируются при помощи мультимедийной техники. Затем студенты самостоятельно решают аналогичные задания. В соответствии с требованиями ФГОС ВО для реализации компетентностного подхода предусматривается использование при подготовке по данной дисциплине активных и интерактивных форм проведения занятий.

 

6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.

Фонды оценочных средств приведены в приложении.

 

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины Параллельные вычислительные системы

7.1. Основная учебно-методическая литература по дисциплине

1. Немнюгин С. А., Стесик О. Л. Параллельное программирование для многопроцессорных вычислительных систем. — СПб.: БХВ-Петербург, 2014. — 97 с.: ил. - http://ibooks.ru/reading.php?productid=18391

 

7.2. Дополнительная учебно-методическая литература по дисциплине

1. Барский А.Б. Параллельные информационные технологии [Электронный ресурс]: Учебное пособие/ Барский А.Б.— Электрон. текстовые данные.— М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, Интернет-Университет Информационных Технологий (ИНТУИТ), 2007.— 503 c - http://www.bibliocomplectator.ru/book/?&id=22434

 

7.3. Перечень информационных технологий, используемых при осуществлении образовательного процесса по дисциплине, включая перечень программного обеспечения и информационных справочных систем

В образовательном процессе используются информационные технологии, реализованные на основе информационно-образовательного портала института (www.mivlgu.ru/iop), и инфокоммуникационной сети института:

- предоставление учебно-методических материалов в электроном виде;

- взаимодействие участников образовательного процесса через локальную сеть института и Интернет;

- предоставление сведений о результатах учебной деятельности в электронном личном кабинете обучающегося.

Информационные справочные системы:

1. Электронный учебный курс "Основы параллельных вычислений". Режим доступа : http://www.intuit.ru/studies/courses/1091/293/info

2. Электронный учебный курс "Intel Parallel Programming Professional". Режим доступа : http://www.intuit.ru/studies/courses/4447/983/info

3. Электронный учебный курс "Параллельное программирование". Режим доступа : http://www.intuit.ru/studies/courses/1110/153/info

Программное обеспечение:

Лаборатория сетевых технологий и систем пространственного позиционирования

Microsoft Visual Studio 2013 (подписка DreamSpark Premium Electronic Software Delivery (3 year) Renewal, договор №453 от 16.12.2014 года), NVIDIA CUDA Toolkit 8.0 (free software).

 

7.4. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», необходимых для освоения дисциплины

ibooks.ru

bibliocomplectator.ru

 

8. Описание материально-технической базы, необходимой для осуществления образовательного процесса по дисциплине

Лекционная аудитория

Проектор ACER P1100 DLP Projector EMEA; компьютер Celeron 1.8 GHz.; экран настенный.

Лаборатория сетевых технологий и систем пространственного позиционирования

Компьютер Kraftway Credo KC 36 - 12 шт.; проектор NEC Projector NP40G; экран настенный.

 

9. Методические указания по освоению дисциплины

Для успешного освоения теоретического материала обучающийся: знакомится со списком рекомендуемой основной и дополнительной литературы; уточняет у преподавателя, каким дополнительным пособиям следует отдать предпочтение; ведет конспект лекций и прорабатывает лекционный материал, пользуясь как конспектом, так и учебными пособиями.

До выполнения лабораторных работ обучающийся изучает соответствующий раздел теории. Перед занятием студент знакомится с описанием заданий для выполнения работы, внимательно изучает содержание и порядок проведения лабораторной работы. Лабораторная работа проводятся в компьютерном классе. Обучающиеся выполняют индивидуальную задачу компьютерного моделирования в соответствии с заданием на лабораторную работу. Полученные результаты исследований сводятся в отчет и защищаются по традиционной методике в классе на следующем лабораторном занятии. Необходимый теоретический материал, индивидуальное задание, шаги выполнения лабораторной работы и требование к отчету приведены в методических указаниях, размещенных на информационно-образовательном портале института.

Самостоятельная работа оказывает важное влияние на формирование личности будущего специалиста, она планируется обучающимся самостоятельно. Каждый обучающийся самостоятельно определяет режим своей работы и меру труда, затрачиваемого на овладение учебным содержанием дисциплины. Он выполняет внеаудиторную работу и изучение разделов, выносимых на самостоятельную работу, по личному индивидуальному плану, в зависимости от его подготовки, времени и других условий.

Форма заключительного контроля при промежуточной аттестации – зачет. Для проведения промежуточной аттестации по дисциплине разработаны фонд оценочных средств и балльно-рейтинговая система оценки учебной деятельности студентов. Оценка по дисциплине выставляется в информационной системе и носит интегрированный характер, учитывающий результаты оценивания участия студентов в аудиторных занятиях, качества и своевременности выполнения заданий в ходе изучения дисциплины и промежуточной аттестации.

 



РЕЦЕНЗИЯ

на  рабочую программу дисциплины

«Параллельные вычислительные системы»

по направлению подготовки 09.03.01 Информатика и вычислительная техника

 

Рабочая программа дисциплины «Параллельные вычислительные системы» составлена в соответствии с требованиями федерального государственного образовательного стандарта по направлению подготовки 09.03.01 Информатика и вычислительная техника.

На изучение данного курса по учебному плану отводится 144 час. (4 ЗЕТ). Формой итогового контроля изучения дисциплины является зачет .

Цель дисциплины: Целью изучения дисциплины "Параллельное программирование" является теоретическая и практическая подготовка студентов в области разработки программного обеспечения для высокопроизводительных параллельных вычислительных систем (ПВС), конфигурации и адми-нистрирования таких систем. Знания, полученные в результате освоения курса, помогут при разработке системных программных компонентов современных информационных и расчетных программ, в проектировании распределенных вычислительных программ в такой степени, чтобы студенты могли самостоятельно выбирать средства реализации, находить необходимые программные и технологические решения для практически важных системных задач.

Основные задачи изучения дисциплины:

- приобретение студентами знаний о способах параллелизации последовательных алгоритмов, выполнении декомпозиции задачи, языках для написания параллельных алгоритмов и программ;

- ознакомление с технологиями разработки параллельного программного обеспечения (ППО) с использованием различных библиотек, языков и сред;

- приобретение практических навыков по составлению параллельных и распределенных алгоритмов, использованию технологии потоков, обменов с использованием MPI, исследованию и устранению тупиковых ситуаций (deadlocks) в параллельных программах.

Содержание занятий соответствуют требованиям образовательного стандарта. Имеется перечень вопросов для самостоятельной работы студентов, способствующий более глубокому изучению дисциплины.

Освоение дисциплины позволит студентам приобрести теоретические и практические знания, необходимые при решении задач в будущей практической деятельности.

Предлагаемые фонды оценочных средств для выявления уровня знаний и умений обучаемых полностью охватывает содержание курса и соответствуют ФГОС.

Перечень учебно-методической литературы достаточен для изучения дисциплины. Имеются ссылки на электронно-библиотечные системы.

Рабочая программа дисциплины «Параллельные вычислительные системы» рекомендуется для использования в учебном процессе по направлению подготовки 09.03.01 Информатика и вычислительная техника.

 

22.05.2018 г.