Основная образовательная программа (стр. 25 )

На ряду с лекционной формой аудиторных занятий, целесообразно использовать следующие её формы:

- проблемная лекция (ПЛ);

- лекция-беседа (ЛБ);

- лекция-дискуссия (ЛД);

- лекции с разбором конкретных ситуаций (ЛРКС);

Семестр	Вид занятия (Л)	Используемые интерактивные образовательные технологии	Количество часов
3	Л	ПЛ, ЛБ, ЛД, ЛРКС	14

6. Требования к результатам освоения дисциплины.

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование элементов следующих компетенций в соответствии с ФГОС ВПО и ООП ВПО по данному направлению подготовки:

а) общекультурных (ОК):

Коды	Содержание общекультурных компетенций (ОК)
ОК–1	Способность владеть культурой мышления, умение аргументировано и ясно строить устную и письменную речь
ОК-4	Способность понимать и анализировать мировоззренческие, социально и личностно значимые философские проблемы
ОК-5	Способность понимать сущность и значение информации в развитии современного информационного общества, сознавать опасности и угрозы, возникающие в этом процессе, соблюдать основные требования информационной безопасности, в том числе защиты государственной тайны
ОК-6	Способность использовать нормативные правовые документы в своей деятельности, проявлять настойчивость в достижении цели с учетом моральных и правовых норм и обязанностей
ОК-9	Способность осознать социальную значимость своей будущей профессии, обладать высокой мотивацией к выполнению профессиональной деятельности
ОК-10	Способность и готовность к письменной и устной коммуникации на родном языке
ОК-11	Способность владения навыками работы с компьютером как средством управления информацией
ОК-12	Способность работать с информацией в глобальных компьютерных сетях
ОК-13	Способность работать в коллективе и использовать нормативные правовые документы в своей деятельности
ОК-14	Способность использовать в научной и познавательной деятельности, а также в социальной сфере профессиональные навыки работы с информационными и компьютерными технологиями
ОК-15	Способность работы с информацией из различных источников, включая сетевые ресурсы сети ИНТЕРНЕТ, для решения профессиональных социальных задач
ОК-16	Способность к интеллектуальному, культурному, нравственному, физическому и профессиональному саморазвитию, стремление к повышению своей квалификации и мастерства

б) профессиональных (ПК):

Коды	Содержание профессиональных компетенций (ОК)
ПК-1	Способность демонстрации общенаучных базовых знаний естественных наук, математики и информатики, понимание основных фактов, концепций, принципов теорий, связанных с прикладной математикой и информатикой
ПК-5	Способность критический переосмыслить накопленный опыт, изменять при необходимости вид и характер своей профессиональной деятельности
ПК-7	Способность собирать, обрабатывать и интерпретировать данные современных научных исследований, необходимые для формирования выводов по соответствующим научным, профессиональным, социальным и этическим проблемам
ПК-9	Способность решать задачи производственной и технологической деятельности на профессиональном уровне, включая: разработку алгоритмических и программных решений в области системного и прикладного программирования
ПК-10	Способность применять в профессиональной деятельности современные языки программирования и языки баз данных, операционные системы, электронные библиотеки и пакеты программ, сетевые технологии
ПК-14	Способность владеть методикой преподавания учебных дисциплин
ПК-15	Способность применять на практике современные методы педагогики и средства обучения

7. Общая трудоемкость дисциплины.

Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы (72 часа)

8. Форма контроля.

Промежуточная аттестация - 1 зачет (6 семестр)

9. Составитель

- д. т.н., профессор кафедры ВМ

17. «Суперкомпьютерное моделирование»

1. Место дисциплины в структуре основной образовательной программы (ООП).

Дисциплина относится к базовой части учебного цикла Б.3 – Профессиональный цикл.

Дисциплина изучается в 8 семестре.

Дисциплина логически и содержательно-методически взаимосвязана с такими дисциплинами, как «Дифференциальные уравнения», «Курс высшей алгебры», «Численные методы», «Языки программирования».

2. Место дисциплины в модульной структуре ООП.

Дисциплина «Суперкомпьютерное моделирование» является самостоятельным модулем.

3. Цель изучения дисциплины.

Суперкомпьютерное моделирование - комплексное научное направление, имеющее междисциплинарный характер, активно содействующее развитию других научных направлений и тем самым выполняющее интегративную функцию в системе наук.

Целью является изучение базовых методов и средств параллельной обработки информации.

Задача:

формирование практических навыков организации параллельных вычислительных процессов в системах реального времени.

4. Структура дисциплины.

№ раздела	Наименование раздела	Содержание раздела	Форма текущего контроля
1	2	3	4
1.	Введение	Методы и средства параллельной обработки информации – параллельные вычислительные методы, параллельные вычислительные системы, параллельное программирование. Параллелизм как фундаментальное и естественное свойство вычислений. Параллельная обработка в системах реального времени.	Коллоквиум (К), рубежный контроль (РК), тестирование (Т)
2.	Параллельные выражения алгоритмов и параллельные программы	Векторизация последовательных выражений алгоритмов. Прямые выражения параллельных алгоритмов: программа с однократными присваиваниями, рекурсивные алгоритмы с глобальными и локальными связями, кадры, граф зависимостей (ГЗ), локализованный граф зависимостей. Разработка параллельных программ. Особенности параллельных программ в системах реального времени.	Коллоквиум, рубежный контроль, тестирование
3.	Методология канонического отображения	Методология проектирования, основанная на графах. Отображение алгоритма в граф зависимостей: инвариантность (однородность) ГЗ относительно сдвига, локализация связей в ГЗ, пример ГЗ для алгоритма свертки, локализация с включением промежуточных переменных, пример ГЗ для алгоритма авторегрессионной фильтрации. Отображение ГЗ в граф потока сигналов (ГПС): понятие ГПС, пример ГПС для свертки, назначение процессоров и планирование, допустимые линейные планы, типы планов. ГПС, инвариантные относительно времени; алгебраический подход к проекции ГПС; построение ГЗ по ГПС. Отображение ГПС в матричный процессор: типы матричных процессоров (систолический процессор, волновой процессор), примеры отображений для цифровых фильтров, умножение ленточных и прямоугольных матриц.	Коллоквиум, рубежный контроль, тестирование
4.	Методология обобщенного отображения ГЗ в ГПС	Назначение узлов и планирование. Типы проекций ГЗ (на примере для алгоритма исключения Гаусса-Жордана). Мультипроекция (на примере умножения ленточных матриц). Нелинейный план и нелинейное назначение (на примере каскадно последовательного умножения матрицы на вектор). Линейная проекция в ГПС с глобальной связью. Отображение с минимальным временем ожидания: план с минимальным временем ожидания, задача целочисленного программирования для определения минимального времени ожидания при фиксированном числе процессорных элементов, план с минимальным временем ожидания при фиксированном назначении узлов.	Коллоквиум, рубежный контроль, тестирование
5.	Систолические массивы	Определение систолических массивов. Свойства: синхронность, модульность и регулярность, пространственная и временная локальность, конвейеризуемость. Примеры: систолический массив для свертки и гексогональный массив для умножение ленточных матриц. Требования к систолическим структурам: простота и регулярность схемы, параллелизм и локальность связей, сбалансированность вычислений с вводом-выводом, схема разводки синхросигналов.	Коллоквиум, рубежный контроль, тестирование
6.	Отображение ГЗ и ГПС в систолические массивы	Непосредственное отображение ГЗ в систолическую схему. Процедура систолизации сечением. Процедура ресинхронизации сечением: масштабирование времени, перемещение задержки, процедура систолизации. Примеры: систолические массивы для умножения матриц, ресинхронизация в систолических массивах для сортировки и свертки, систолические массивы для поразрядной обработки.
7.	Анализ производительности и оптимизация структуры	Критерии оптимальности, структуры с минимальным временем вычислений, схемы с минимальным конвейерным тактом. Оптимизация на этапах разработки ГЗ, ГПС и систолизации. Процедура минимизации числа элементов задержки. Многоскоростная систолическая схема. Повышение эффективности использования процессорных элементов: конвейер с чередованием, разделение процессора, требование одинаковых времен обработки для процессорных элементов.

5. Основные образовательные технологии.

В связи с тем, что формами аудиторных занятий по курсу являются лекции и практические занятия целесообразно использовать следующие формы:

- проблемная лекция (ПЛ);

- лекция-беседа (ЛБ);

- лекция-дискуссия (ЛД);

- лекции с разбором конкретных ситуаций (ЛРКС);

- лекция-визуализация (ЛВ);

- лекции с заранее запланированными ошибками (ЛЗЗО);

Семестр	Вид занятия (Л)	Используемые интерактивные образовательные технологии	Количество часов
7	Л	ПЛ, ЛЗЗО, ЛБ, ЛРКС, ЛД	8

6. Требования к результатам освоения дисциплины.

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование элементов следующих компетенций в соответствии с ФГОС ВПО и ООП ВПО по данному направлению подготовки:

а) общекультурных (ОК):

Коды	Содержание общекультурных компетенций (ОК)
ОК–1	Способность владеть культурой мышления, умение аргументировано и ясно строить устную и письменную речь
ОК-4	Способность понимать и анализировать мировоззренческие, социально и личностно значимые философские проблемы
ОК-5	Способность понимать сущность и значение информации в развитии современного информационного общества, сознавать опасности и угрозы, возникающие в этом процессе, соблюдать основные требования информационной безопасности, в том числе защиты государственной тайны
ОК-6	Способность использовать нормативные правовые документы в своей деятельности, проявлять настойчивость в достижении цели с учетом моральных и правовых норм и обязанностей
ОК-9	Способность осознать социальную значимость своей будущей профессии, обладать высокой мотивацией к выполнению профессиональной деятельности
ОК-10	Способность и готовность к письменной и устной коммуникации на родном языке
ОК-11	Способность владения навыками работы с компьютером как средством управления информацией
ОК-12	Способность работать с информацией в глобальных компьютерных сетях
ОК-13	Способность работать в коллективе и использовать нормативные правовые документы в своей деятельности
ОК-14	Способность использовать в научной и познавательной деятельности, а также в социальной сфере профессиональные навыки работы с информационными и компьютерными технологиями
ОК-15	Способность работы с информацией из различных источников, включая сетевые ресурсы сети ИНТЕРНЕТ, для решения профессиональных социальных задач
ОК-16	Способность к интеллектуальному, культурному, нравственному, физическому и профессиональному саморазвитию, стремление к повышению своей квалификации и мастерства