Программа

Рекомендовано МССН

«Информатика»

ПРОГРАММА

Наименование дисциплины Параллельное и распределенное программирование

Рекомендуется для направления (ий) подготовки (специальности (ей))

010300.68 Фундаментальная информатика и информационные технологии

Магистерская программа

«Управление инфокоммуникациями и интеллектуальные системы»

(указываются код и наименования направления(ий)

подготовки (специальности (ей) и/или профилей (специализаций)

Квалификация (степень) выпускника Магистр

(указывается квалификация (степень) выпускника в соответствии с ФГОС)

1. Цели и задачи дисциплины: Целью дисциплины является введение учащихся в предметную область современных параллельных вычислений.

В процессе преподавания дисциплины решаются следующие задачи:

1.  освоение архитектурных принципов реализации параллельной обработки в вычислительных машинах;

2.  изучение методов и языковых механизмов конструирования параллельных программ;

3.  овладение параллельными вычислительными методами.

2. Место дисциплины в структуре ООП:

Дисциплина относится к базовой части профессионального цикла М1.

Требуются знания, полученные при изучении дисциплин программ бакалавриата

Операционные системы, Языки и методы программирования, Численные методы.

3. Требования к результатам освоения дисциплины:

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

ОК: 8, ПК: 1-4

(указываются в соответствии с ФГОС ВПО)

ОК-8 способность к профессиональному использованию оборудования и приборов (в соответствии с целями магистерской программы)

ПК-1 способность применять в профессиональной деятельности современные языки программирования и языки баз данных, методологии системной инженерии, системы автоматизации проектирования, электронные библиотеки и коллекции, сетевые технологии, библиотеки и пакеты программ, современные профессиональные стандарты информационных технологий

ПК-2 способность профессионально решать задачи производственной и технологической деятельности с учетом современных достижений науки и техники, включая: разработку алгоритмических и программных решений в области системного и прикладного программирования; разработку математических, информационных и имитационных моделей по тематике выполняемых исследований; создание информационных ресурсов глобальных сетей, образовательного контента, прикладных баз данных; разработку тестов и средств тестирования систем и средств на соответствие стандартам и исходным требованиям; разработку эргономичных человеко-машинных интерфейсов

ПК-3 способность разрабатывать и реализовывать процессы жизненного цикла информационных систем, программного обеспечения, сервисов систем информационных технологий, а также методы и механизмы оценки и анализа функционирования средств и систем информационных технологий; способность разработки проектной и программной документации, удовлетворяющей нормативным требованиям

ПК-4 способность демонстрировать знания фундаментальных и смежных прикладных разделов специальных дисциплин магистерской программы, знания общеметодологического характера, знания истории развития информатики и информационных технологий

В результате изучения дисциплины студент должен:

Знать:

·  общие реализации параллельной обработки в вычислительных машинах

·  методы и языковые механизмы конструирования параллельных программ

·  параллельные вычислительные методы

·  корректные постановки классических задач

·  корректность постановок задач

Уметь:

·  быстро находить, анализировать и грамотно контекстно обрабатывать научно-техническую информацию, приводя ее к проблемно-задачной форме

·  использовать ресурсы Интернета

·  определять общие формы, закономерности, инструментальные средства отдельной предметной области - операционных систем

·  понять поставленную задачу

·  формулировать результат

·  грамотно пользоваться языком предметной области

·  ориентироваться в постановках задач

·  увидеть прикладной аспект в решении научной задачи, грамотно представить и интерпретировать результат

·  проанализировать результат и скорректировать математическую модель, лежащую в основе задачи

Владеть:

·  способность применять в научно-исследовательской и профессиональной деятельности базовые знания в области фундаментальной и прикладной математики и естественных наук

·  фундаментальной подготовкой в области и компьютерных наук

·  значительными навыками самостоятельной работы с компьютером, программирования, использования методов обработки информации

·  навыками самостоятельного построения алгоритма и его анализа

·  методом алгоритмического моделирования при анализе постановок математических задач

·  параллельными вычислительными методами

4. Объем дисциплины и виды учебной работы

Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетных единиц.

№	Вид учебной работы	Всего часов	Семестры
3
1.	Аудиторные занятия (всего)	34	34
	В том числе:
1.1	Лекции
1.2	Прочие занятия	34	34
	В том числе:
1.2.1	Практические занятия (ПЗ)	-	-
1.2.2	Семинары (С)	-	-
1.2.3	Лабораторные работы (ЛР)	34	34
1.2.4	Из них в интерактивной форме (ИФ):	34	34
2.	Самостоятельная работа студентов (ак. часов)	38	38
	В том числе:
2.1	Курсовой проект (работа)	-	-
2.2	Расчетно-графические работы	-	-
2.3	Реферат	-	-
2.4	Подготовка и прохождение промежуточной аттестации	27	27
2.5	Другие виды самостоятельной работы:
2.5.1	Самостоятельная проработка дополнительных материалов по дисциплине	11	11
	Общая трудоемкость (ак. часов)	72	72
	Общая трудоемкость (зачетных единиц)	2	2

5. Содержание дисциплины

5.1. Содержание разделов дисциплины

№ п/п	Наименование раздела дисциплины	Содержание раздела
1	Язык Фортран	Основные сведения о языке Фортран. История развития. Его преимущества в области научных вычислений по сравнению с другими языками высокого уровня. Структура программы. Типы данных. Встроенные операции и функции. Операторы управления и ветвления. Массивы и работа с ними: описание массивов, задание массивов, динамические массивы, основные функции работы с массивами как матрицами. Ввод и вывод
2	Библиотека LAPACK	Основные сведения. Матричные разложения и их использование для численных расчетов. Система наименований подпрограмм LAPACK. Матричные разложения. Процедуры SGESV, SGETRF, SGEEV, SGESVD.
3	Технология OpenMP	Основные сведения. OpenMP и Fortran. Нити и процессы. Параллельные и последовательные области. Параллельные циклы и параллельные области. Автоматическое распараллеливания циклов
4	Технология MPI	Основные сведения. Способы распараллеливания численных методов. Основные процедуры MPI. Типы данных MPI. Способы передачи сообщений. Прием и передача сообщений процессами.

5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами

№ п/п	Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин	№ № разделов данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин
		1	2	3	4	5	6
1.	Научно-исследовательская работа		+	+	+	+	+
2.	Выпускная квалификационная работа		+	+	+	+	+

5.3. Разделы дисциплин и виды занятий

№ п/п	Наименование раздела дисциплины	Лекц.	Практические занятия и лабораторные работы	СРС	Всего час.
ПЗ/С	ЛР	Из них в ИФ
1.	Язык Фортран	-	-	7	7	11	18
2.	Библиотека LAPACK	-	-	9	9	9	18
3.	Технология OpenMP	-	-	9	9	9	18
4.	Технология MPI	-	-	9	9	9	18
	Итого:	-		34	34	38	72

5.4. Разделы дисциплин и виды занятий

№ п/п	№ раздела дисциплины	Тема интерактивного занятия	Вид занятия	Трудоемкость (час.)
1	1	Написание программ на языке Fortran	Лабораторная работа, выполняемая малой группой (2-3 чел.), творческое задание	7
2	2	Решение задач линейной алгебры с помощью библиотеки LAPACK	Лабораторная работа, выполняемая малой группой (2-3 чел.)	9
3	3	Написание параллельных программ с помощью технологии OpenMP	Лабораторная работа, выполняемая малой группой (2-3 чел.), творческое задание	9
4	4	Написание параллельных программ с помощью технологии MPI	Лабораторная работа, выполняемая малой группой (2-3 чел.), творческое задание	9

6. Лабораторный практикум

№ п/п	№ раздела дисциплины	Наименование лабораторных работ	Трудо-емкость (час.)
1	1	Написание программ на языке Fortran	7
2	2	Решение задач линейной алгебры с помощью библиотеки LAPACK	9
3	3	Написание параллельных программ с помощью технологии OpenMP	9
4	4	Написание параллельных программ с помощью технологии MPI	9
	Итого:		34

7. Практические занятия (семинары)Не предусмотрены

8. Примерная тематика курсовых проектов (работ) Не предусмотрены

9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:

а) основная литература

1.  , Стронгин параллельных вычислений для многопроцессорных вычислительных систем. — Н. Новгород, ННГУ, 2001.

2.  Богачев параллельного программирования. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2003.

3.  , Воеводин Вл. В. Параллельные вычисления. — СПб.: БХВ-Петербург, 2002.

4.  Параллельное программирование для многопроцессорных вычислительных систем — СПб.: БХВ-Петербург, 2002.

б) дополнительная литература

1.  , Жидков вычислений. — М.: Наука, 1966.

2.  Введение в операционные системы. Т.1.- М.: Мир, 1987.

3.  Искусство программирования для ЭВМ. Т. 3. Сортировка и поиск. — М.: Мир, 1981.

4.  Алгоритмы: построение и анализ. — М.: МЦНТО, 1999.

5.  . Параллельные вычислительные системы. — М.: Нолидж, 1999.

6.  Корнеев программирование в MPI. Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003.

7.  П. , Самарский математической физики. -М.:Наука, 1977.

в) программное обеспечение

ОС Linux. Компилятор gcc (gfortran). Библиотеки MPI, OpenMP.

г) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы

Не требуются.

10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:

Москва, ул. Орджоникидзе, корп. 5, Дисплейные классы ДК1, ДК2, ДК3, ДК4, ДК5, ДК6, ДК7, компьютеры типа Intel Core i3-GHz, Высокопроизводительный информационно-коммуникационный комплекс (ИКК) HPC-01_SO. программное обеспечение: gcc (gfortran)

11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:

Учебным планом на изучение дисциплины отводится один семестр. Промежуточный контроль знаний предусматривает: проведение контрольных мероприятий (в форме тестирования) в середине семестра, подготовку и сдачу лабораторных работ в течение семестра. В качестве итогового контроля знаний предусмотрен экзамен.

Первый модуль составляет теоретический материал на темы:

Цели и задачи введения параллельной обработки данных. История введения параллелизма. Различие многозадачных, параллельных и распределенных вычислений. Проблемы использования параллелизма. Принципы построения параллельных вычислительных систем. Классификация МВС. Моделирование и анализ параллельных вычислений.

В конце этого модуля проводится промежуточный контроль знаний.

Второй модуль составляет теоретический материал на темы:

Принципы разработки параллельных алгоритмов и программ. Оценка эффективности параллельных вычислений. Оценка коммуникационной трудоемкости параллельных алгоритмов. Характеристики топологий сети передачи данных. Алгоритмы маршрутизации. Методы передачи данных. Уровни распараллеливания вычислений. Этапы построения параллельных алгоритмов и программ. Технологические аспекты распараллеливания. Системы разработки параллельных программ. Создание специализированных языков программирования. Расширение существующих языков программирования. Общая характеристика стандарта OpenMP. Разработка специализированных библиотек. Система PVM. Система MPI. Параллельные численные алгоритмы для решения типовых задач вычислительной математики. Общие способы распараллеливания алгоритмов. Организация параллельного исполнения рекурсивных вычислений. Параллельные численные алгоритмы линейной алгебры. Параллельные численные алгоритмы решения дифференциальных уравнений в частных производных. Параллельные численные алгоритмы многомерной многоэкстремальной оптимизации.

В конце этого модуля проводится итоговый контроль знаний.

Разработчики:

к. ф.-м. н., доцент кафедры прикладной информатики

и теории вероятностей

к. ф.-м. н., доцент кафедры прикладной информатики

и теории вероятностей

Заведующий кафедрой прикладной информатики

и теории вероятностей