4. Аналоговая вычислительная машина. Русская энциклопедия ТРАДИЦИЯ. [Электронный ресурс] — Режим доступа: http://traditio-
ru. org/wiki/%D0%90%D0%BD%D0%B0%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1 %8F_%D0%B2%D1%8B%D1%87%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB
%D1%8C%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BC%D0%B0%D1%88%D0%B8%D0%BD%D0%B0 ,
свободный.
Тема 14. Вычислители с программируемой архитектурой. Пути усовершенствования архитектур вычислителей
Предпосылки разработки вычислительных систем с программируемой архитектурой. Ре-конфигурация как средство создания вычислительной структуры, максимально эффективной для заданного алгоритма. Связь реконфигурируемых вычислительных систем с идеей клеточ-ных автоматов фон-Неймана (1948). Понятие процессорного элемента (ПЭ), универсальной коммутационной среды (УКС). Два этапа настройки реконфигурируемых вычислительных сис-тем на выполнение конкретной задачи. Программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС) как основа создания реконфигурируемых систем. Эффективность систем с программи-руемой архитектурой. Перспективные пути совершенствования архитектур вычислителей - пе-реход к принципу перемещения кода к данным (а не наоборот, как принято сейчас), обработка данных по мере их готовности (потоковый принцип), теговая память, домены санкционирован-ного доступа в память, реализация одноуровневой памяти.
Литература по теме 14:
Архитектура вычислительных систем. Учебное пособие для ВУЗ'ов.
— М.: Изд. МГТУ им. , 2008. — 520 с. [стр. 273–363].
, , и др. Высокопроизводительные реконфигури-руемые вычислительные системы. // Журнал "Суперкомпьютеры", № 3(3), 2010, с. 44-47.
[Электронный ресурс] — Режим доступа:
http://www.supercomputers.ru/images/stories/arhive/Supercomputers_03-2010.pdf , свободный.
3. Стерлинг Томас. Многоточие Стерлинга. // Журнал “Суперкомпьютеры”, № 3(3), 2010, с. 17-20. [Электронный ресурс] — Режим доступа:
http://www.supercomputers.ru/images/stories/arhive/Supercomputers_03-2010.pdf , свободный.
Тема 15. Квантовые вычислители и системы передачи данных
Определение квантового компьютера, история идеи. Принципиальная возможность сверх-быстрого выполнения вычислений. Понятие кубита, квантовой связанности (спутанности).
Число линейно независимых состояний системы N кубитов. Физическая реализация кубитов. Квантовые проблемы задания исходных данных и считывания результата. Фундаментально вероятностный характер квантовых вычислений. Известные алгоритмы для квантовых ком-пьютеров (алгоритмы Гровера, Залки-Визнера, Шора). Современные реализации квантовых вы-числителей. Неэффективность известных методов шифрования при использовании квантового компьютера для дешифрации. Недостаки современных линий передачи информации. Использо-вание квантовых эффектов для детектирования перехвата данных копированием.
Литература по теме 15:
1. Сысоев Сергей. Квантовые вычисления: от бита к кубиту. // Журнал "Суперкомпьюте-ры", № 2(10), 2012, с. 30-33. [Электронный ресурс] — Режим доступа:
http://www.supercomputers.ru/images/stories/arhive/Supercomputers_10-2012.pdf , свободный.
2. Cаймон Сингх. Книга шифров. — М.: ACT: Астрель, 2007. — 447 с. [стр. 357–393].
Тема 16. Архитектура систем поиска информации в сети InterNet
Краткая история и современные параметры сети InterNet. Проблемы и технологии поиска информации в сети InterNet. Технологии Data Mining. Классификация поисковых систем в сети InterNet. Каталоги и специализированные базы данных сетевых ресурсов. Активные поисковые системы. Закон Зипфа (George Kingsley Zipf) в применении к системам поиска информации. Ар-хитектура и принципы функционирования машин поиска информации в сети InterNet. Принци-пы ранжирования информации в поисковых системах. Понятие релевантности. Поисковая ма-шина Google. История развития компании Google. Отличия принципов ранжирования и поиска информации Google существующих. Архитектура аппаратной части поисковых машин Google. Принцип построения серверов Google – простота и дублирование.
Литература по теме 16:
Архитектура, методы и средства Интернет-технологий. — М.: URSS, 2009.
— 512 с.
От счётных машин до ЭВМ: как люди научили машины думать. Серия "Ис-тория науки сквозь призму озарений", книга 6. — М.: КомКнига, 2009. — 176 c. [стр. 124–136].
Попов Артём. Эффективная методика поиска информации в сети Интернет. [Электрон -
ный ресурс] — Режим доступа: http://citforum.ru/pp/search_03.shtml , свободный.
Содержание лабораторных занятий
Примерный перечень тем лабораторных занятий:
Подготовка, отладка и выполнение CUDA-программ (Microsoft Visual Studio 2010, CUDA SDK ver. 5.0).
Подготовка, отладка и выполнение параллельных программ в технологии MPI.
Ознакомление с практикой работы на программном симуляторе потокового (DATA-FLOW) вычислителя, подготовка простейших программ, их отладка и выполнение в ре-жиме интерпретации; импорт данных с целью графической интерпретации результатов.
На лабораторных занятиях языком программной реализации алгоритмов является язык программирования С++.
7. Образовательные технологии
Работа на лабораторных занятиях предполагает подробное изучение материала по текущей теме лекции (с использованием сети InterNet и материалов преподавателя); освоение подготов-ки программ и их отладки в программе-симуляторе потокового вычислителя; подготовке, под-готовку, отладку и выполнение программ для определения эффективности арифметических ус-корителей на основе графических карт фирмы NVIDIA.
Домашнее задание предполагает самостоятельный анализ результатов экспериментов, под-готовка выводов по исследованию (работа 1) и разработку программы для вычислителя потоко-вой архитектуры (на специализированном низкоуровневом языке программирования), отладку и пропуск программы с анализом количественных параметров выполнения (графическая интер-претация функции интенсивности вычислений, коэффициент качества распараллеливания, ра-бота 2). Задания индивидуальные.
Вопросы для оценки качества освоения дисциплины
История автоматизированных вычислений. Первые появления понятий “структура” и “архитектура” вычислительных систем. Архитектура вычислительной системы Ч. Беббеджа. Роль Ады Лавлейс в её проектировании и программировании. Понятие “архитектура” в применении к вычислительным системам. Машина Тьюринга. Её архитектура, связь с архитектурой современных вычислительных системам. Выбор основания системы счисления. “Двоичные” и “троичные” вычислители. Архитектура вычислительных систем фон Неймана. Пять принципов построения вычис-лителей, достоинства и недостатки “принстонской” и “гарвардской” архитектур. Архитектуры SMP и MPP. Преимущества и недостатки этих архитектур, области при-менения.
Особенности разработки программ в архитектуре SMP – достоинства и недостатки. Особенности разработки программ в архитектуре MPP – достоинства и недостатки.
Классификация архитектур по М. Флинну. Параметры классификации, примеры реализации архитектур.
Повышение быстродействия вычислительных систем с помощью совершенствования их архитектуры. Конвейерные вычислители.
Повышение быстродействия вычислительных систем с помощью совершенствования их архитектуры. Векторные вычислители.
Повышение быстродействия вычислительных систем с помощью совершенствования их архитектуры. Вычислители со сверхдлинным командным словом (VLIW).
Архитектура систем команд вычислителей. Адресность команд, CISC и RISC – системы команд.
Арифметические операции с числами в позиционной системе счисления. Недостаток этого метода, альтернативы.
Упреждающая загрузка и спекулятивное выполнение команд в современных процессорах. Проблемы и решения этого подхода.
Основные требования к программному коду. Особенности выполнение его в вычислителях классической фон Неймановской архитектуры и потоковых (DATA-FLOW) вычислителях.
Понятие ярусно-параллельной форме информационного графа алгоритма и условия го-товности операций к выполнению.
Архитектура потокового (DATA-FLOW) вычислителя. Проблемы реализации такой вы-числительной системы.
Понятие гранулы (зерна, блока) параллелизма. Размер гранул параллелизма в вычисли-телях различной архитектуры.
Архитектура суперкомпьютеров. Задачи, требующие использования супер-ЭВМ; основные параметры супер-ЭВМ.
Недостатки выполнения арифметических действий на арифметико-логических современной архитектуры, потенциал использования непозиционных систем счисления. Вычислители на основе СОК (системы остаточных классов), их достоинства и недостатки, перспективы.
Метод проведения математических вычислений на графических процессорах (GPU). Ар-хитектура GPU, конкретные модели, основные параметры, область эффективного при-менения.
Принципы разработки программ для использования в технологии CUDA. Понятия “хоста” (host) и “девайса” (device), приёмы программирования, используемые среды создания приложений для архитектуры CUDA.
Использование устройств архитектуры CUDA в современных суперкластерах. Разделение задач по эффективности решения на GPU.
Особенности решения задач на кластерах архитектуры MPP. Роль коммуникационной сети – параметры, их влияние на эффективность решения задач.
Архитектура вычислительных систем на основе нейронных сетей. Класс решаемых задач, процесс обучение нейронной сети, метод обратного распространения ошибки.
Аналоговые вычислители – архитектура, составные элементы аналоговых вычислителей, область применения, достоинства и недостатки. Гибридные вычислительные системы.
Архитектура вычислителей на основе транспьютеров. Понятие транспьютера, история разработки, потенциал агрегации транспьютеров, современное состояние.
Сравнение архитектур SIMD и SMP (на примере GPU и CPU). Достигнутые вычисли-тельные мощности, стоимость, области эффективного применения, перспективы.
Архитектура поисковых систем в сети InterNet. Принципы поиска информации, форми-рование ключевых слов, аппаратная реализация поисковых машин.
Недостатки архитектур современных вычислителей, направления их совершенствования.
Квантовые вычислители и сети передачи данных. Основные принципы действия, потен-циальные возможности, известные реализации отдельных компонентов.
Архитектуры вычислителей с наличием регистра-счётчика команд и без оного. Примеры, достоинства и недостатки.
Архитектура метакомпьютера. Отличия метакомпьютера от обычного компьютера, гете-рогенность метакомпьютера, реальные системы метакомпьютинга.
Архитектура “облачных вычислений” (cloud computing). Понятие облачного сервиса, прозрачности и гибкости изменения потребляемых клиентом ресурсов, критика полезности и безопасности технологии облачных вычислений.
Взаимодействие параллельных процессов, известные методы программной синхронизации. Аппаратная синхронизация.
Принципы управление последовательностью выполнения процессорных инструкций в вычислителях традиционной архитектуры и потоковой (DATA-FLOW) архитектуры.
Ограничения производительности вычислителей многопроцессорных архитектур – закон Амдаля, сетевой закон Амдаля. Формулировка, исходные предпосылки, применимость.
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
Основная литература:
1. Э. Таненбаум. Архитектура компьютера. — СПб.: Питер, 2011. — 844 с.
, Архитектура ЭВМ и систем. Учебник для ВУЗ'ов. — СПб.: Пи-тер, 2009. — 720 с.
Архитектура вычислительных систем. Учебное пособие для ВУЗ'ов. — М.: Изд. МГТУ им. , 2008. — 520 с.
8.2. Дополнительная литература и источники
Cаймон Сингх. Книга шифров. — М.: ACT: Астрель, 2007. — 447 с. [стр. 357–393].
, Воеводин Вл. В. Параллельные вычисления. — СПб.: БХВ-Петербург, 2004. — 609 с.
, Нейросети и нейрокомпьютеры. Учебное пособие. — СПб.: БХВ-Петербург, 2011. — 256 с.
, , и др. Параллельные вычисления на GPU. Архитектура и программная модель CUDA. Учебное пособие. — М.: Изд. Московского университета, 2012. — 336 с.
8.3. Справочники, словари, энциклопедии
1. Архитектура вычислительных систем. [Электронный ресурс] — Режим доступа:
http://studdi.ru/lection/avs , свободный.
2. Журнал "Суперкомпьютеры". [Электронный ресурс] — Режим доступа:
http://www.supercomputers.ru , свободный.
NVIDIA: архитектура графических карт и технология CUDA. [Электронный ресурс] — Режим доступа: http://www.nvidia.ru, свободный.
Материально-техническое обеспечение дисциплины
Для преподавания дисциплины кафедрой ПМ предоставляется 4 компьютерных класса и лекционная аудитория с проектором и экраном (ауд. 102 – 105, 112 корпуса ИК). В каждом компьютерном классе установлены: 12 компьютеров (MB S-1155 GigaByte_GA B75M D3H, Intel Pentium G870 3,10 GHz, 2 Dimm 2048 Mb, HDD 500 Gb), ОС – Windows 8.1.
Все ПК с помощью cетевого коммутатора CNet 16 ports объединены в локальную сеть с автоматическим выходом в корпоративную сеть ТПУ и глобальную сеть Интернет.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС по направлению 09.03.04 «Программная инженерия».
Программа одобрена на заседании кафедры ПМ (протокол № 24 от 01.01.01 г.).
Автор – доцент кафедры прикладной математики
Рецензент – доцент кафедры прикладной математики
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
