4259

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Д. И. Кислицын

ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СРЕДАХ

Учебно-методическое пособие

по подготовке к лекциям (включая рекомендации по организации самостоятельной работы) для обучающихся по дисциплине «Информационные системы в распределенных вычислительных средах»

по направлению подготовки 09.04.02 Информационные системы и технологии, направленность (профиль) Технология разработки информационных систем

Нижний Новгород ННГАСУ

2016

1

УДК 681.3 (075)

Кислицын Д. И./ Информационные системы в распределенных вычислительных средах [Электронный ресурс]: учеб. – метод. пос./ Д. И. Кислицын; Нижегор. гос. архитектур. – строит. ун-т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. 9 с. 1 электрон. опт. диск (CD-R)

Даются тематика лекций, их краткое содержание, а также методические рекомендации по самостоятельной работе обучающихся по дисциплине «Информационные системы в распределенных вычислительных средах». Указывается необходимая литература и источники, разъясняется последовательность их изучения, выделяются наиболее сложные вопросы и даются рекомендации по их изучению.

Предназначено для обучающихся в ННГАСУ по дисциплине «Информационные системы в распределенных вычислительных средах» по направлению подготовки 09.04.02 Информационные системы и технологии, направленность (профиль) Технология разработки информационных систем.

Д. И. КислицынННГАСУ. 2016.

2

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекциям (включая рекомендации по организации самостоятельной работы) по дисциплине «Информационные системы в распределенных вычислительных средах» предназначены для студентов первого курса, обучающихся по направлению 09.04.02 Информационные системы и технологии, и содержат программу для проведения лекционных занятий, а также методические рекомендации по самостоятельной работе.

Цель учебно-методического пособия: помочь студентам при изучении учебной программы с использованием лекционных материалов и рекомендуемой учебно-методической литературы при формировании необходимых компетенций дисциплины «Информационные системы в распределенных вычислительных средах».

Целями освоения дисциплины «Информационные системы в распределенных вычислительных средах» являются получение знаний по разработке и применению информационных систем в распределённых вычислительных средах.

В лекциях излагается общая характеристика вопросов тем, даются практические примеры применения стандартов. Главной целью лекции является привитие студентам интереса к изучаемому материалу, формирование мотивации к последующему самостоятельному анализу рассматриваемой проблематики. На лекциях студентам раскрываются наиболее сложные вопросы и теоретические положения, показывается их практическая значимость, даются рекомендации по углубленному самостоятельному изучению теории и практики.

На лекциях по дисциплине «Информационные системы в распределенных вычислительных средах» широко используются активные формы проведения занятий. Такие формы организации образовательного процесса, способствуют разнообразному (индивидуальному, групповому, коллективному) изучению учебных вопросов (проблем), активному взаимодействию студентов и преподавателя, живому обмену мнениями между ними, нацеленному на выработку правильного понимания содержания изучаемой темы и способов ее практического использования.

Материал пропущенных лекций студент восстанавливает самостоятельно и по всем непонятным положениям и вопросам обращается за разъяснением к преподавателю.

Самостоятельная работа направлена на развитие компетенций дисциплины: ПК-2 - умением разрабатывать новые методы и средства проектирования

информационных систем.

Виды и формы самостоятельной работы студентов по дисциплине:

-систематическая проработка лекций, основной и дополнительной литературы;

-подготовка к лабораторным работам;

-выполнение курсовой работы;

-подготовка к экзамену.

3

Содержание разделов дисциплины «Информационные системы в распределенных вычислительных средах» представлено в таблице 1.

Таблица 1 Содержание разделов дисциплины

На консультациях в течение семестра студенты могут обсуждать с преподавателем различные вопросы по лекционному материалу и выполнению курсовой работы (КР).

Рекомендуется проработать конспект лекций, затем повторить теоретический материал, пользуясь рекомендованной основной и дополнительной литературой. Если после этого остаются вопросы, рекомендуется выписать их и обратиться к преподавателю на консультациях или по электронной почте kislitsyn@nngasu.ru.

Курсовая работа предусмотрены в 1 семестре. Целями выполнения КР при изучении дисциплины «Информационные системы в распределенных вычислительных средах» являются:

-самостоятельное углублённое изучение отдельных разделов курса;

-закрепление навыков по разработке параллельных алгоритмов для систем

сраспределённой памятью, полученных в течение всего срока обучения.

Общее задание на КР: разработать и отладить параллельный алгоритм для систем с распределённой памятью по теме КР, а также проанализировать и обосновать его эффективность.

В течение курса со студентами проводятся индивидуальные и групповые консультации по вопросам выполнения КР, а также по общетеоретическим вопросам, возникающим при самостоятельной работе студентов при подготовке к

4

занятиям и выполнении КР. Результатом выполнения курсовой работы является документ (пояснительная записка), содержащий задание на курсовую работу, описание разработки последовательного и параллельного алгоритмов, анализ показателей эффективности.

При выставлении оценки (от 2,0 до 5,0 баллов) за курсовую работу оценивается способность студента разрабатывать эффективные параллельный алгоритм для систем с распределённой памятью. Перед экзаменом студентам выдается список примерных вопросов, по которым можно понять, на что нужно сделать упор при подготовке к экзамену. После получения перечня вопросов рекомендуется:

1)внимательно прочитать материал лекций;

2)постараться разобраться с непонятными, в частности, новыми терминами, используя рекомендованную литературу;

3)выписать вопросы для подробного обсуждения с преподавателем на консультации.

Перечень примерных вопросов, выносимых на экзамен:

Опишите назначение функции и синтаксис MPI_Init().

Опишите назначение функции и синтаксис MPI_Send().

Опишите назначение функции и синтаксис MPI_Recv().

Опишите назначение функции и синтаксис MPI_Bcast().

Опишите назначение функции и синтаксис MPI_Reduce().

Опишите назначение функции и синтаксис MPI_Barrier().

Опишите назначение функции и синтаксис MPI_Sendrecv().

Опишите назначение функции и синтаксис MPI_Scatter().

Опишите назначение функции и синтаксис MPI_Gather().

Опишите назначение функции и синтаксис MPI_Alltoall().

Опишите назначение функции и синтаксис MPI_Scan().

Опишите назначение функции и синтаксис MPI_Group_size().

Опишите назначение функции и синтаксис MPI_Comm_size().

Опишите назначение функции и синтаксис MPI_Comm_rank().

Что понимается под параллельной программой в рамках MPI?

Понятие коммуникатора в MPI.

Понятие карты типа данных в рамках MPI.

Понятие сигнатуры типа данных в рамках MPI.

Опишите способы конструирования производных типов данных в MPI.

Опишите способы создания новой группы процессов на основе имеющихся групп.

Понятие виртуальной топологии в рамках MPI. Какой вид виртуальной топологии поддерживается в MPI?

При помощи какой MPI-функции может быть получена операция сбора и обработки данных с получением всех частичных результатов редуцирования?

5

Опишите назначения параметров MPI_ANY_SOURCE и

MPI_COMM_WORLD.

Парные и коллективные операции в рамках MPI.

Опишите метод разделения конструкции на проектные единицы.

Как правильно разбивать строительную конструкцию на проектные единицы?

Опишите порядок расчёта строительной конструкции с помощью системы «Менеджер конструкторских расчётов» с разбиением её на четыре проектные единицы.

Классификация распределённых вычислительных систем.

Напишите алгоритм MPI-программы, выполняющей перемножение матрицы на вектор для систем с распределённой памятью.

Для каких параллельных алгоритмов обработка данных при распределённых вычислениях более эффективна?

Что понимается под суперкомпьютером?

Как называется группа компьютеров, объединённых в локальную сеть и способных работать в качестве единого вычислительного ресурса?

Чем характеризуются детерминированные методы выбора маршрута?

Чем характеризуются адаптивные методы выбора маршрута?

Перечислите этапы при разработке параллельных алгоритмов .

В каком случае применяется агрегация подзадач на этапе масштабирования?

Может ли выполнить параллельную программу на однопроцессорном (одноядерном) компьютере?

Сравните функциональный параллелизм с параллелизмом по данным. Показатели оценки по экзамену представлены в таблице 2.

Таблица 2 Описание шкал оценивания

Основная литература:

1.Гергель В. П. Intel Parallel Programming Professional (Introduction): учебное пособие / Гергель В. П., Баркалов К. А., Воеводин В. В., Сысоев А. В. Москва: Интернет-Университет Информационных Технологий (ИНТУИТ), 2012.

2.Гергель В. П. Теория и практика параллельных вычислений: учебное пособие. Москва: БИНОМ. Лаборатория знаний, Интернет-Университет Информационных Технологий (ИНТУИТ), 2013.

3.Кислицын Д. И. Интегрированные системы распараллеливания вычислительных процессов в локальных компьютерных сетях для проектирования строительных конструкций: Специальность 05.13.12 - Системы автоматизации проектирования (Стр-во, архитектура): Дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук; Нижегор. гос. архит.-строит. ун-т, Н.Новгород, 2007.

Дополнительная литература:

1.Супрун А. Н. Проблемы реализации в локальной компьютерной сети метода разделения сложных строительных объектов на проектные единицы / Супрун А. Н., Кислицын Д. И., Хромых В. Е. // International journal for computational civil and structural engineering. – 2014. – Т. 10, № 3. - С. 159-164.

2.Кислицын Д. И. Автоматизированная система управления расчётом сложных строительных объектов на базе метода разделения объекта на проектные единицы // Вестник Нижегородского университета им. Н. И. Лобачевского. –

2013. – № 3-1. - С. 246-251.

3.Кислицын Д. И. Сравнительные данные эффективности вычислительного комплекса "Лира" и аппаратно-программного комплекса "Решатель" // Приволжский научный журнал. – 2008. – № 3. - С. 47-50.

4.Кислицын Д. И. Распараллеливание вычислительных расчетов

строительных конструкций на персональных компьютерах / Кислицын Д. И., Супрун А. Н. // Известия вузов. Сер. "Строительство". – 2006. – № 5. - С. 116-120.

7

Перечень ресурсов информационно – телекоммуникационной сети «интернет» (далее - сеть «интернет»), необходимых для освоения дисциплины:

http://www.rsl.ru/ Российская государственная библиотека. http://www.gpntb.ru/ Государственная публичная научно-техническая

библиотека России.

http://elibrary.ru/ Научная электронная библиотека. http://www.edu.ru Федеральный портал «Российское образование»

http://window.edu.ru. Единое окно доступа к образовательным ресурсам

8

Кислицын Дмитрий Игоревич

Учебно-методическое пособие

по подготовке к лекциям (включая рекомендации по организации самостоятельной работы) для обучающихся по дисциплине

«Информационные системы в распределенных вычислительных средах»

по направлению подготовки 09.04.02 Информационные системы и технологии, направленность (профиль) Технология разработки информационных систем

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

603950, Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65. http://www.nngasu.ru, srec@nngasu.ru

9