- •Российская федерация министерство образования и науки
- •010500.68 Математическое обеспечение и администрирование информационных систем. Магистерская программа «Высокопроизводительные вычислительные системы» (очная форма обучения)
- •Российская федерация министерство образования и науки
- •010500.68 Математическое обеспечение и администрирование информационных систем. Магистерская программа «Высокопроизводительные вычислительные системы» (очная форма обучения)
- •Ответственный редактор: Захарова и.Г., д.П.Н., профессор.
- •Планирование самостоятельной работы студентов
- •9.1. Примерные варианты контрольных работ:
- •9.2. Вопросы к экзамену
Российская федерация министерство образования и науки
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
«УТВЕРЖДАЮ»:
Проректор по учебной работе
_______________________ /Волосникова Л.М./
__________ _____________ 2013 г.
АЛГОРИТМЫ И ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ПРОГРАММ
Учебно-методический комплекс.
Рабочая программа для студентов направления
010500.68 Математическое обеспечение и администрирование информационных систем. Магистерская программа «Высокопроизводительные вычислительные системы» (очная форма обучения)
«ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»:
Автор работы _____________________________/Захарова И.Г./
«__» ______ 2013 г.
Рассмотрено на заседании кафедры программного обеспечения 22.01.2013, протокол № 5. Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению.
«РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»:
Объем 18 стр.
Зав. кафедрой ______________________________/Захарова И.Г./
«__» _____ 2013 г.
Рассмотрено на заседании УМК ИМЕНИТ, отделение математики, физики, химии и информационных технологий 27.02.2013, протокол № 3
Соответствует ФГОС ВПО и учебному плану образовательной программы.
«СОГЛАСОВАНО»:
Председатель УМК ________________________/Глухих И.Н./
«______»_____________2013 г.
«СОГЛАСОВАНО»:
Директор ИБЦ____________________________/Еманов А.Г./
«______»_____________2013 г.
«СОГЛАСОВАНО»:
Зав. методическим отделом УМУ_____________/Федорова С.А./
«______»_____________2013 г.
Российская федерация министерство образования и науки
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИНСТИТУТ МАТЕМАТИКИ, ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК и КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
КАФЕДРА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
Захарова И.Г.
АЛГОРИТМЫ И ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ПРОГРАММ
Учебно-методический комплекс.
Рабочая программа для студентов направления
010500.68 Математическое обеспечение и администрирование информационных систем. Магистерская программа «Высокопроизводительные вычислительные системы» (очная форма обучения)
Тюменский государственный университет
2013
ЗАХАРОВА И.Г. АЛГОРИТМЫ И ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ПРОГРАММ. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов направления 010500.68 Математическое обеспечение и администрирование информационных систем. Магистерская программа «Высокопроизводительные вычислительные системы» (очная форма обучения). Тюмень, 2013, 20 стр.
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению подготовки.
Рабочая программа дисциплины опубликована на сайте ТюмГУ: Алгоритмы и технологии разработки параллельных программ [электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.umk3.utmn.ru., свободный.
Рекомендовано к изданию кафедрой программного обеспечения. Утверждено проректором по учебной работе Тюменского государственного университета.
Ответственный редактор: Захарова и.Г., д.П.Н., профессор.
© Тюменский государственный университет, 2013.
© Захарова И.Г., 2013.
Пояснительная записка.
1.1. Цели и задачи дисциплины
Цель дисциплины: сформировать у обучающихся понятие об основных алгоритмах параллельных вычислений и ведущих технологиях разработки параллельных программ.
Задачи дисциплины:
- сформировать умение выстраивать и анализировать параллельные алгоритмы решения основных задач вычислительной математики;
- развить навыки определения технологии оптимальных решений для различных вычислительных систем;
- обеспечить овладение целостным представлением о сущности программирования для высокопроизводительных вычислительных систем.
1.2. Место дисциплины в структуре основной образовательной программы направления 010500.68 Математическое обеспечение и администрирование информационных систем.
Дисциплина «Алгоритмы и технологии разработки параллельных программ» относится к вариативной части профессионального цикла (М.2) федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования направления 010500.68 Математическое обеспечение и администрирование информационных систем. В соответствии с учебным планом образовательной программы изучение данной дисциплины предусмотрено в 1-2 семестрах и логически взаимосвязано с параллельно изучающимися дисциплинами. Дисциплина «Алгоритмы и технологии разработки параллельных программ» опирается на материалы таких дисциплин как «Архитектура многопроцессорных вычислительных систем», «Современные технологии программирования», расширяя представления о сущности и методах современных технологий программирования и программного обеспечения многопроцессорных вычислительных систем.
1.3. Компетенции выпускника, формируемые в результате освоения данной дисциплины.
В результате освоения дисциплины «Алгоритмы и технологии разработки параллельных программ» выпускник должен обладать следующими профессиональными компетенциями (ПК):
- определение общих форм, закономерностей, инструментальных средств для данной дисциплины (ПК-1);
- знать содержание, основные этапы и тенденции развития программирования, математического обеспечения и информационных технологий (ПК-9);
- знать проблемы и направления развития технологии программирования (ПК-11);
- знать архитектуру, алгоритмы функционирования систем реального времени и методы проектирования их программного обеспечения (ПК-19).
См. Приложение «Карта компетенций».
Структура и трудоемкость дисциплины.
|
Вид учебной работы |
Всего часов |
Семестры | |
|
1 |
2 | ||
|
Аудиторные занятия (всего) |
174 |
72 |
102 |
|
В том числе: |
|
|
|
|
Лекции |
70 |
36 |
34 |
|
Практические занятия (ПЗ) |
|
|
|
|
Семинары (С) |
|
|
|
|
Лабораторные работы (ЛР) |
104 |
36 |
68 |
|
Самостоятельная работа (всего) |
78 |
36 |
42 |
|
Вид промежуточной аттестации |
|
экзамен |
экзамен |
|
Общая трудоемкость 252 часа 7 зач. ед. |
|
108 |
144 |
|
|
|
| |
Тематический план.
Таблица 1.
|
№ |
Тема |
Неделя семестра |
Виды учебной работы и СРС (в часах) |
Итого часов по теме |
Из них в интерактивной форме |
Формы контроля | ||||
|
Лекции |
Сем |
Лаб |
СРС | |||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 | |
|
|
Модуль 1. Параллельные вычисления для систем с общей памятью | |||||||||
|
1 |
Введение в дисциплину |
1 |
2 |
|
|
4 |
6 |
|
| |
|
2 |
Моделирование и анализ параллельных вычислений. Оценки трудоемкости параллельных алгоритмов |
2-3 |
4 |
|
4 |
4 |
12 |
2 |
Опрос при сдаче лабораторной работы | |
|
3 |
Основы технологии OpenMP |
4-6 |
6 |
|
4 |
4 |
14 |
2 |
Опрос при сдаче лабораторной работы | |
|
|
Итого |
|
12 |
|
8 |
12 |
32 |
4 |
| |
|
|
Модуль 2. Алгоритмы параллельных вычислений для матричных операций | |||||||||
|
4 |
Параллельные алгоритмы умножения матрицы на вектор. |
7-8 |
4 |
|
6 |
4 |
14 |
2 |
Опрос при сдаче лабораторной работы | |
|
5 |
Параллельные алгоритмы матричного умножения |
9-10 |
4 |
|
4 |
4 |
12 |
1 |
Опрос при сдаче лабораторной работы | |
|
6 |
Параллельные алгоритмы решения систем линейных алгебраических уравнений |
11-12 |
4 |
|
4 |
4 |
12 |
1 |
Опрос при сдаче лабораторной работы | |
|
|
Итого |
|
12 |
|
14 |
12 |
38 |
4 |
| |
|
|
Модуль 3. Параллельные вычисления для систем с разделенной памятью | |||||||||
|
7 |
Параллельное программирование в среде Microsoft Visual Studio |
13-14 |
4 |
|
6 |
4 |
14 |
2 |
Опрос при сдаче лабораторной работы | |
|
8 |
Основы технологии MPI. Стандарт MPI. Обмен сообщениями |
15-16 |
4 |
|
4 |
4 |
12 |
1 |
Опрос при сдаче лабораторной работы | |
|
9 |
Стандартные и пользовательские типы данных. Виртуальные топологии в MPI. |
17-18 |
4 |
|
4 |
4 |
12 |
1 |
Опрос при сдаче лабораторной работы | |
|
|
Итого |
|
12 |
|
14 |
12 |
38 |
4 |
| |
|
|
Всего за 1 семестр |
|
36 |
|
36 |
36 |
108 |
12 |
Экзамен | |
|
Из них в интерактивной форме |
|
3 |
|
9 |
|
|
12 |
| ||
|
|
Модуль 1. Технологии параллельного программирования GPU | |||||||||
|
1 |
Введение в технологию CUDA |
1-2 |
4 |
|
8 |
4 |
10 |
|
Опрос при сдаче лаб. работы | |
|
2 |
Программирование GPU-систем |
3-4 |
4 |
|
8 |
4 |
16 |
2 |
Опрос при сдаче лаб. работы | |
|
3 |
Взаимодействие CUDA, OpenMP, MPI |
5 |
2 |
|
4 |
6 |
16 |
4 |
Контрольная работа | |
|
|
Итого |
|
10 |
|
20 |
14 |
42 |
6 |
| |
|
|
Модуль 2. Параллельные методы и алгоритмы дискретной оптимизации | |||||||||
|
4 |
Принципы распараллеливания сортировки. |
6-7 |
4 |
|
8 |
4 |
18 |
4 |
Опрос при сдаче лаб. работы | |
|
5 |
Параллельные методы сортировки |
8-9 |
4 |
|
8 |
4 |
16 |
2 |
Опрос при сдаче лаб. работы | |
|
6 |
Параллельные методы на графах |
10-11 |
4 |
|
8 |
6 |
14 |
2 |
Контрольная работа | |
|
|
Итого |
|
12 |
|
24 |
14 |
48 |
8 |
| |
|
|
Модуль 3. Параллельные методы и алгоритмы решения дифференциальных уравнений | |||||||||
|
7 |
Постановка и параллельные методы решения задачи Дирихле |
12-13 |
4 |
|
8 |
4 |
18 |
2 |
Опрос при сдаче лаб. работы | |
|
8 |
Постановка и проведение вычислительных экспериментов |
14-16 |
6 |
|
12 |
4 |
18 |
4 |
Опрос при сдаче лаб. работы | |
|
9 |
Сравнительный анализ моделей и технологий параллельного программирования. |
17 |
2 |
|
4 |
6 |
18 |
4 |
Контрольная работа | |
|
|
Итого |
|
12 |
|
24 |
14 |
54 |
8 |
| |
|
|
Всего за 2 семестр |
|
34 |
|
68 |
42 |
144 |
24 |
Экзамен | |
|
Из них в интерактивной форме |
|
3 |
|
9 |
|
|
12 |
| ||
Таблица 2.