9.1. Примерные варианты контрольных работ:

Контрольная работа №1

Выполнить вычислительный эксперимент для оценки эффективности параллельных вычислений (обработка двумерного массива) на GPU с распараллеливанием вычислений с помощью технологии CUDA.

Контрольная работа №2

Выполнить вычислительный эксперимент для оценки эффективности параллельных вычислений (алгоритмы сортировки) с распараллеливанием вычислений с помощью технологии OpenMP (MPI, CUDA, гибридной).

Контрольная работа №3

Выполнить вычислительный эксперимент для оценки эффективности параллельных вычислений (численное решение краевой задачи для уравнения в частных производных) с распараллеливанием вычислений с помощью технологии OpenMP (MPI, CUDA, гибридной).

9.2. Вопросы к экзамену

Семестр 1

1. Принципы построения параллельных вычислительных систем.

2. Классификация вычислительных систем.

3. Типовые схемы коммуникации в многопроцессорных вычислительных системах.

4. Моделирование параллельных вычислений.

5. Оценки трудоемкости параллельных алгоритмов.

6. Коммуникационная трудоемкость параллельных алгоритмов.

7. Показатели эффективности параллельных вычислений.

8. Основы технологии OpenMP. Модель «fork-join».

9. Основные директивы OpenMP. Распараллеливание по данным и по операциям.

10. Решение проблемы синхронизации в OpenMP.

11. Параллельные алгоритмы умножения матрицы на вектор.

12. Параллельные алгоритмы матричного умножения.

13. Параллельные алгоритмы решения систем линейных алгебраических уравнений.

14. Параллельное программирование в среде Microsoft Visual Studio. Многопоточная обработка.

15. Класс Parallel; методы Parallel.Invoke; Parallel.For; Parallel.Foreach

16. Основы технологии MPI. СтандартMPI.

17. Модель MPI. Процессы. Обмен сообщениями.

18. Стандартные и пользовательские типы данных MPI.

19. Виртуальные топологии в MPI.

Семестр 2

1. Введение в технологию CUDA. Модель программирования.

2. Программирование GPU-систем.

3. Программирование для гибридных систем с графическими ускорителями.

4. Параллельные методы сортировки. Пузырьковая сортировка. Сортировка Шелла.

5. Параллельные методы сортировки. Быстрая сортировка. Обобщенный алгоритм.

6. Параллельные методы на графах. Задача поиска кратчайших путей.

7. Параллельные методы на графах. Задача нахождения минимального охватывающего дерева.

8. Параллельные методы на графах. Задача оптимального разделения графов.

9. Постановка и параллельные методы решения задачи Дирихле. Параллельные вычисления для системы с общей памятью (технология OpenMP).

10. Постановка и параллельные методы решения задачи Дирихле. Параллельные вычисления для системы с распределенной памятью (технология MPI).

11. Постановка и проведение вычислительных экспериментов.

12. Сравнительный анализ моделей и технологий параллельного программирования. Критерии сравнения.

10. Образовательные технологии.

Для реализации компетентностного подхода используются как традиционные формы и методы обучения, так и интерактивные формы (круглый стол, взаиморецензированиие, представление и обсуждение проектных разработок), направленные на формирование у магистрантов навыков коллективной работы, умения анализировать алгоритмы и технологии для оптимального их использования при разработке программных продуктов.

11. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины.

11.1. Основная литература:

1. Зайцева, С.С. Дискретная математика: учеб. пособие/ С. С. Зайцева, А. А. Виноградова; Тюм. гос. ун-т. - Тюмень: Изд-во ТюмГУ, 2011. - 160 с.

2. Кариев, Ч. А. Разработка Windows-приложений на основе Visual C#: учеб. пособие/ Ч. А. Кариев. - Москва: Интернет-Университет Информационных Технологий: Бином. Лаборатория знаний, 2011. - 767 с.

3. Новиков, Ф. А.Дискретная математика для программистов: учеб. пособие для студ. вузов, обуч. по напр. подгот. дипломир. спец. "Информатика и вычисл. техника"/ Ф. А. Новиков. - 3-е изд.. - Санкт-Петербург: ПИТЕР, 2009. - 384 с.

4. Шевцов, Г. С. Численные методы линейной алгебры: учеб. пособие для мат. напр. и спец./ Г. С. Шевцов, О. Г. Крюкова, Б. И. Мызникова. - 2-е изд., испр. и доп.. - Санкт-Петербург: Лань, 2011. - 496 с.

11.2. Дополнительная литература:

1. Алабужев А.А. Основы параллельного программирования: учеб.-метод. пособие/ А. А. Алабужев; Перм. гос. ун-т. - Пермь: Изд-во ПГУ, 2007. - 100 с.

2. Барский А.Б. Параллельные информационные технологии: учеб. пособие/ А. Б. Барский. - Москва: Бином. Лаборатория знаний, 2007. - 503 с.

3. Вирт Н. Алгоритмы и структуры данных: с примерами на Паскале : [учеб. пособие] : пер. с англ./ Н. Вирт. - 2-е изд., испр.. - Санкт-Петербург: Невский Диалект, 2008. - 352 с.

4. Гергель В.П. Теория и практика параллельных вычислений: учеб. пособие/ В. П. Гергель. - Москва: Интернет-Университет Информационных Технологий: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. - 423 с.

5. Информационные технологии (периодическое издание, выпуски 2012-2013 г.г.).

6. Тель, Жерар. Введение в распределенные алгоритмы/ Ж. Тель. - Москва: Изд-во МЦНМО, 2009. - 616 с.

11.3. Программное обеспечение и Интернет – ресурсы:

1. CUDA Education & Training [электр. ресурс] Режим доступа - https://developer.nvidia.com/cuda-education-training свободный. - Загл. с экрана.

2. MSDN Academic Alliance. Библиотека учебных курсов [электр. ресурс]. – Режим доступаhttp://www.microsoft.com/Rus/msdnaa/curricula/default.mspxсвободный. - Загл. с экрана.

3. Интернет-университет информационных технологий. Основы параллельного программирования с использованием Microsoft Visual Studio 2010 [электр. ресурс]. – Режим доступа http://www.intuit.ru/department/se/baseppvs2010/ свободный. - Загл. с экрана.

4. Научный сервис в сети Интернет: поиск новых решений: Труды Международной суперкомпьютерной конференции (17-22 сентября 2012 г., г. Новороссийск). - М.: Изд-во МГУ, 2012. - 752 с. [электр. ресурс]. – Режим доступа http://agora.guru.ru/display.php?conf=abrau2012&page=item011&PHPSESSID=hr0h54220qguriuftabhvssgp2. - Загл. с экрана.

5. Фундаментальные и прикладные исследования в области параллельных вычислений [электр. ресурс]. – Режим доступа http://parallel.ru/research свободный. - Загл. с экрана.

12. Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины:

Для чтения лекций используется аудитория, оборудованная мультимедиа проектором и персональным компьютером. Для выполнения лабораторных работ используется компьютерное оборудование (виртуальный компьютер не ниже 16 ядер) с установленными программными продуктами Microsoft Visual Studio (версия не ниже 2010), MPI (версия не ниже 2.0).

Дополнения и изменения к рабочей программе на 201 / 201 учебный год

В рабочую программу вносятся следующие изменения:

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Рабочая программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры программного обеспечения « » _______________ 201 г.

Заведующий кафедрой ___________________/___________________/

Роспись Ф.И.О.