Get documents about "arch
Document Sample
Титульный лист
Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный университет
Математико-механический факультет
Регистрационный номер
рабочей программы учебной дисциплины:
код года порядковый номер
утверждения / код факультета / учебной дисциплины
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«Архитектура параллельных систем»
основной образовательной программы высшего профессионального образования
Математическое обеспечение и
подготовки по специальности 010503
администрирование информационных систем
по профилю По всем профилям ООП
для получения квалификации (степени) специалист
Рабочая программа учебной дисциплины может использоваться при совпадении значения трудоѐмкости в зачѐтных
единицах в одной или нескольких основных и дополнительных образовательных программах, характеристики которых
указываются на титульном листе
код
дисциплины
Б32(?) по учебному плану ?? /?? /?? форма обучения очная
виды промежуточной аттестации: зачѐтов экзаменов 1
Рабочая программа учебной дисциплины может соответствовать одному или нескольким учебным планам
образовательных программ, в том числе по различным формам обучения, в этом случае все соответствующие коды, виды
и количество процедур промежуточной аттестации указываются на титульном листе
Трудоѐмкость учебной дисциплины 4 зачѐтных единиц
Санкт-Петербург
2009
Раздел 1. Характеристики, структура и содержание учебной дисциплины
1.1. Цели и результаты изучения дисциплины
Дисциплина «Архитектура параллельных систем» является одной из важных дисциплин цикла (Б3),
формирующего подготовку специалиста в области высокоэффективных вычислений на современных
вычислительных системах. Она представляет собой комплекс знаний, умений и навыков,
позволяющих овладеть основами параллельных вычислений на современных многоядерных
компьютерах, а также углубить знания о влиянии архитектуры вычислительной системы на
погрешность вычислений, на устойчивость вычислений относительно погрешностей округления.
Отдельные параметры курса могут варьироваться по степени сложности в зависимости от уровня
подготовки студентов. Курс должен быть построен на принципах компетентностного,
деятельностного подхода к вычислениям как средству обоснованного проведения различных
расчетов, с применением высокопроизводительных компьютеров, что предполагает распределение
содержания обучения по следующим видам деятельности: изучение основных концепций
параллельного программирования, изучение средств распараллеливания, изучение элементов
программирования, составление алгоритмов, проведение простейших вычислений, анализ ошибок,
связанных с различными погрешностями, в том числе, с алгебраически допустимым изменением
порядка вычислений.
Основным методологическим принципом построения программы курса, равно как и всей концепции
обучения основам распараллеливания в целом, является принцип поэтапного системного накопления
знаний и формирования необходимых компетенций по модели: от простого и/или знакомого - к
сложному и/или незнакомому, а основной методологической стратегией прохождения отдельных
разделов программы является ступенчатость и цикличность, предусматривающие постепенный
возврат к ранее усвоенному материалу на более высоком языковом и концептуальном уровне.
Цель изучения дисциплины: обучение студентов методам распараллеливания вычислений с
использованием мощных вычислительных систем, развитие у студентов доказательного, логического
мышления; знакомство с различными языками, применяемыми на упомянутых системах, подготовка к
самостоятельному решению различных алгоритмических задач с использованием этих систем.
1.2. Язык(и) обучения
Русский
1.3. Требования к подготовленности обучающегося к освоению содержания учебной дисциплины
(пререквизиты)
Программа семинара предназначена для студентов 3 курса и рассчитана на студентов, изучавших
численные методы и программирование в объеме первых двух курсов обучения и владеющих
базовыми навыками работы с компьютером.
Максимальная эффективность программы будет обеспечена при условии, что студент:
- Владеет основами численных методов.
- Владеет основами программирования, достаточными для составления простейших программ.
1.4. Перечень компетенций, формируемых при изучении дисциплины (с указанием кодов)
ОК-1, ОК-11- быть способным приобретать новые знания, используя современные образовательные и
информационные технологии; ПК-12 – понимать значение фундаментальных знаний при изучении
компьютерных дисциплин; ПК-22 - иметь способность к эффективному применению и реализации
математически сложных алгоритмов в современных программных комплексах.
1.5. Знания, умения, навыки, осваиваемые обучающимся при изучении дисциплины
Основной целью семинара является овладение студентами теоретических основ техники
распараллеливания вычислений и применение полученных знаний, а именно:
- знание содержания дисциплины "Архитектура параллельных систем" и обладание достаточно
полным представлением о возможностях применения разделов курса в различных прикладных
областях науки и техники;
- умение проводить вычисления на современных высокопроизводительных вычислительных
системах с общей памятью в соответствии с программой курса.
- Развитие способности дальнейшего освоения методов распараллеливания вычислений, способами и
средствами организации параллельных потоков на вычислительных системах с распределенной и
общей памятью, развития навыков работы с компьютером как средством управления информацией.
1.6. Перечень и объѐм активных форм учебной работы по дисциплине
Аудиторная учебная работа: теоретические занятия в объеме 4 часов в неделю, (при наличии в
Университете компьютерных классов) и текущее тестирование, текущие тесты контрольные работы
(комплексное тестирование) в конце семестра.
Самостоятельная работа:
а) под руководством преподавателя
проведение экспериментов по распараллеливанию вычислений
проведение экспериментов по влиянию погрешностей, связанных с округлением чисел и
особенностями машинной арифметики, на результаты вычислений
б) в присутствии преподавателя (работа студента в компьютерном классе открытого доступа при
выполнении контрольных заданий)
в) без участия преподавателя (индивидуальная работа с доступными информационными и
образовательными ресурсами, имеющимися в библиотеке, в открытом доступе в сети Интернет и
локальной сети Университета с целью преодоления индивидуальных трудностей в освоении
отдельных разделов курса, а также удовлетворения личных познавательных потребностей.
1.7. Организация изучения дисциплины, текущего контроля успеваемости
и промежуточной аттестации
Объѐмы учебной работы и трудоѐмкость по ООП 010503
Самостоятельная
(в зачѐтных единиц.)
учебной работы (часов)
Аудиторная учебная работа обучающихся
Объѐм активных форм
работа)
под руководством
преподавателя
преподавателя
преподавателя
в присутствии
лабораторные
Трудоѐмкость
консультации
практические
коллоквиумы
контрольные
Модули учебной
без участия
семинары
занятия
работы
работы
лекции
дисциплины
Шестой семестр
1-й модуль: 14 1 4
Архитектура памяти
2 1
вычислительных 10 10 10
систем
2-й модуль: 26 1 8
Коммуникационные
среды как элемент 10 10 10
4 2
архитектуры
параллельной системы
3-й модуль: 24 2 7
Оборудование и
4 1
структура 10 10 10
параллельных систем
ИТОГО ЧАСОВ: 64 4 19 10 4 з.е.
Виды, формы и сроки текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации
Промежуточная аттестация Текущий контроль
Периоды
Вид и Сроки
обучения Модули учебной Формы текущего
Сроки количество текущего
дисциплины контроля
аттестаций контроля
по ООП 010503
1-й модуль: Текущий контроль
Архитектура (по завершении
памяти каждой темы) -
вычислительных тест
систем
2-й модуль: Выполнение теста на
Коммуникацион понимание курса
ные среды как лекций.
40-43 экзамен -1
С6 элемент
неделя
архитектуры
параллельной
системы
3-й модуль: Итоговый контроль (в
Оборудование и конце семестра) -
структура беседа на одну из
параллельных пройденных тем.
систем
1.8. Структура и содержание учебной дисциплины
Модуль 1 «Архитектура памяти вычислительных систем»
Введение. Программа ASCI и ее реализация.
Стандарты и их роль при создании вычислительных систем (ВС). Классы ВС.
I. Организация памяти вычислительных систем
(1) Об архитектуре ВС. Способы размещения данных и доступ к ним.
(2) Технология Memory Channel
(3) Внутрикристаллическая кэш-память.
(4) Организация когерентности при однопроцессорном подходе.
i. Многоуровенная память
ii. Локальность данных
iii. Кэш-память как ассоциативная память
iv. Типовая иерархия памяти в однопроцессорных ВС
v. Три типа кэш-памяти. Принципы работы с кэшем. Способы внесения изменений в кэш
vi. Контроллер кэша. "Попадание" и "промах" в кэш
(5) Многопроцессорный подход. Сосредоточенная память.
i. Алгоритм MESI. Управление режимом. Бит WT, сигнал INV
(6) Многопроцессорный подход. Распределенная память.
i. Прямой подход. Поддержка когерентности кэшей
ii. Алгоритм DASH. Три глобальных и три локальных состояния строки и работа с ними
Модуль 2 «Коммуникационные среды как элемент архитектуры параллельной системы»
II. Коммуникационная среда SCI
(1) Механизм работы SCI
(2) Структура коммуникационной среды на базе SCI
(3) Логическая структура SCI i. Транзакции SCI
(4) Архитектура SCI
(5) Форматы пакетов
(6) Когерентность кэшей в SCI
(7) Функциональна организация
(8) Прием пакетов
(9) Передача пакетов
(10) Управление потоком
(11) Реализация SCI фирмой Dolphin
(12) Реализация SCI фирмой Cray Research
III. Коммуникационная среда MYRINET
(1) Основные характеристики среды
(2) Адаптеры в MYRINET
(3) Коммутаторы в MYRINET
(4) Маршрутизация пакетов
(5) Логическая организация
(6) Приливно-отливной буфер
(7) Блокировки
(8) О физической реализации
IV. Коммуникационная среда Raceway
(1) Введение
(2) Адаптеры и коммутаторы среды
(3) Функциональные свойства
(4) Форматы данных и маршрутизация
V. О шине PCI фирмы INTEL
(1) Введение
(2) Основные черты шины PCI
(3) Особенности шины PCI
(4) Стандартная архитектура персонального компьютера с шиной PCI
(5) Типы сигналов на шине
(6) Адресация
(7) Конфигурирование
(8) Дополнение: о некоторых стандартах
VI. Коннектор шин PCI (SRC3266DE)
(1) Возможности коннектора
(2) Структура и работа
i. Интерфейсы транспортных колец
ii. Кэш незавершенных транзакций
iii. Счетчик числа повторений. Тайм-аут-сетчик. Регистр выбора линка
(3) Архитектура SRC VII.
VII. Коммуникационная среда Memory Channel фирмы DEC
(1) Архитектура Memory Channel.
(2) Постраничная организация памяти
(3) Управление страницами
(4) Дополнительные возможности
(5) Аппаратура Memory Channel.
(6) Протокол Memory Channel (MC2)
(7) Типы пакетов
VIII. Коммуникационные среды на транспьютероподобных микропроцессорах
(1) Введение
(2) Транспьютеры первого поколения
(3) Нормальный режим работы
(4) Инициализация после включения
(5) Управление режимами работы
(6) Программные ошибки
(7) Недостатки OS-линков
(8) Транспьютеры второго поколения
i. Механизм виртуальных линков
ii. Пакеты, сообщения
(9) DS-линк
i. Состав физического линка
ii. Сигнал и синхросигнал (на линии стробирования)
(10) Инициализация системы после включения питания
(11) Управление системой
(12) Достоинства и недостатки DS-линков
(13) Заключение
IX. Телекоммуникационные технологии
(1) Введение
(2) Технология 100VG-AnyLan
(3) Технология Asynchronus Transfer Mode
(4) Технология Fibre Channel
X. Обзор коммуникационных сред
(1) Реализация протоколов
(2) Пропускная способность
(3) Выбор коммуникационной среды
Модуль 3 «Оборудование и структура параллельных систем»
XI. Коммутаторы
(1) Основные тенденции развития и классификация
(2) Особенности простых коммутаторов с временным разделением
(3) Алгоритмы арбитража
(4) Статические приоритеты
(5) Фиксированные временные интервалы
(6) Динамические приоритеты
(7) Голосование, FIFO-алгоритм, независимые запросы
(8) Стандартизация шин
(9) Недостатки шин
(10) Простые коммутаторы с пространственным разделением
(11) Составные коммутаторы
(12) Коммутатор Клоза
(13) Распределенные составные коммутаторы
XII. О параллельной системе МВС-100/1000
(1) Цели создания; решаемый класс задач
(2) Модельная задача; приближенный метод ее решения
(3) Распараллеливание методов решения нестационарных задач; адаптивные методы
(4) Особенности архитектуры системы МВС-100/1000 (структурный модуль)
(5) Конструктивный элемент (базовый блок) системы МВС-100/1000
(6) Варианты соединения базовых блоков
XIII. О параллельном программировании
(1) Проблемы параллельного программирования
(2) Об организации параллельных вычислений
(3) Эффективность распараллеливания (закон Амдала)
XIV. Распараллеливание одной базовой вычислительной задачи (параллелизм при решении СЛАУ)
(1) Алгоритм решения (метод Гаусса)
(2) Распараллеливание прямого хода на решетке процессоров
(3) Распараллеливание обратного хода на решетке процессоров
(4) Распараллеливание прямого хода на линейке процессоров
(5) Распараллеливание обратного хода на линейке процессоров
XV. Параллельные и распределенные базы данных (БД)
(1) Актуальность использования параллельных систем при обработке БД
(2) Реляционные БД
(3) Операции над отношениями
(4) Виды параллельной обработки БД
(5) Параллельные и распределенные БД
(6) Виды блокирования в БД
(7) Два типа действий в БД: uniscan, multiscan
(8) Реализация multiscan-операций (трансляционная передача)
(9) Алгоритм соединения при блочной передаче
(10) Сравнение видов реализации соединения
XVI. Надежность и производительность параллельных систем
(1) Основные понятия в области отказоустойчивости
(2) Обнаружение сбоев и отказов
XVII. Нейросетевые вычислительные системы (НВС)
(1) Проблемная специализация НВС
(2) Основные понятия теории НВС
(3) О формировании нейронных сетей
(4) Аппаратные средства НВС
(5) Нейрочипы
Раздел 2. Обеспечение учебной дисциплины
2.1. Методическое обеспечение учебной дисциплины
2.1.1. Методическое обеспечение аудиторной работы
Методические материалы включают в себя следующие типы материалов — учебники,
учебные пособия, методические указания для студентов, Интернет-ресурсы,
электронные учебные пособия, с опорой на которые проводится аудиторная работа.
2.1.2. Методическое обеспечение самостоятельной работы
Самостоятельная работа студента, как вид деятельности, стимулирующий активность,
самостоятельность, познавательный интерес с целью поиска необходимой
информации, приобретения знаний, использования этих знаний для решения учебных,
научных и профессиональных задач, представляет собой важную составляющую
учебного процесса, которой отводится не менее половины учебного времени при
очной форме обучения. Время, отводимое на самостоятельную работу, должно
использоваться студентами для наиболее полного освоения учебной дисциплины.
Следовательно, организация эффективной внеаудиторной самостоятельной работы в
процессе обучения требует, с одной стороны, создание условий, призванных
обеспечить рациональное и планомерное управление учебной деятельностью,
протекающей в отсутствие преподавателя, и тщательной подготовки целого ряда
учебных пособий, снабженных методическими указаниями, с другой стороны.
К числу методических пособий относятся:
- общие методические рекомендации и указания по самостоятельной работе;
- фонд контрольных заданий и тестов для самоконтроля, которые позволяют оценить
уровень знаний, навыков и умений студентов согласно требованиям курса,
государственным стандартам и европейским компетенциям.
Роль преподавателя в организации самостоятельной работы
Роль преподавателя в организации самостоятельной работы состоит в координации
действий обучающихся в освоении дисциплины, в методическом и организационном
обеспечении учебного процесса. Взаимодействие между преподавателем и студентом
осуществляется в форме консультаций. Преподаватели также оказывают помощь
студентам по планированию и организации самостоятельной работы.
Контроль за самостоятельной работой
Контроль за самостоятельной работой может осуществляться в форме коротких
опросов и тестов, углубленных вопросов по темам занятий, дополнительных вопросов,
и т.д.
Перечень примерных контрольных вопросов и заданий для самостоятельной работы
студентов по всем модулям:
1. Особенности перехода от последовательного к параллельному алгоритму с учетом
архитектуры вычислительной системы.
2. Роль архитектуры вычислительной системы для эффективного распараллеливания.
3. Исследование возможностей применения различных методов вычислительной
математики для эффективного распараллеливания вычислений для априори заданной
архитектуры вычислительной системы.
2.1.3. Методические материалы для проведения текущего контроля
успеваемости и промежуточной аттестации по дисциплине (контрольно-
измерительные материалы)
Аппарат контроля за усвоением материала включает в себя задания, тесты,
контрольные работы, необходимые для эффективного контроля за усвоением учебного
материала. Этот раздел состоит из тестов, завершающих каждую тему, тестов для
самопроверки и итогового теста.
2.2. Кадровое обеспечение учебной дисциплины
2.2.1. Требования к образованию и (или) квалификации штатных преподавателей и иных лиц,
допущенных к преподаванию дисциплины
К преподаванию дисциплины могут быть допущены преподаватели, имеющие диплом
о высшем образовании по соответствующему направлению.
2.2.2. Требования к обеспеченности учебно-вспомогательным и (или) иным
персоналом
специальных требований нет.
2.2.3. Методические материалы для оценки обучающимися содержания и
качества учебного процесса
Анкета-отзыв на дисциплину «Архитектура параллельных систем»
Просим Вас заполнить анкету-отзыв по прочитанной дисциплине «Архитектура
параллельных систем». Обобщенные данные анкет будут использованы для ее
совершенствования. По каждому вопросу проставьте соответствующие оценки по
шкале от 1 до 10 баллов (обведите выбранный Вами балл). В случае необходимости
впишите свои комментарии.
1. Насколько Вы удовлетворены содержанием дисциплины в целом?
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Комментарий________________________________________________ _
2. Насколько Вы удовлетворены общим стилем преподавания?
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Комментарий_________________________________________________
3. Как Вы оцениваете качество подготовки предложенных методических
материалов?
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Комментарий_________________________________________________
4. Насколько Вы удовлетворены использованием преподавателями активных
методов обучения?
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Комментарий_________________ ________________________________
5. Какой из модулей дисциплины Вы считаете наиболее полезным, ценным с
точки зрения дальнейшего обучения и/или применения в последующей
практической деятельности?
6. Что бы Вы предложили изменить в методическом и содержательном плане
для совершенствования преподавания данной дисциплины?
СПАСИБО!
2.3. Материально-техническое обеспечение учебной дисциплины
2.3.1. Требования к аудиториям (помещениям, местам) для проведения занятий
В аудиториях, где проводятся занятия, необходимо наличие досок и средств письма на
них.
2.3.2. Требования к аудиторному оборудованию, в том числе к неспециализированному
компьютерному оборудованию и программному обеспечению общего пользования
Аудитории для проведения практических занятий должны быть оснащены
проекционной техникой и компьютером.
2.3.3. Требования к специализированному оборудованию
Необходимо наличие компьютерных классов с высокопроизводительными
многопроцессорными компьютерами/параллельными кластерами
2.3.4. Требования к специализированному программному обеспечению
Специализированное программное обеспечение для компьютерных классов, пакет
Maple, система MPICH, Visual Studio, Parallel Studio (по возможности)
2.3.5. Требования к перечню и объѐму расходных материалов
Подходящие средства для хранения электронной информации (CD,DVD-диски, флэш-
память и др.)
2.4. Информационное обеспечение учебной дисциплины
2.4.1. Список обязательной литературы
1. Бурова И.Г., Демьянович Ю.К. Алгоритмы параллельных вычислений. 2010.
2. Воеводин В.В. Математические модели и методы в параллельных процессах.
М., 1986. 296 с.
3. Воеводин В.В., Воеводин Вл.В. Параллельные вычисления. СПб., 2002. 608 с.
4. Корнеев В.В. Параллельные вычислительные системы. М., 1999. 320 с.
5. Демьянович Ю.К. , Евдокимова Т.О. Теория распараллеливания и
синхронизация. СПб.2005. 108 с.
2.4.2. Список дополнительной литературы
1. Грегори Р., Эндрюс. Основы многопоточного, параллельного и распределенного
программирования. М. 2003. 521 с.
2.4.3. Перечень иных информационных источников
Ресурсы сети Интернет.
Раздел 3. Процедура разработки и утверждение
рабочей программы учебной дисциплины
Разработчик(и) рабочей программы учебной дисциплины
Контактная
информация
Учѐная Учѐное
Фамилия, имя, отчество степень звание Должность (служебный адрес
электронной почты,
служебный телефон)
Демьянович Юрий доктор проф. профессор, заведующий кафедры Yuri.Demjanovi
Казимирович. ф-м.н. параллельных алгоритмов ch@JD16531.sp
b.edu; 4286998
В соответствии с порядком организации внутренней и внешней экспертизы
образовательных программ, установленных приказом первого проректора
по учебной работе от 18.02.2009 № 195/1, проведена двухуровневая экспертиза:
первый уровень
(оценка качества содержания программы и применяемых педагогических технологий)
Наименование кафедры Дата заседания № протокола
Кафедра параллельных алгоритмов . . 200 г. Протокол №
второй уровень
(соответствие целям подготовки и учебному плану образовательной программы)
Экспертиза второго уровня выполнена в порядке, установленном приказом
должностное лицо дата приказа № приказа
Уполномоченный орган (должностное лицо) Дата принятия решения № документа
Методическая комиссия факультета . . 200 г. Выписка из
протокола
заседания
М.К.от
. . 200 г.
Иные документы об оценке качества рабочей программы учебной дисциплины
Документ об оценке качества Дата документа № документа
Утверждение рабочей программы учебной дисциплины
Уполномоченный орган (должностное лицо) Дата принятия решения № документа
Заместитель декана ………………… . . 200 г. Приказ по
факультету от
. . 200 г.
Внесение изменений в рабочую программу учебной дисциплины
Уполномоченный орган (должностное лицо) Дата принятия решения № документа
