• A
  • A
  • A
  • АБВ
  • АБВ
  • АБВ
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта

Высокопроизводительные вычисления

2016/2017
Учебный год
RUS
Обучение ведется на русском языке
4.5
Кредиты

Программа дисциплины

Аннотация

Настоящая программа учебной дисциплины устанавливает требования к образовательным результатам и результатам обучения студента и определяет содержание и виды учебных занятий и отчетности. Программа предназначена для преподавателей, ведущих дисциплину «Высокопроизводительные вычисления», учебных ассистентов и студентов направления подготовки 38.04.05 Бизнес-информатика, обучающихся по образовательной программе «Бизнес информатика».
Цель освоения дисциплины

Цель освоения дисциплины

  • подготовка в области основ гуманитарных, социальных, эконо-мических, математических и естественнонаучных знаний, получение высшего профессио-нально профилированного (на уровне бакалавра) образования, позволяющего выпускнику успешно работать в сфере проектирования архитектуры предприятия, стратегического пла-нирования развития ИС и ИКТ управления предприятием
  • организации процессов жизнен-ного цикла ИС и ИКТ управления предприятием, аналитической поддержки процессов при-нятия решений для управления предприятием, обладать универсальными и предметно-специализированными компетенциями, способствующими его социальной мобильности и устойчивости на рынке труда
Планируемые результаты обучения

Планируемые результаты обучения

  • Владение технологией повышения скорости вычислений за счёт распараллеливания обработки структурных данных.
  • Знание схем коммутации, типовых топологий: кольцо, шина, гиперкуб и т.д.
  • Знание показателей эффективности параллельного алгоритма (ускорение, эффективность)
  • Владение многонитиевой (многопоточной) технологией программирования.
  • Понимание технологиями паспараллеливания последовательных алгоритмов по данным
  • Знание и понимание Grid-технологий
  • Понимание матричного умножения и ленточного и блочного разделение.
Содержание учебной дисциплины

Содержание учебной дисциплины

  • Раздел 1. Предпосылки использования параллельного программирования
    Тема 1.Предпосылки и резервы повышения эффективности вычислений. Тема 2. Проблемы использования параллелизма
  • Раздел 2. Архитектуры и технологии создания параллельных систем
    Тема 3. Архитектурные аспекты достижения параллелизма. Пути достижения параллелизма: функциональные вычислительные устройства, многоуровневая и модульная память, конвейерные и векторные вычисления, процессорные матрицы. Многопроцессорные вычислительные процессы с общей и распределенной памятью. Потоковые ЭВМ. Гибридная архитектура. Схемы коммутации. Типовые топологии: кольцо, шина, гиперкуб и т.д. Их преимущества и недостатки. Использование коммутаторов для коммуникации элементов ВС. Необходимость учёта скорости передачи данных по линиям коммуникации.Количество часов аудиторной работы: 1час.Тема 4. Классификация многопроцессорных ЭВМ .Виды параллельных вычислительных систем: супер ЭВМ; многопроцессорные вычислительные комплексы; многомашинные вычислительные комплексы; сети ЭВМ; вычислительные системы, организованные по кластерному типу; концепция GRID и метакомпьютинг; гибридная архитектура.Классификация ВС по Флинну: вычислительные системы классов SISD (ОКОД-один поток команд, один поток данных), MISD (MКОД – множественный поток команд – один поток данных, SIMD (ОКМД – один поток команд, множественный поток данных) MIMD (множественный поток команд – один поток данных).Количество часов аудиторной работы: 2 часа.Общий объем самостоятельной работы и распределение самостоятельной работы для разных видов подготовки студента: 10 часов (4 часа – для подготовки к практическим занятии. Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»Программа дисциплины «Высокопроизводительные вычисления» для направления 080500.62 «Бизнес-информатика»подготовки бакалавра8тиям, 6 часов - для выполнения домашней работы, задаваемой на практических занятиях по усмотрению преподавателя). Тема 5. Оценки ускорения вычислений. Оценка производительности многопроцессорных ВС (пиковая производительность, скорость, ускорение, скорость коммуникаций). Оценки эффективности ВС на стандартных смесях программ. Количество часов аудиторной работы: 3 часа.Общий объем самостоятельной работы и распределение самостоятельной работы для разных видов подготовки студента: 10 часов (4 часа – для подготовки к практическим занятиям, 6 часов - для выполнения домашней работы, задаваемой на практических занятиях по усмотрению преподавателя). Тема 6. Архитектурные принципы организации вычислений. Архитектурные принципы организации вычислений под управлением потока управления: параллельные вычисления, организованные при помощи операторов fork и join; вторая форма параллельного потока управления – по маркерам. Достоинства и недостатки организации параллельных вычислений на базе потока управления.Архитектурные принципы организации параллельной обработки данных на базе потока данных. Изображение потока данных в виде графов. Схема потока. Достоинства и недостатки организации параллельных вычислений на базе потока управления. Характер управления вычислениями.Архитектурные принципы организации параллельной обработки данных на базе запросов. Редукция строк. Редукция графов. Достоинства и недостатки организации параллельных вычислений на базе потока управления. Количество часов аудиторной работы: 2 часа. Литература по разделу:1.Лекция 2. Гергель, В. Теория и практика параллельных вычислений: курс лекций [Электронный ресурс] / В.Гергель. - режим доступа: http://www.intuit.ru/studies/courses/1156/190/info, свободный2.Лекции 2,3,4,5.Богданов, А. Архитектуры и топологии многопроцессорных вычислительных систем : курс лекций [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://82.179.249.32:2087/bookread.php?book=370603 Формы и методы проведения занятий по разделу: практические занятия проводятся в компьютерном классе с использованием инструментальных средств PARAVIEW.
  • Раздел 3. Оценка сложности параллельных алгоритмов
    Тема 7. Оценка времени вычислений на многопроцессорной ЭВМ. Время выполнения параллельной программы на одном процессоре, на паракомпьютере, на наборе из p процессоров.Расписание, минимально возможное время выполнения алгоритма, зависимость от размерности задачи, от количества процессоров. Показатели эффективности параллельного алгоритма (ускорение, эффективность). Количество часов аудиторной работы: 4 часа. Общий объем самостоятельной работы и распределение самостоятельной работы для разных видов подготовки студента: 10 часов (4 часа – для подготовки к практическим занятиям, 6 часов - для выполнения домашней работы, задаваемой на практических занятиях по усмотрению преподавателя). Тема 8. Оценка коммуникационной трудоемкости параллельных алгоритмов. Показатели коммуникационной сложности параллельных алгоритмов. Коммуникационная сложность алгоритмов, выполняемых на ЭВМ с топологиями: кольцо, звезда, решетка, дерево и т.д. Маршрутизация, топология, анализ трудоемкости основных операций, задержка, пропускная способность. Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики» Программа дисциплины «Высокопроизводительные вычисления» для направления 080500.62 «Бизнес-информатика»подготовки бакалавра9Количество часов аудиторной работы: 4 часа.Общий объем самостоятельной работы и распределение самостоятельной работы для разных видов подготовки студента: 10 часов (4 часа – для подготовки к практическим занятиям, 8 часов - для выполнения домашней работы, задаваемой на практических занятиях по усмотрению преподавателя). Литература по разделу:1.Лекция 9,10. Богданов, А. Архитектуры и топологии многопроцессорных вычисли-тельных систем : курс лекций [Электронный ресурс] . Режим доступа: http://82.179.249.32:2087/bookread.php?book=370603 2.Лекция 3. Гергель, В. Теория и практика параллельных вычислений : курс лекций [Электронный ресурс] / В.Гергель. -режим доступа: http://www.intuit.ru/studies/courses/1156/190/info, свободный3.Лекция 6. Левин, М. Параллельное программирование с использованием OpenMP : курс лекций [Электронный ресурс] / М. Левин. -режим доступа http://www.intuit.ru/studies/courses/1112/232/info, свободный. Формы и методы проведения занятий по разделу: практические занятия проводятся в компьютерном классе с использованием инструментальных средств OpenMP, ParaView
  • Раздел 4. Системы и языки параллельного программирования
    Тема 9. Расширения общеалгоритмических языков для разработки параллельных алгоритмов. Многонитевое (многопоточное) программирование. Расширения языков С, С++, Fortran.Количество часов аудиторной работы: 1час.Общий объем самостоятельной работы и распределение самостоятельной работы для разных видов подготовки студента: 5 часов (3 часа – для подготовки к практическим занятиям, 2 час а -для выполнения домашней работы, задаваемой на практических занятиях по усмотрению преподавателя).Тема10. Языки, специально созданные для разработки параллельных алгоритмов. Язык АДА (многозадачность – частный случай параллельной обработки). Язык ОККАМ. Понятие процесса в языке ОККАМ. Процесс SKIP и его использование. Процесс STOP и его использование. Последовательные процессы. Параллельные процессы. Описание данных. Синтаксические конструкции для описания процесса. Синхронизация процессов. Примеры: программа параллельного перемножения матрицы на вектор, при-меры сортировки, игра Конуэя «Жизнь», кодирование с минимальной избыточностью по методу Хаффмана.Количество часов аудиторной работы: 1 час.Общий объем самостоятельной работы и распределение самостоятельной работы для разных видов подготовки студента: 5 часов (3 часа – для подготовки к практическим занятиям, 2 часа - для выполнения домашней работы, задаваемой на практических занятиях по усмотрению преподавателя). Тема 11. Коммуникационные библиотеки и системы программирования.Системы программирования, основанные на передаче сообщений. Коммуникационная библиотека MPI. Системы программирования, основанные на разделении общей памяти.Система программирования OPENMP. Концепция виртуальных процессоров, концепция виртуальных топологий.Количество часов аудиторной работы: 6часов.Общий объем самостоятельной работы и распределение самостоятельной работы для разных видов подготовки студента: 10 часов (4 часа – для подготовки к практическим занятиям. Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»Программа дисциплины «Высокопроизводительные вычисления» для направления 080500.62 «Бизнес-информатика»подготовки бакалавра10ским занятиям, 6 часа - для выполнения домашней работы, задаваемой на практических занятиях по усмотрению преподавателя). Литература по разделу:1.Лекция 5. Гергель, В. Теория и практика параллельных вычислений : курс лекций [Электронный ресурс] / В.Гергель. -режим доступа: http://www.intuit.ru/studies/courses/1156/190/info, свободный2.Лекция 2,3. Левин, М. Параллельное программирование с использованием OpenMP : курс лекций [Электронный ресурс] / М. Левин. -режим доступа http://www.intuit.ru/studies/courses/1112/232/info, свободный Формы и методы проведения занятий по разделу: практические занятия проводятся в компьютерном классе с использованием инструментальных средств OpenMP, MPI
  • Раздел 5. Технологические аспекты распараллеливания и методики разработки параллельных алгоритм
    Тема 12. Распараллеливание последовательных алгоритмов по данным. Распараллеливание последовательных алгоритмов по данным. Векторизация про-грамм. Зависимости по данным. Векторизация циклов. Конкуррентизация циклов. Количество часов аудиторной работы: 3часа.Общий объем самостоятельной работы и распределение самостоятельной работы для разных видов подготовки студента: 5часов (2 часа – для подготовки к практическим занятиям, 3 час а -для выполнения домашней работы, задаваемой на практических занятиях по усмотрению преподавателя). Тема 13.Технология разработки параллельных алгоритмов. Методы разработки параллельных алгоритмов. Декомпозиция алгоритма на параллельно исполняемые фрагменты. Количество часов аудиторной работы: 3часа. Общий объем самостоятельной работы и распределение самостоятельной работы для разных видов подготовки студента: 5часов (2 часа– для подготовки к практическим занятиям, 3 часов - для выполнения домашней работы, задаваемой на практических занятиях по усмотрению преподавателя). Тема 14.Балансировка нагрузки на вычислительных узлах ВС Проблема распределения вычислительной нагрузки по процессорам. Причины дисбаланса вычислительной нагрузки. Математическая постановка задачи балансировки. Статическая балансировка. Способы распределения нагрузки на процессоры при статической балансировке. Недостатки статической балансировки. Динамическая балансировка. Алгоритмы размещения нагрузки при динамической балансировке. Количество часов аудиторной работы: 2 часа.Тема 15.Проблемы отладки параллельных программ. Проблемы, возникающие при отладке параллельных программ. Обзор программных пакетов, предназначенных для отладки параллельных программ. Отладка программ, написанных на MPI. Количество часов аудиторной работы: 2 часа.Литература по разделу:1.Лекция 2,5 Левин, М. Параллельное программирование с использованием OpenMP : курс лекций [Электронный ресурс] / М. Левин. -режим доступа http://www.intuit.ru/studies/courses/1112/232/info, свободный2.Лекция 4. Гергель, В. Теория и практика параллельных вычислений : курс лекций [Электронный ресурс] / В.Гергель. -режим доступа: http://www.intuit.ru/studies/courses/1156/190/info, св ободный Формы и методы проведения занятий по разделу: практические занятия проводятся в компьютерном классе с использованием инструментальных средств OpenMP, MPI
  • Раздел 6. Современные технологии высокопроизводительных вычислений.
    Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики» Программа дисциплины «Высокопроизводительные вычисления» для направления 080500.62 «Бизнес-информатика»подготовки бакалавра
  • Раздел 7. Параллельные алгоритмы для типовых задач вычислительной математики
Элементы контроля

Элементы контроля

  • неблокирующий Тек ущая работа
  • неблокирующий Аудиторная работа
  • неблокирующий Экзамен
Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация

  • Промежуточная аттестация (1 модуль)
    0.3 * Аудиторная работа + 0.3 * Тек ущая работа + 0.4 * Экзамен
Список литературы

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

  • Гергель В.П. - Теория и практика параллельных вычислений - Национальный Открытый Университет "ИНТУИТ" - 2016 - 500с. - ISBN: 978-5-94774-645-7 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/100527

Рекомендуемая дополнительная литература

  • Левин М.П. - Параллельное программирование с использованием OpenMP - Национальный Открытый Университет "ИНТУИТ" - 2016 - 133с. - ISBN: 978-5-94774-857-4 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/100358