Embed Size (px)
Citation preview
Аннотация к рабочей программе дисциплины
«Программирование графических процессоров»
Дисциплина «Программирование графических процессоров» реализуется в рамках
образовательной программы высшего образования – программы магистратуры 09.04.01
ИНФОРМАТИКА И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА. КОМПЬЮТЕРНОЕ
МОДЕЛИРОВАНИЕ по очной форме обучения на русском языке.
Место в образовательной программе: Дисциплина «Программирование графических процессоров» реализуется в первом семестре
в рамках дисциплин (модулей) Блока 1, вариативная часть, является дисциплиной по выбору.
Данный курс является базовым для работы в рамках практики и выполнения выпускной
квалификационной работы.
Дисциплина «Программирование графических процессоров» направлена на формирование
компетенций:
ПК-14 - способность к программной реализации систем с параллельной обработкой данных
и высокопроизводительных систем, в части следующих результатов обучения:
ПК-14.2 делать обоснованный выбор архитектурных решений для
высокопроизводительных систем и параллельной обработки данных в среде различных ОС
Преподавание дисциплины предусматривает проведение следующих видов учебных
занятий: лекции, практические занятия, самостоятельную работу студента.
Перечень основных разделов дисциплины:
Содержание дисциплины охватывает такие вопросы как архитектура графических
процессоров, ее отличие от архитектуры центральных процессоров общего назначения, классы
задач, которые возможно решать с использованием гибридных вычислительных систем,
различные подходы к программированю графических процессоров и пр. Студенты на практике
получают опыт программирования графических процессоров, достаточный для эффективного
решения практических задач по моделированию в различных областях науки и техники в
рамках своей выпускной квалификационной работы.
Основные темы:
Программный интерфейс CUDA
Программирование на уровне драйвера
Работа с текстурной, разделяемой, константной памятью
Оптимизация программы для графического процессора
Использование нескольких графических процессоров
Адаптация программы для выполнения на графическом процессоре
Оптимизированные математические библиотеки
Введение в OpenACC
Использование графических процессоров для математических расчетов из Fortran, Java, C#
Введение в OpenCL
Применение графических процессоров для решения прикладных задач
Общий объем дисциплины – 4 зачетные единицы (144 часа)
Правила аттестации по дисциплине. Текущий контроль по дисциплине «Программирование графических процессоров»
осуществляется на практических занятиях на основании оценки за портфолио (оценки за
выполненные задания). По результатам защиты портфолио выставляется оценка «зачтено» или
«не зачтено».
Промежуточная аттестация по дисциплине «Программирование графических процессоров»
проводится по завершению периода ее освоения (семестра). Промежуточная аттестация по
дисциплине включает 2 этапа:
1) портфолио (выполнение заданий);
2) экзамен.
Оценка «зачтено» за портфолио является необходимым условием для прохождения
промежуточной аттестации. Результаты промежуточной (итоговой по дисциплине) аттестации
определяются оценками «отлично», «хорошо», «удовлетворительно», «неудовлетворительно».
Оценки «отлично», «хорошо», «удовлетворительно» означают успешное прохождение
промежуточной аттестации.
Учебно-методическое обеспечение дисциплины.
Учебно-методические материалы по дисциплине «Программирование графических
процессоров» выложены на странице курса в сети Интернет
http://ccfit.nsu.ru/arom/en_207
1. Внешние требования к дисциплине
Таблица 1.1
ПК-14 - способность к программной реализации систем с параллельной обработкой
данных и высокопроизводительных систем
ПК-14.2 делать обоснованный выбор архитектурных решений для высокопроизводительных
систем и параллельной обработки данных в среде различных ОС
2. Требования к результатам освоения дисциплины
Таблица 2.1
Результаты изучения дисциплины по уровням освоения
(иметь представление, знать, уметь, владеть)
Формы организации занятий
Лекции
Практики
/
семинары
Самостояте
льная
работа
ПК-14.2 делать обоснованный выбор архитектурных решений для высокопроизводительных
систем и параллельной обработки данных в среде различных ОС
1. Знать особенности архитектуры графических
процессоров, методы разработки и адаптации программ для
вычислительных систем, построенных на базе графических
процессоров.
+ + +
2. Уметь обоснованно применять на практике изученные
технологии + + +
3. Содержание и структура учебной дисциплины
Таблица 3.1
Темы лекций
Активные
формы,
час.
Часы
Ссылки на
результаты
обучения
Семестр: 3
Программный интерфейс CUDA
Программирование на уровне драйвера
Работа с текстурной, разделяемой, константной
памятью
Оптимизация программы для графического
процессора
Использование нескольких графических процессоров
4 4 1, 2
Адаптация программы для выполнения на
графическом процессоре
Оптимизированные математические библиотеки
Введение в OpenACC
Использование графических процессоров для
математических расчетов из Fortran, Java, C#
Введение в OpenCL
Применение графических процессоров для решения
прикладных задач
4 4 1, 2
8 8
Таблица 3.2
Темы практических
занятий
Активны
е формы,
час.
Часы
Ссылки на
результаты
обучения
Учебная деятельность
Семестр: 3
1. Архитектура
графического процессора.
4 4 1, 2 Разбор теоретической темы,
представленной на лекции,
решение практических задач
Во время практического
занятия:
1. Проверяется наличие у
всех студентов доступа к
серверу. В случае
необходимости студентам
раздаются логины и пароли
2. Рассказывается порядок
работы с сервером, где
располагаются необходимые
студенту ресурсы
(библиотеки, компиляторы
примеры и пр.)
3. Озвучиваются задания,
которые необходимо сдать
студенту в течение семестра,
порядок сдачи, сроки.
4. Вместе со студентами из
набора доступных примеров
копируется один в
домашнюю директорию и
собирается. Запуск примера,
просмотр и анализ
результата.
Далее студентам дается
время для самостоятельного
изучения доступных
примеров, знакомства с
заданием на семестр.
2. Директивы OpenACC. 4 4 1, 2 Разбор теоретической темы,
представленной на лекции,
решение практических задач.
Прием выполненых заданий
3. OpenACC: отладка,
профилирование и
оптимизация кода.
4 4 1, 2 Разбор теоретической темы,
представленной на лекции,
решение практических задач.
Прием выполненных
заданий
4. Оптимизированные
математические
библиотеки.
4 4 1, 2 Разбор теоретической темы,
представленной на лекции,
решение практических задач.
Прием выполненных
заданий
5. Программный интерфейс
CUDA.
6 6 1, 2 Разбор теоретической темы,
представленной на лекции,
решение практических задач.
Прием выполненных
заданий
Изучая программную
документацию (CUDA
Programmers Guide), студент
выполняет реализацию
первого задания.
Интерактивная часть
практического занятия
отводится на обсуждение
полученных результатов и
прием задания
6. Использование нескольких
графических процессоров.
6 6 1, 2 Разбор теоретической темы,
представленной на лекции,
решение практических задач,
обсуждение полученных
результатов. Прием
выполненных заданий
7. Использование
графических процессоров
для математических
расчетов из Java, C#,
Python и пр.
6 6 1, 2 Разбор теоретической темы,
представленной на лекции,
решение практических задач.
Прием выполненых заданий
8. Применение графических
процессоров для решения
прикладных задач.
6 6 1, 2 Разбор теоретической темы,
представленной на лекции,
решение практических задач.
Прием выполненых заданий
9. 40
4. Самостоятельная работа бакалавров
Таблица 4.1
№ Виды самостоятельной работы
Ссылки на
результаты
обучения
Часы на
выполнени
е
Часы на
консультаци
и
Семестр: 3
1
Повторение теоретического материала,
изучение учебной литературы. Учебно-
методические материалы по дисциплине
выложены в электронной информационно-
образовательной среде НГУ:
http://ccfit.nsu.ru/arom/en_207
1, 2 16
Изучение предлагаемых алгоритмов и структур данных, анализ и детальное изучение
представленных технологий программирования.
2 Подготовка к практическим занятиям, к текущему
контролю знаний 1, 2 50
Выполнение заданий
3 Подготовка к экзамену 1, 2 26
Повторение теоретического материала по вопросам, совпадающим с темами лекций
5. Образовательные технологии
В ходе реализации учебного процесса по дисциплине применяются лекционные,
лабораторные и практические занятия, а также применяются следующие интерактивные формы
обучения (таблица 5.1).
Таблица 5.1
1 Лекция в форме дискуссии ПК-14
Формируемые умения: Знать особенности архитектуры графических процессоров, методы
разработки и адаптации программ для вычислительных систем, построенных на базе
графических процессоров Уметь обоснованно применять на практике изученные технологии
Краткое описание применения: Представляется теория, проблематика вопросов, связанных
с архитектурой графических процессоров, ее отличия от архитектуры центральных
процессоров общего назначения, классы задач, которые возможно решать с использованием
гибридных вычислительных систем, различные подходы к программированю графических
процессоров и пр.
2 Портфолио ПК-14
Формируемые умения: Знать основные особенности архитектуры графических процессоров, методы разработки и
адаптации программ для вычислительных систем, построенных на базе графических
процессоров. Уметь обоснованно применять на практике изученные технологии Краткое описание применения: студенты ведут портфолио (задания, контрольная работа,
участие в соревновании) которое является основой для проведения аттестации по дисциплине
Для организации и контроля самостоятельной работы студентов, а также проведения
консультаций применяются информационно-коммуникационные технологии (таблица 5.2).
Таблица 5.2
Информирование http://ccfit.nsu.ru/arom/en_207
Консультирование [email protected]
Контроль http://ccfit.nsu.ru/arom/en_207
Размещение учебных
материалов http://ccfit.nsu.ru/arom/en_207
6. Правила аттестации по учебной дисциплине
Текущий контроль по дисциплине «Программирование графических процессоров»
осуществляется на Текущий контроль по дисциплине «Программирование графических
процессоров» осуществляется на практических занятиях на основании оценки за портфолио
(оценки за выполненные задания). По результатам защиты портфолио выставляется оценка
«зачтено» или «не зачтено».
Промежуточная аттестация по дисциплине «Программирование графических процессоров»
проводится по завершению периода ее освоения (семестра). Промежуточная аттестация по
дисциплине включает 2 этапа:
1) портфолио (выполнение заданий);
2) экзамен.
Оценка «зачтено» за портфолио является необходимым условием для прохождения
промежуточной аттестации. Результаты промежуточной (итоговой по дисциплине) аттестации
определяются оценками «отлично», «хорошо», «удовлетворительно», «неудовлетворительно».
Оценки «отлично», «хорошо», «удовлетворительно» означают успешное прохождение
промежуточной аттестации.
В таблице 6.1 представлено соответствие форм аттестации заявляемым требованиям к
результатам освоения дисциплины.
Таблица 6.1
Коды
компет
енций
ФГОС
Результаты обучения
Формы
аттестации
семестр 3
портф
оли
о
экза
мен
ПК-14
ПК-14.2 делать обоснованный выбор архитектурных решений для
высокопроизводительных систем и параллельной обработки
данных в среде различных ОС + +
Требования к структуре и содержанию портфолио, оценочные средства, а также критерии
оценки сформированности компетенций и освоения дисциплины в целом, представлены в
Фонде оценочных средств, являющемся приложением 1 к настоящей рабочей программе
дисциплины.
7. Литература
Основная литература
1. Сандерс Д., Кэндрот Э., «Технология CUDA в примерах: введение в программирование
графических процессов», ДМК-Пресс, 2011, ISBN: 978-5-94074-504-4
Дополнительная литература (в т.ч. учебная)
1. Р. Гонсалес, Р. Вудс, «Цифровая обработка изображений», Техносфера, 2006, ISBN: 5-
94836-028-8
2. Боресков А.В., Харламов А.А., «Основы работы с технологией CUDA», ДМК Пресс,
2010, ISBN: 978-5-94074-578-5
3. Рутм Г., Фатика М., «CUDA Fortran для инженеров и научных работников», ДМК Пресс,
2014, ISBN: 978-5-97060-065-8
Интернет-ресурсы
Таблица 7.1
№
п/п Наименование Интернет-ресурса Краткое описание
1. Журнал «Вестник НГУ. Серия: Информацион-ные
технологии» [Электронный ресурс]. – Режим доступа:
http://jit.nsu.ru/ . – Загл. с экрана
Полнотекстовые
электронные копии статей в
области вычислительных
методов (с 2006 года).
2. Журнал «Технологии сейсморазведки» [Электронный
ресурс]. – Режим доступа: http://ts.sbras.ru/ru . – Загл. с
экрана
Полнотекстовые
электронные копии статей в
области обработки
сейсмических данных (с
2008 года).
8. Учебно-методическое и программное обеспечение дисциплины
8.1. Учебно-методическое обеспечение
Учебные материалы по дисциплине размещены на странице учебной дисциплины по адресу:
http://ccfit.nsu.ru/arom/en_207
8.2. Программное обеспечение
Для обеспечения реализации дисциплины используется стандартный комплект
программного обеспечения (ПО), включающий регулярно обновляемое лицензионное ПО
Windows и MS Office.
Перечень специализированного программного обеспечения для изучения дисциплины
представлен в таблице 8.1.
Специализированное программное обеспечение Таблица 8.1
№ Наименование ПО Назначение Место размещения
1 PuTTY
Клиент доступа к
удаленному серверу
по протоколу SSH
Компьютерные классы
Учебного корпуса НГУ
2 CUDA SDK Среда разработки
приложений для
графических
процессоров NVIDIA
Компьютерные классы
Учебного корпуса НГУ
3 CUDA SDK Среда разработки
приложений для
графических
процессоров NVIDIA
Сервер в серверной гл.корп
НГУ, кластер НГУ
4 PGI Компилятор, средства
отладки и
профилирования
Сервер в серверной гл.корп
НГУ, кластер НГУ
ПО для лиц с ограниченными возможностями здоровья Таблица 8.2
№ Наименование ПО Назначение Место размещения
1 Jaws for Windows Программа экранного доступа к системным и
офисным приложениям, включая интернет-
обозреватели. Информация с экрана
считывается вслух, обеспечивая возможность
речевого доступа к самому разнообразному
контенту. Jaws также позволяет выводить
информацию на обновляемый дисплей
Брайля. JAWS включает большой набор
клавиатурных команд, позволяющих
воспроизвести действия, которые обычно
выполняются только при помощи мыши.
Ресурсный центр,
читальные залы
библиотеки НГУ,
компьютерные
классы (сетевые
лицензии)
2 Duxbury Braille
Translator v11.3 для
Брайлевского
принтера
Программа перевода текста в текст Брайля, и
печати на Брайлевском принтере
Ресурсный центр
3 "MAGic Pro 13"
(увеличение+речь)
Программа для людей со слабым зрением и
для незрячих людей. Программа позволяет
увеличить изображение на экране до 36 крат,
есть функция речевого сопровождения
Ресурсный центр,
читальные залы
библиотеки НГУ
9. Профессиональные базы данных и информационные справочные системы
1. Полнотекстовые журналы Springer Journals за 1997-2015 г., электронные книги (2005-
2016 гг.), коллекция научных биомедицинских и биологических протоколов SpringerProtocols,
коллекция научных материалов в области физических наук и инжиниринга SpringerMaterials,
реферативная БД по чистой и прикладной математике zbMATH.
2. Электронная библиотека диссертаций Российской государственной библиотеки (ЭБД
РГБ)
3. Электронные ресурсы Web of Science Core Collection (Thomson Reuters Scientific LLC.),
Journal Citation Reports + ESI
4. БД Scopus (Elsevier)
10. Материально-техническое обеспечение
Таблица 10.1
№ Наименование Назначение
1 Презентационное оборудование
(мультимедиа-проектор, экран, компьютер
для управления)
Для проведения лекционных и
практических занятий
Оборудование, обеспечивающее адаптацию электронных и печатных образовательных ресурсов
для обучающиеся из числа лиц с ограниченными возможностями здоровья
Таблица 10.2
№ Наименование
оборудования Назначение Место размещения
1 Принтер Брайля Печать рельефно-точечным шрифтом
Брайля Ресурсный центр
2 Увеличитель Prodigi
Duo Tablet 24
Устройство для чтения и увеличения
плоскопечатного текста
Ресурсный центр,
читальные залы
библиотеки НГУ
Специализированное
мобильное рабочее
место «ЭлНот 311»
Мобильный компьютер с дисплеем
брайля Ресурсный центр
Портативный
тактильный дисплей
Брайля “Focus 40 Blue”
Навигация в операционных системах,
программах и интернете с помощью
отображения рельефно-точечным
шрифтом Брайля получаемой
информации
Ресурсный центр,
читальные залы
библиотеки НГУ
Устройство для печати
тактильной графики
«PIAF»
Печать тактильных графических
изображений Ресурсный центр
Портативный видео-
увеличитель RUBY XL
HD
Увеличение текста и подбор контрастных
схем изображения Ресурсный центр
Складной настольный
электронный видео-
увеличитель «TOPAZ
PHD 15»
Увеличение текста и подбор контрастных
схем изображения Ресурсный центр
Электронный ручной
видео-увеличитель
ONYX Deskset HD 22”
Увеличение текста и подбор контрастных
схем изображения Ресурсный центр
Смартфон EISmart G3 Смартфон клавишным управлением и
озвученным интерфейсом, обучение
спутниковой навигации.
Ресурсный центр
FM-система «Сонет-
РСМ» РМ-3-1
Звуковая FM-система для людей с
нарушением слуха, улучшающая
восприятие голосовой информации
Большая физическая
аудитория главного
корпуса НГУ
