Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный электротехнический

университет «ЛЭТИ»

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

дисциплины

"ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ АЛГОРИТМЫ И СИСТЕМЫ"

Для подготовки магистров по направлению 552800 -"Информатика и вычислительная техника"

всех специализаций

Санкт-Петербург 2002

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»

"УТВЕРЖДАЮ"

Проректор по учебной работе

проф. _________________Ушаков В.Н.

"_____" ____________________ 2002 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

дисциплины

"ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ АЛГОРИТМЫ И СИСТЕМЫ"

Для подготовки магистров по направлению 552800 -"Информатика и вычислительная техника"

всех специализаций

Факультет компьютерных технологий и информатики Кафедра вычислительной техники Курс - 5 Семестр – 10 Лекции 51 ч. Экзамен семестр 10 Лабораторные занятия 17 ч. Зачет семестр 10 Аудиторные занятия 68 ч.Самостоятельные занятия ч. Всего часов ч.

2002

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры вычислительной техники «____»_________________2002 г., протокол №_______. Рабочая программа согласована с рабочими программами изученных ранее дисциплин:

1) Дискретная математика 2) Программирование 3) Организация ЭВМ и систем

Рабочая программа одобрена методической комиссией факультета компьютерных технологий и информатики «____»________________2002 г.

Цели и задачи дисциплины

1. Изучение принципов организации параллельных вычислений и параллельных процессов, способов реализации распределенных вычислений, изучение принципов построения ЭВМ для организации параллелизма, способов оптимизации программного обеспечения для получения эффективной системы параллельной обработки данных. Изучение основных современных технологий организации параллельных вычислений: распределенные операционные системы, технологии JAVA и CORBA.

2. Формирование навыков построения параллельных алгоритмов для решения задач, реализации параллельных процессов в рамках локальной сети, определения количественных показателей эффективности параллельных алгоритмов и задач. Формирование навыков практической реализации параллельных алгоритмов с использованием программного пакета PVM.

Требования к уровню освоения дисциплины

В результате изучения дисциплины студенты должны: 1. Знать основные положения современной концепции процесса; формальные модели

параллельного программирования, принципы организации взаимодействия параллельных процессов; принципы построения аппаратных средств параллельных вычислительных систем; особенности программирования параллельных вычислительных систем и организации параллельных вычислений в локальных сетях.

2. Уметь разрабатывать требования и спецификации аппаратного и программного

обеспечения для реализации параллельной обработки информации; параллельные программы средней сложности, ориентированные на реализацию в среде PVM; осуществлять качественную и количественную оценку эффективности разрабатываемых параллельных алгоритмов и программ.

3. Иметь представление о тенденциях и перспективах развития программных и аппаратных

средств параллельных вычислительных систем; параллельного программирования; особенностях современных языков параллельного программирования; о критериях выбора средств ВТ, средств программирования и методах их использования для эффективной реализации параллельной обработки информации; о перспективных направлениях исследований в области параллельных вычислений и параллельного программирования.

Содержание рабочей программы Тема 1. Введение. Содержание и структура курса, его связь с другими дисциплинами учебного плана. Понятие параллелизма. Типы параллельных систем и история их развития. Параллельная обработка информации и проблемы повышения эффективности использования и производительности средств вычислительной техники. Круг задач, требующих повышенных затрат вычислительных ресурсов. Примеры практического использования распределенных вычислений.

Тема 2. Модели программирования: последовательная и параллельная. Парадигмы параллельного программирования: параллелизм данных и параллелизм задач. Достоинства и недостатки моделей. Тема 3. Архитектуры ЭВМ для реализации высокопроизводительных вычислений. Классификация Флинна. Особенности построения процессоров для повышения производительности вычислений. Суперскалярные процессоры. Тема 4. Архитектуры ЭВМ для реализации высокопроизводительных вычислений. Векторная обработка данных. Векторные процессоры. Организация оперативной памяти. Тема 5. Связь между элементами параллельных вычислительных систем. Кластеры рабочих станций. Пример высокопроизводительной архитектуры на базе системы HP/Convex Exemplar SPP1600. Тема 6. Издержки и выигрыш при реализации параллельных и векторных вычислений. Трудовые затраты на распараллеливание и векторизацию программы. Особенности различных языков программирования. Тема 7. Векторные программы. Их теоретическое и практическое быстродействие. Тема 8. Параллельные программы. Их теоретическое и практическое быстродействие. Проблемы синхронизации и равномерной загрузки процессоров. Тема 9. Организация параллельных вычислений в локальных сетях. Система PVM. История PVM. Основные черты и возможности системы PVM. Этапы подготовки параллельных алгоритмов для их последующего использования в системе PVM. Тема 10. Взаимодействие задач в системе PVM. Управление задачами. Библиотечные функции PVM. Тема 11. Методология разработки параллельных программ в системе PVM. Групповые функции. Повышение производительности работы параллельных программ в системе PVM. Тема 12. Примеры реализации параллельных программ в рамках системы PVM. Тема 13. Методы и средства поддержки мультипроцессорности на уровне операционной системы. Распределенные операционные системы Mach, Spring. Тема 14. Транспьютероподобные вычислительные системы. Архитектура транспьютера. Организация взаимодействия параллельных процессов. Работа встроенного транспьютерного планировщика. Типовые структуры систем. Тема 15. Основы технологии JAVA. Интроспекция и сериализация. Java и базы данных (интерфейс JDBC). Java – сервлеты. Удаленный вызов методов (RMI). Тема 16. Основы технологии JAVA. Серверные страницы Java (JSP). Технология Java Beans и Enterprise Java Beans. Технология Jini – распределенные услуги. Тема 17. Основы технологии CORBA. Язык определения интерфейсов (IDL). Процесс активизации сервера и клиента. Архитектура управления объектами. CORBA в сравнении с RMI и Java.

Тема 18. Мобильные агенты. Определение и свойства агентов. Системы мобильных агентов. Управление агентами и их перемещениями. Организация связи между агентскими системами. Тема 19. Заключение. Современные направления развития аппаратных и программных средств параллельных вычислительных систем. Особенности современных языков параллельного программирования. Перспективные направления исследований в области параллельных вычислений и параллельного программирования.

Перечень лабораторных работ № Наименование работы Номер темы 1. Знакомство с системой параллельного программирования PVM 9,10 2. Реализация механизма обмена сообщениями в системе PVM 10 3. Программирование тестовой задачи 10,11,12 4. Программирование процессов распределения загрузки машин, сбора и

обработки результатов 11,12

5. Проведение экспериментов над различными наборами входных данных, анализ результатов, определение эффективности разработанной программы

10,11,12

Распределение учебных часов по темам и видам занятий

Объем учебных часов Семестр №

темы Название разделов и тем Лекции Лабор. занятия

Самост. работа

Всего

1 Введение 2 2 10 2 Модели программирования:

последовательная и параллельная 2 2 10

3 Архитектуры ЭВМ для реализации высокопроизводительных вычислений

4 4 10

4 Векторная обработка данных. Векторные процессоры

2 2 10

5

Связь между элементами параллельных вычислительных систем

2 2 10

6 Издержки и выигрыш при реализации параллельных и векторных вычислений

3 3 10

7 Векторные программы 2 2 10 8 Параллельные программы 2 2 10 9 Организация параллельных

вычислений в локальных сетях. Система PVM

4 4 8 10

10 Взаимодействие задач в системе PVM 4 6 10 10 11 Методология разработки

параллельных программ в системе PVM

4 5 9 10

12 Примеры реализации параллельных программ в рамках системы PVM

4 2 6 10

13 Методы и средства поддержки мультипроцессорности на уровне операционной системы

3 3 10

14 Транспьютероподобные вычислительные системы

2 2 10

15 Основы технологии JAVA. Java – сервлеты. Удаленный вызов методов (RMI)

2 2 10

16 Основы технологии JAVA. Серверные страницы Java (JSP). Технология Java Beans и Enterprise Java Beans

2 2 10

17 Основы технологии CORBA 3 3 10 18 Мобильные агенты 2 2 10 19 Заключение 2 2 10

ИТОГО: 51 17 68

ЛИТЕРАТУРА

Основная

№ Название, библиографическое описание Л Лр

К-во экз. в библ. (на каф.)

Гриф

1 “Методические указания к лабораторной работе по дисциплине «Параллельные алгоритмы и системы»”/ Сост.: В.С. Фомичев, А.М.Камышов, Г.В.Разумовский; ГЭТУ. СПб., 1997. 32 с.

10 10 ч/з 15

Дополнительная

№ Название, библиографическое описание К-во экз. в библ.

(на каф.) 1 М.Гэри, Д.Джонсон. Вычислительные машины и труднорешаемые задачи:

Пер. с англ.-М.; Мир, 1982.-416 с. 0

2 Б.Эккель. Филосифия Java. Библиотека программиста.-СПб: Питер, 2001.-880 с.

14(0)

3 Р.Орафли, Д.Харки, Д.Эдвардс. Основы CORBA: Пер. с англ. – М.,МАЛИП, 1999.-318 с.

0

4 Воеводин В.В. Математические модели и методы в параллельных процессах. -М.:Наука, Гл. ред. ФМЛ, 1986. -296с

0

5 Коуги П. Архитектура конвейерных ЭВМ. -М.: Радио и связь. 1985. -360 с. 123(0) 6 Элементы параллельного программирования / В.Е.Котов, А.В.

Вальковский, А.Г.Марчук, Н.Н.Миренков. -М.: Радио и связь. 1983. -296с. 27(0)

7 Транспьютеры. Архитектура и программное обеспечение /Пер. с англ. -М.: Радио и связь, 1993. - 306с.

ф/б

Авторы:

д.т.н., профессор Фомичев В.С. д.т.н., профессор Водяхо А.И. ассистент Кочетков А.В. Рецензент к.т.н., доцент кафедры МОЭВМ Самойленко В.П. Зав. кафедрой вычислительной техники

д.т.н., профессор Пузанков Д.В. Декан факультета компьютерных технологий и информатики

д.т.н., профессор Герасимов И.В. Программа согласована: Зав. кафедрой вычислительной техники

д.т.н., профессор Пузанков Д.В. Зав. отделом учебной литературы Киселева Т.В. Председатель методической комиссии факультета компьютерных технологий и информатики

к.т.н., доцент Чугунов Л.А. Руководитель методического отдела к.т.н., доцент Марасина Л.А.