В.3.04. ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ - раздел Информатика, Основная образовательная программа Цель Преподавания Дисциплины:
Обучить Студентов Тео...
Цель преподавания дисциплины:
обучить студентов теоретическим основам параллельной обработки данных в вычислительных машинах;
привить студентам навыки разработки параллельных алгоритмов и программ.
заложить понимание фундаментальных основ моделирования и анализа параллельных вычислений.
Содержание:
Ограничение максимальной производительности однопроцессорных ЭВМ. Необходимость решения задач, превышающих возможности современных ЭВМ (проблемы "большого вызова") и коллективного режима решения задач. Различие многозадачных, параллельных и распределенных вычислений.
Существование последовательных алгоритмов (закон Амдаля). Повышение производительности последовательных компьютеров (закон Мура). Потери на взаимодействие и передачу данных (гипотеза Минского). Высокая стоимость параллельных систем (закон Гроша). Зависимость эффективности параллельных вычислений от учета особенностей аппаратуры. Сложность разработки параллельных алгоритмов. Трудоемкость проверки правильности параллельных программ.
Функциональные вычислительные устройства. Многоуровневая и модульная память. Конвейерные и векторные вычисления. Процессорные матрицы. Многопроцессорные вычислительные системы с общей и распределенной памятью (мультипроцессоры и мультикомпьютеры). Микропроцессорные системы.
Способы построения многопроцессорных вычислительных систем. Анализ параллельных алгоритмов и типовые топологии схем коммутации – кольцо, линейка, решетки, полный граф, гиперкуб, тор, дерево.
СуперЭВМ. Многопроцессорные вычислительные комплексы. Многомашинные вычислительные комплексы. Сети ЭВМ. Систематики Флинна и Шора. Потоки данных (команд). Структурная нотация Хокни и Джесхоупа.
Общее выражение для оценки производительности для разного типа МВС. Максимальная (пиковая) производительность. Степень параллелизма (длина полупроизводительности). Удельная производительность. Значения показателей для ряда МВС.
Компьютер с неограниченным параллелизмом (паракомпьютер). Модели многопроцессорных систем с общей и распределенной памятью. Модель конвейерной системы.
Представление алгоритма в виде графа потока данных. Расписание параллельных вычислений. Показатель временной сложности алгоритма. Оценка времени выполнения алгоритма для паракомпьютера (предельное распараллеливание) и для систем с конечным количеством процессоров.
Понятие процесса. Синхронизация параллельных процессов. Аппарат событий. Взаимоисключение параллельных процессов. Концепция ресурса. Механизмы взаимоисключения: алгоритм Деккера, семафоры (Дейкстра), мониторы (Вирт).
Взаимодействие параллельных процессов посредством механизма передачи сообщений. Механизмы передачи: очереди, почтовые ящики, порты. Принцип рандеву в языках Ада и ОККАМ.
Проблемы взаимодействия процессов. Понятие тупика и условия его возникновения. Предотвращение тупиков. Алгоритм банкира. Обнаружение тупиков и восстановление состояния процессов. Многозадачный режим как частный случай параллельной обработки.
Показатель эффекта распараллеливания (ускорение). Эффективность использования вычислительной системы. Способы оценки показателей. Основные характеристики вычислительной системы, влияющие на величины ускорения и эффективности (архитектура, количество процессоров, топология каналов передачи данных).
Характеристики топологий сети передачи данных. Алгоритмы маршрутизации. Методы передачи данных. Анализ трудоемкости основных операций передачи данных. Передача данных между двумя процессорами сети. Одиночная и множественная рассылка сообщений. Операция циклического сдвига. Методы логического представления топологии коммуникационной среды. Отображение кольцевой топологии и топологии решетки на гиперкуб.
Распараллеливание вычислений на уровне команд, выражений, программных модулей, отдельно выполняемых заданий.
Выбор параллельного алгоритма. Реализация алгоритма в виде параллельной программы. Построение исполняемой программы для параллельной вычислительной системы. Параллельное исполнение машинной программы.
Декомпозиция алгоритма на параллельно исполняемые фрагменты вычислений. Распределение заданий по процессорам и балансировка. Синхронизация и взаимоисключение. Организация взаимодействия.
Создание параллельных областей. Разделение вычислительной нагрузки между потоками. Работа с данными. Синхронизация. Функции и переменные окружения. Сравнительная характеристика подходов параллельного программирования для систем с распределенной и общей памятью.
Система MPI. Общая характеристика. Поддержка модели взаимодействия параллельных вычислителей при помощи передачи сообщений. Основные программные примитивы системы MPI.
Выявление функциональной независимости отдельных фрагментов алгоритма (параллелизм команд). Геометрическое разделение вычислений (параллелизм данных). Иерархическая декомпозиция обработки данных.
Проблема рекурсивной зависимости этапов обработки данных. Каскадная схема. Подход для получения асимптотически ненулевой эффективности. Метод Оутса. Пример для вычисления частичных и общей сумм.
Способы разбиения матриц (горизонтальная, вертикальная, блочные схемы). Методы вычисления произведения матриц с использованием разных схем разбиения матриц. Обеспечение предельно допустимого параллелизма. Обращение матриц. Параллельные методы решения систем линейных уравнений.
В результате изучения дисциплины студент должен:
иметь представление о целях и задачах параллельной обработки данных, параллельных вычислительных методах и принципах построения параллельных вычислительных систем.
знать архитектурные принципы реализации и языковые механизмы конструирования параллельных программ;
уметь разрабатывать параллельные алгоритмы для решения типовых задач вычислительной математики и обработки данных.
иметь навыки использования стандартных систем разработки параллельных программ.
Разработчик к.т.н., доцент Мунерман В.И.
Все темы данного раздела:
Трудоемкость ООП
Наименование ООП
Квалификация (степень)
Нормативный срок освоения ООП (для очной формы обучения), включая последипломный отпуск
Трудоемкость
Требования к уровню подготовки абитуриента
1. Предшествующий уровень образования абитуриента – среднее (полное) общее образование.
2. Абитуриент должен иметь документ государственного образца о среднем (полном) общем образовании ил
Компетенции обучающегося, формируемые в процессе освоения ООП ВПО
3.1. Общекультурные компетенции (ОК):
o способностью владеть культурой мышления, умение аргументировано и ясно строить устную и письменную речь (OK-1);
o способностью уважительно
Ресурсное обеспечение ООП
5.1. Кадровое обеспечение
Доктора наук - 15%,
Кандидаты наук - 73%
Привлеченные руководители и работники профильных организаций – 5 %
5.2. Учебно-методическое и
Социально-бытовые условия
4 общежития на 1507 мест (100% обеспеченность нуждающихся) столовая 6 организованных пунктов питания Нормативные акты:
«Концепция вн
Нормативно-методическое обеспечение образовательных технологий и системы оценки качества освоения обучающимися ООП бакалавриата.
7.1. Текущая, промежуточная и итоговая аттестация.
Фонды оценочных средств для проведения текущего контроля успеваемости, промежуточной и итоговой аттестации (тесты, вопросы и задания для
Учебный план
Направление подготовки
010400 Прикладная математика и информатика
№ п/п
Наименование дисциплин (в том числе практик)
Календарный учебный график
Курс
Теоретическое
обучение
Экзаменац.
сессии
Учебные
практики
Производст.
практика
Итоговая
Цели и задачи дисциплины
Дисциплина «Иностранный язык» относится к блоку гуманитарных и социально-экономических дисциплин Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования и представляет соб
Требования к уровню освоения содержания дисциплины
Знания и навыки, полученные при изучении дисциплины «Иностранный язык», дают возможность студентам использовать иностранный язык практически как в профессиональной (производственной и научной) деят
Б.1.02. ИСТОРИЯ
Компетенциипо ФГОС: способность понимать движущие силы и закономерности исторического процесса, место человека в историческом процессе. Политические организации общества.
Б.1.03. ФИЛОСОФИЯ
Цель дисциплины:формирование у человека ценностно-рационального отношения к жизни, природе, труду, людям, самому себе, что выражается в высшей потребности индивида ощущать себя тво
Б.1.04. ЭКОНОМИКА
Цельдисциплины - формирование у студентов на основе освоения базовых понятий экономики системного представления в области экономики образования, связанные с разработкой конкретных
Б.1.05. СОЦИОЛОГИЯ
Цель дисциплины – сформировать у студентов логику мышления, помогающую им разбираться в социальных проблемах, находить источники их возникновения и пути разрешения.
Требования к результатам освоения дисциплины
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
ОК-1-11, ОК- 13-14, ОК-16, ПК-1-2
В результате освоения дисциплины студент должен:
зн
Требования к результатам освоения дисциплины.
В результате освоения дисциплины студент должен:
знать: место русского языка среди других языков мира; разновидности национального русского языка; дихотомию «язык и речь»;
В.1.02. ПСИХОЛОГИЯ
Цель: подготовить выпускников к использованию достижений психологической науки при организации учебно-воспитательного процесса, психологического сопровождения процессов развития и
В.1.03. ЭТИКА
Цель дисциплины:пробуждение в студенте стремления к постоянному духовно-нравственному росту, к осознанию смысла своего существования, к достижению в конечном итоге полноты и целос
Б.2.01. МАТЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
Цель дисциплины:формирование математической культуры студентов, фундаментальная подготовка студентов в области математического анализа, овладение современным аппаратом математическ
Б.2.02. КОМПЛЕКСНЫЙ АНАЛИЗ
Цель дисциплины:формирование математической культуры студентов, фундаментальная подготовка студентов в области комплексного анализа, овладение современным аппаратом комплексного ан
Б.2.03. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ
Цель дисциплины:формирование математической культуры студентов, фундаментальная подготовка студентов в области функционального анализа, овладение современным аппаратом функциональн
Б.2.04. АГЛЕБРА И ГЕОМЕТРИЯ
Цель:Изучение основ линейной алгебры и аналитической геометрии; формирование навыков использования математического аппарата; развитие аналитического мышления.
Сод
Б.2.05. ФИЗИКА
Цель дисциплины –обеспечить формирование у студентов общекультурных и профессиональных компетенций, позволяющих применять законы физики, методы экспериментального исследования для
Б.2.06. ОСНОВЫ ИНФОРМАТИКИ
Цель: студент, успешно завершивший изучение дисциплины «Информатика», должен обладать следующими компетенциями:
Способность понимать сущность и значение информации в разви
Требования к уровню освоению дисциплины
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
ОК-5, ОК-6, ОК-13, ОК-14, ПК-1, ПК-13, ПК-14.
В результате изучения дисциплины каждый студент должен:
Б.2.08. КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА
Цели изучения дисциплины. Одним из объектов профессиональной деятельности бакалавра являются математические и компьютерные методы обработки изображений. В связи с этим целью препод
Требования к уровню освоению дисциплины
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
ОК-5, ОК-6, ОК-13, ОК-14, ПК-1, ПК-13, ПК-14.
В результате изучения дисциплины каждый студент должен:
Проектирование ИС
Общая характеристика процесса проектирования ИС; структура информационно-логической модели ИС; разработка функциональной модели; исходные данные для проектирования; защита данных; разработка систем
Требования к освоению дисциплины
Знать:
инструментальные средства для документирования, описания, анализа и моделирования информационных и коммуникационных процессов в ИС; архитектуры и про
В.2.03. МИРОВЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ РЕСУРСЫ
Цель: систематизация знаний об источниках, каналах и потребителях информационных ресурсов, условиях доступа к информационным ресурсам, выработка практических навыков поиска информа
Требования к освоению дисциплины
Знать:
структуру информационных ресурсов Интернета, популярные информационно-поисковые системы, их общие свойства и особенности, правила цитирован
В.2.04. ИССЛЕДОВАНИЕ ОПЕРАЦИЙ
Цель изучения дисциплины: специалист должен обладать компетентностью, необходимой для построения и анализа математических моделей сложных систем.
Содержание:
Линейное программиров
Требования к освоению дисциплины.
В результате изучения дисциплины студенты должны:
знать:
основные положения концепции информационной безопасности; основные виды у
В.2.06. ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
Цель:
изучение реальных функций и потенциальных возможностей ГИС- технологий в сферах деятельности, которые опираются на пространственно-определенную информацию;
Требования к освоению дисциплины
Знать:
функции и возможности ГИС- технологий в различных сферах деятельности; инструментальные средства для описания, разработки, анализа и моделирования ин
Б.3.02. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ
Цель дисциплины:фундаментальная подготовка в области дифференциальных уравнений, овладение методами решения основных типов дифференциальных уравнений и их систем, овладение совреме
Б.3.03. ТЕОРИЯ ВЕРОЯТНОСТЕЙ И МАТЕМАТИЧЕСКАЯ СТАТИСТИКА
Цель:формирование стохастической культуры студента, подготовка в области стохастического анализа, овладение современным математическим аппаратом для дальнейшего использования в при
Б.3.04. ЯЗЫКИ И МЕТОДЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ
Цель преподавания дисциплины:
обучить студентов основам объектно-ориентированной технологии программирования,
привить студентам навыки работы в современных инстру
Требования к освоению дисциплины
Знать:
основные понятия теории баз данных, принципы построения и проектирования баз данных; основные модели данных и характеристики СУБД; методы и
Б.3.06. ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ
Цель:Изучить численные методы решения задач математического анализа, алгебры и обыкновенных дифференциальных уравнений; численные методы решения задач математической физики; методы
Б.3.07. ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
Цели изучения дисциплины. Одним из объектов профессиональной деятельности бакалавра являются вычислительные системы, ядро которых составляют операционные системы. В связи с этим це
Б.3.08. МЕТОДЫ ОПТИМИЗАЦИИ
Цель: глубокое теоретическое осмысление основного математического аппарата и фундаментальных методов исследования, применяемых в методах оптимизации, формирование представления о м
Задачи курса
изучить организацию единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций (ее предназначение и структуру), освоить правила обеспечения безопасности в современных ус
Требования к освоению курса.
Процесс изучения курса должен быть направлен на формирование следующих компетенций:
ОК-3, ОК-5, ОК-11, ОК-12, ОК-13, ОК-14, ОПК-4, ПК-5, ПК-7, ПК-8.
В результате изучения данного
В.3.01. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ЛОГИКА
Целью преподавания дисциплины является:
обучить студентов построению формальных логических моделей и применению этих моделей в математике и приложениях,
привить студентам навыки р
В.3.02. УРАВНЕНИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ
Цель дисциплины:фундаментальная подготовка в области уравнений в частных производных,овладение аналитическими методами математической физики, овладение современным математическим а
В.3.03. СТРУКТУРЫ И АЛГОРИТМЫ КОМПЬЮТЕРНОЙ ОБРАЗОТКИ ДАННЫХ
Цельпреподавания дисциплины:
обучить студентов, основным структурам данных и алгоритмам, используемым в компьютерной обработке данных, привить студентам нав
Требования к освоению дисциплины.
В результате изучения дисциплины студенты должны:
знать:
реляционную, объектную и ассоциативную модели знаний; основы логического программир
Требования к освоению дисциплины
Знать:
принципы построения открытых систем и «клиент-серверных» технологий; основы администрирования в операционных системах Unix и Windows; зада
В.3.07. СЛУЧАЙНЫЕ ПРОЦЕССЫ И СИСТЕМЫ МАССОВОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ
Цель:формирование стохастической культуры студента, фундаментальная подготовка в области стохастического анализа, овладение современным математическим аппаратом для дальнейшего исп
Требования к уровню освоению дисциплины
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
ОК-1, ОК-5, ОК-12, ОК-13, ОК-15, ПК-6, ПК-9, ПК-10, ПК-13.
В результате изучения дисциплины каждый сту
Требования к освоению дисциплины
Знать:
команды конкретного ассемблера под WINDOWS; основные принципы разработки программ на ассемблере; этапы, средства и методы их трансляции и к
Цели и задачи физического воспитания
Основной целью физического воспитания студентов является формирование физической культуры личности.
Для достижения поставленной цели предусматривается решение следующих воспитательных, обр
Требования к освоению дисциплины
Все три раздела содержания органически связаны между собой и определяют направленность образовательно-воспитательного процесса в овладении знаниями и умениями учебной программы.
Зн
Новости и инфо для студентов