Стандарты параллельного программирования

Правительство Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный университет
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Стандарты параллельного программирования
Parallel Programming Standards
Язык(и) обучения___________русский___________________________________
Трудоёмкость_3_зачётных единицы
Регистрационный номер рабочей программы________________
Санкт-Петербург
2014
Раздел 1. Характеристики, структура и содержание учебных занятий.
1.1. Цели и результаты учебных занятий.
Cформировать у слушателей общее представление о параллельном программировании как на многопроцессорных компьютерах с однородным по времени доступом к памяти, так и на распределенных системах (кластерах)..
Обеспечить формирование навыков параллельного программирования в соответствии с современным состоянием технологии распараллеливания решения вычислительных задач большого объема.
Поставленные цели достигаются путём решения следующих задач курса: изучение
современных версий стандартов параллельного программирования: OpenMP для симметричных мультипроцессоров и MPI для кластеров.
1.2. Требования к подготовленности обучающегося к освоению содержания учебных занятий (пререквизиты).
Знание языка программирования C в объеме курса
«Программирование»,
преподаваемого на первых двух курсах математических факультетов университетов, а
также курса «Архитектура ЭВМ».
Дисциплина “Стандарты параллельного программирования” является базовым основным курсом в подготовке профессионального математика-программиста в области
практического применения параллельных вычислений.
1.3. Перечень результатов обучения (learning outcomes)
В процессе изучения дисциплины “Стандарты параллельного программирования”
обучаемые приобретают следующие
знания

методов распараллеливания решения практических вычислительных задач в
рамках симметричного мультипроцессора;

API MPI для распараллеливания программ для систем, построенных с
использованием передачи сообщений.
умения

писать
параллельные
программы
с
использованием
средств,
предоставляемых стандартом OpenMP, на многопроцессорных системах;

использовать средства MPI для написания программ на распределенных
системах, ориентированных на передачу сообщений.
навыки

создания эффективных параллельных программ в стандартах OpenMP и
MPI.
Знать содержание дисциплины "Стандарты параллельного программирования", в
частности, иметь базовые представления о методах распараллеливания программ для архитектур симметричных мультипроцессоров или кластеров.
Уметь решать практические задачи по распараллеливанию программ, чтобы достичь
оптимального использования имеющегося в распоряжении оборудования.
1.4 Перечень и объём активных и интерактивных форм учебных занятий:
В качестве основных интерактивных форм (общее количество 28 часов)
предполагается проведение семинарских занятий, которые представляют изучение
материала по соответствующим темам дисциплины.
К каждому семинарскому занятию студенты готовят доклады на изучаемую тему, на
семинаре обсуждают их и отвечают на вопросы преподавателя.
Предполагается, что самостоятельную работу в предлагаемом курсе студенты выполняют с обязательным использованием компьютера.
Раздел 2. Организация, структура и содержание учебных занятий
Трудоёмкость
итоговая аттестация (сам. раб.)
промежуточная аттестация (сам.
раб.)
текущий контроль (сам. раб.)
в присутствии преподавателя
под руководством преподавателя
итоговая аттестация
промежуточная аттестация
текущий контроль
коллоквиумы
контрольные работы
лабораторные работы
практические занятия
консультации
семинары
лекции
Период обучения (модуль)
сам. раб. с использованием методических материалов
Самостоятельная
работа
Контактная работа обучающегося с преподавателем
Объём активных и интерактивных
форм учебных занятий
Трудоёмкость, объёмы учебной работы и наполняемость групп обучающихся
20
3
ОСНОВНАЯ ТРАЕКТОРИЯ
очная форма обучения
Семестр 8
28
15
2.1.1. Основной курс.
Формы текущего контроля успеваемости, виды промежуточной и итоговой аттестации
Период обучения (модуль)
Формы текущего контроля
успеваемости
Виды промежуточной
аттестации
Виды итоговой аттестации
(только для программ итоговой
аттестации и дополнительных
образовательных программ)
ОСНОВНАЯ ТРАЕКТОРИЯ
очная форма обучения
зачет
Семестр 8
2.2. Структура и содержание учебных занятий
Базовый курс
Основная траектория
Очная форма обучения
Период обучения: Семестр 8
№
п.п.
Наименование темы (раздела, части)
1
Тема 1. Стандарт OpenMP
2
Тема 2. Стандарт MPI
Вид учебных занятий
семинары
по методическим материалам
семинары
по методическим материалам
Кол-во
часов
10
5
18
10
Тема 1. Стандарт OpenMP.
Введение в OpenMP, директивы для распараллеливания и синхронизации, директивы
для обслуживания отдельных частей задачи (tasking), вспомогательные функции времени
выполнения программы.
Тема 2. Стандарт MPI.
Введение в MPI, обмен информацией типа точка-точка. Типы данных. Обмен информацией для нескольких процессов, группы и коммуникаторы. Топологии процессов.
Управление средой. Объект Info. Создание и управление процессами. Внешние интерфейсы. Ввод-вывод.
Лабораторный практикум
Учебным планом не предусмотрен.
Раздел 3. Обеспечение учебной дисциплины
3.1. Методическое обеспечение
3.1.1. Методические указания по освоению дисциплины
Успешное освоение дисциплины возможно благодаря участию в подготовке
докладов и их обсуждению, а также самостоятельной работе, включающей в себя чтение
специальной литературы по разделам темы, подготовка презентаций по тематике курса.
3.1.2. Методическое обеспечение самостоятельной работы:
Самостоятельная работа студентов в рамках данной дисциплины является важным
компонентом обучения, предусмотренным компетентностно-ориентированным учебным
планом и рабочей программой учебной дисциплины.
Настоящей
программой
предусмотрены
формы
самостоятельной
работы
с
использованием методических материалов.
Одна из форм самостоятельной работы – это подготовка докладов по тематике курса
и источникам, указанным в обязательной, дополнительной литературе и интернетисточниках, указанных в данной программе.
3.1.3. Методика проведения текущего контроля успеваемости и промежуточной
аттестации и критерии оценивания:
Общая аттестация складывается из следующих компонентов:

Итоги текущего контроля (сообщения и презентации по темам).

Итог зачетного опроса (ответы на вопросы).
3.1.4.
Методические
успеваемости
и
материалы
промежуточной
для
проведения
аттестации
текущего
контроля
(контрольно-измерительные
материалы):
Примерный краткий перечень вопросов к зачету.
1.
OpenMP как стандарт параллельного программирования.
2.
Директивы для распараллеливания.
3.
Директивы синхронизации.
4.
Директивы управления заданиями.
5.
Вспомогательные функции OpenMP.
6.
Введение в MPI.
7.
Обмен информацией типа точка-точка.
8.
Типы данных MPI.
9.
Обмен информацией для нескольких процессов, группы и коммуникаторы.
10.
Топологии процессов.
11.
Управление средой.
12.
Объект Info.
13.
Создание и управление процессами.
14.
Внешние интерфейсы.
15.
Ввод-вывод.
3.1.5. Методические материалы для оценки обучающимися содержания и
качества учебного процесса.
Для оценки содержания и качества учебного процесса может применяться
анкетирование или опрос в соответствии с методикой и графиком, утверждаемым в
установленном порядке.
3.2. Кадровое обеспечение
3.2.1. Образование и (или) квалификация штатных преподавателей и иных лиц,
допущенных к проведению учебных занятий:
К чтению лекций привлекаются преподаватели, имеющие базовое образование и/или
ученую степень соответствующую профилю преподаваемой дисциплины.
3.2.2. Обеспечение учебно-вспомогательным и (или) иным персоналом не
требуется.
3.3. Материально-техническое обеспечение
3.3.1. Характеристика аудиторий (помещений, мест) для проведения занятий:
Стандартно оборудованные лекционные аудитории для проведения интерактивных
лекций: видеопроектор, экран, др. оборудование.
3.3.2.
Характеристика
аудиторного
оборудования,
в
том
числе
неспециализированного компьютерного оборудования и программного обеспечения
общего пользования: Нет
3.3.3. Характеристика специализированного оборудования: Рабочие места
преподавателя и студентов должны быть оснащены оборудованием не ниже: Core 22600/ОЗУ-4 Гб / Video-256 Мб / HDD 500 Гб / DVD-RW / Network adapter – 10/100/ Мбс /
SVGA – 19”.
3.3.4. Характеристика специализированного программного обеспечения: При
использовании электронных документов каждый обучающийся во время занятий и
самостоятельной подготовки должен быть обеспечен рабочим местом в компьютерном
классе с выходом в Интернет и корпоративную сеть факультета. На компьютерах должно
быть установлено программное обеспечение, поддерживающее OpenMP (компилятор
языка C с поддержкой OpenMP), а также компилятор и библиотеки поддержки MPI.
3.3.5. Перечень и объёмы требуемых расходных материалов:
Фломастеры цветные, губки, канцелярские товары в объеме, необходимом для
организации и проведения занятий по заявкам преподавателей, подаваемым в
установленные сроки, доступ преподавателя и студентов к в компьютерные классы.
3.4. Информационное обеспечение
3.4.1. Список обязательной литературы:
1. Левин М. П. Параллельное программирование с использованием OpenMP : учебное
пособие . - М. : Интернет-Университет Информационных Технологий ; М. : БИНОМ.
Лаборатория знаний, 2008.
2. Антонов, А. С. Технологии параллельного программирования MPI и OpenMP - М. :
Издательство Московского университета, 2012.
3.4.2. Список дополнительной литературы
1.
Старченко, А. В.; Данилкин, Е. А.; Лаева, В. И.; Проханов, С. А. Практикум по методам параллельных вычислений : учебник - М. : Издательство Московского университета, 2010.
3.4.3. Перечень иных информационных источников
1. http://openmp.org/mp-documents/OpenMP_Examples_4.0.1.pdf
2. http://www.openmp.org/mp-documents/OpenMP4.0.0.pdf
3. http://www.mpi-forum.org/docs/mpi-3.0/mpi30-report.pdf
Разработчик рабочей программы: доцент мат-мех факультета СПбГУ Лебединский
Дмитрий Михайлович d.lebedinsky@spbu.ru