Fakulta informačních technologií VUT v Brně

Detail předmětu

Architektura a programování paralelních systémů

ARC Ak. rok 2009/2010 letní semestr 5 kreditů

Předmět pokrývá architekturu i programování paralelních systémů s fukčním a datovým paralelismem. Nejdříve je pojednáno o teorii paralelních systémů a paralelizaci programů. Následuje výklad programování systémů se sdílenou pamětí v prostředí OpenMP a popis nejrozšířenějších mnoho-jádrových multiprocesorů SMP i pokročilých systémů DSM NUMA.  Pokračuje výklad programování pro systémy se zasíláním zpráv ve standardizovaném rozhraní  MPI. Propojovací sítě jsou probrány samostatně a po té jejich uplatnění ve svazcích, mnoho-jádrových čipech i v nejvýkonnějších systémech. Závěrem je pojednáno o akcelerátorech SIMD a o GPGPU.

Garant předmětu

Jazyk výuky

česky

Zakončení

zápočet+zkouška (písemná)

Rozsah

39 hod. přednášky, 13 hod. projekty

Bodové hodnocení

Zajišťuje ústav

Přednášející

Získané dovednosti, znalosti a kompetence z předmětu

Přehled principů výstavby paralelních systémů a propojovacích sítí, schopnost odhadnout výkonnost paralelních aplikací. Přehled o možnostech paralelizace základních technických úloh, znalost paralelního programování v MPI a v OpenMP.
Použití akcelerátorů SIMD a GPGPU.

Dovednosti, znalosti a kompetence obecné

Znalost možností a omezení paralelního zpracování, schopnost odhadnout výkonnost paralelních aplikací. Jazyková výbava pro komunikaci a synchronizaci procesů/vláken. Kompetence v technických a programových prostředcích pro náročné vědecké výpočty a simulace.

Cíle předmětu

Orientovat se v nabídce paralelních systémů, umět posoudit komunikační a výpočetní možnosti konkrétní architektury a predikovat výkonnost paralelních aplikaci. Seznámit se s nejdůležitějšími prostředky paralelního programování (MPI, OpenMP), naučit se je prakticky používat a řešit problémy paralelně.

Požadované prerekvizitní znalosti a dovednosti

Von Neumannova architektura počítače, paměťová hierarchie, paměti cache a jejich organizace, programování v JSI a v C/C++.

Literatura studijní

  • Dvořák, V.: Architektura a programování paralelních systémů. Skriptum FIT VUT v Brně, 2004, 170 s., ISBN 80-214-2608-X. 
  • Dvořák, V.: Parallel systems architecture and programming. Aktualizovaná opora v anglickém jazyce, FIT VUT v Brně, 2008.

Literatura referenční

  • Hennessy, J.L., Patterson, D.A.: Computer Architecture - A Quantitative Approach. 4. vydání, Morgan Kaufman Publishers, Inc., 2007, 1136 p., ISBN 1-55860-596-7.  
  • Quinn, M.J: Parallel Programming in C with MPI and OpenMP. McGraw Hill, 2004, 529 s., ISBN: 0072822562.
  • Dally, W.J., Towles, B.: Principles and Practices of Interconnection Networks. Morgan Kaufman, 2004, 550 s., ISBN:0-12-200751-4.

Osnova přednášek

1. Úvod do paralelního zpracování
2. Vzory pro paralelní programování
3. Programování se sdílenou pamětí - úvod do OpenMP
4. Synchronizace a povědomí o výkonnosti v OpenMP
5. Sdílená paměť a koherence pamětí cache
6. Komponenty symetrických multiprocesorů
7. Architektury CC-NUMA DSM
8. Rozhraní zasílání zpráv MPI
9. Kolektivní komunikace
10. Propojovací sítě: topologie a směrovací algoritmy
11. Propojovací sítě: přepínání, řízení toku, zpracování zpráv a výkonnost
12. Architektury s distribuovanou pamětí
13. Architektury SIMD a datově-paralelní programování

Osnova numerických cvičení

Numerická cvičení u předmětu nejsou plánována.

Osnova ostatní - projekty, práce

  • Predikce výkonnosti zadané paralelní aplikace na svazku počítačů. 
  • Vývoj aplikace na SMP v OpenMP.
  • Paralelní program v MPI na svazku blades.

Průběžná kontrola studia

Tři malé projekty v rozsahu 5, 4 a 4 hodin ; půlsemestrální písemka.

Podmínky zápočtu

Pro udělení zápočtu a připuštění ke zkoušce je třeba během semestru získat 20 bodů ze 40 možných.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

Nahoru