Приложение - Математико-механический факультет СПбГУ

Правительство Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный университет
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Коммуникационные среды для параллельных систем
Communication Environments of Parallel Systems
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 содержании, задачах и методах современной
теории коммуникационных сред для параллельных систем как самостоятельной научной и
инженерной дисциплины, о диапазоне и разнообразии ее типичных приложений.
Обеспечить формирование принципов системного, аналитического и алгоритмического принципов мышления и соответствующих навыков для работы в области коммуникационных сред для
параллельных систем, необходимых для решения различных научных и практических задач,
включая этапы постановки и решения задачи или проекта, отбора необходимых технических
средств, обеспечения информационной безопасности программного обеспечения, а также формирование соответствующих компетенций, в том числе навыков работы в коллективе.
Поставленные цели достигаются путём решения следующих задач курса: изучение общих структур и подходов в предметных областей основных разделов коммуникационных сред для парал-
лельных систем, ознакомление с методологиями и структурами данных соответствующих разделов параллельных алгоритмов обработки изображений на примерах математических моделей и их
приложений; развитие навыков самостоятельного решения практических задач.
1.2.
Требования к подготовленности обучающегося к освоению содержания
учебных занятий (пререквизиты).
Знание основ информатики, программирования и математики в пределах бакалаврской подготовки.
Дисциплина “Коммуникационные среды для параллельных систем” является базовым основным курсом в подготовке профессионального математика-программиста и служит основой для
изучения других специальных математических дисциплин отделения прикладной математики и
информатики.
1.3.
Перечень активных и интерактивных форм учебных занятий
В процессе изучения дисциплины “Коммуникационные среды для параллельных систем”
обучаемые приобретают следующие
знания

сущности и значения информации в развитии общества, основных методов,
способов и средств получения, хранения, переработки информации;

современных тенденций развития программного обеспечения широкого
диапазона типов вычислительных систем, в том числе суперкомпьютерных
комплексов;

современных
методов
анализа
и
синтеза
сложных
проектов
и
проектирования программных средств для решения современных задач в
различных прикладных областях;

современных парадигм распараллеливания вычислительных алгоритмов, языков
программирования и базовых алгоритмов для реализации сложных
проектов;

принципов организации программных комплексов: СУБД, операционных
систем, информационных систем; принципов взаимодействия их внутренних
механизмов.
умения

работать с компьютером как средством управления информацией, в том
числе в глобальных компьютерных сетях;

соблюдать основные требования информационной безопасности, в том
числе защиты государственной тайны;

реализовывать решения, направленные на поддержку социально значимых
проектов, на повышение электронной грамотности населения, обеспечения
общедоступности информационных услуг;

использовать
в
научной
и
познавательной
деятельности,
а также в социальной сфере профессиональные навыки работы с
информационными и компьютерными технологиями;

использовать нормативные правовые документы в своей деятельности,
действовать в условиях гражданского общества;

критически переосмысливать свой опыт, адаптироваться к различным
ситуациям, проявлять творческий подход, инициативу и настойчивость в
достижении целей профессиональной деятельности;

делать анализ и грамотную оценку эффективности разрабатываемых
алгоритмов.
навыки

работы с информацией из различных источников, включая сетевые ресурсы
сети Интернет, для решения профессиональных задач;

осуществления целенаправленного поиска информации о технологических
достижениях в сети Интернет и из других источников;

применения в
профессиональной
программирования
и
языков
баз
деятельности
данных,
современных
операционных
языков
систем,
электронных библиотек и пакетов программ, сетевых технологий;

взаимодействия с коллегами, работы в коллективе.
Знать содержание дисциплины «Коммуникационные среды для параллельных систем», в частности, иметь базовые представления о коммуникационных средах, об основных требованиях и средствах их реализации, о коммуникационных средах на основе интерфейса SCI, о коммуникационной среде Myrinet, о среде QsNet; будут рассмотрены
также среды Memory Channel, Infinity Band, Raceway, шина PCI и коннектор шин PCI,
кроме того, будут рассмотрены коммуникационные среды на транспьютероподобных
микропроцессорах.
Уметь формализовывать поставленные задачи и реализовывать сложные программные комплексы как с точки зрения грамотной профессиональной разработки различного
рода проектов, так и с точки зрения управления психологическим климатом в процессе
работы в коллективе разработчиков для достижения эффективного результата.
Перечень и объём активных и интерактивных форм учебных заня-
1.4
тий:
В качестве основных интерактивных форм (общее количество 28 часов) предполагается чтение лекций.
Также предполагается, что самостоятельную работу (всего 15 часов) в предлагаемом
курсе студенты выполняют с обязательным использованием компьютера.
Построение курса подразумевает постоянное акцентирование внимания студентов на
профессиональном, этическом и социальном контексте формирования и использования
изучаемых средств и методов параллельных алгоритмов.
Раздел 2. Организация, структура и содержание учебных занятий
2.1.1. Основной курс.
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
10
3
ОСНОВНАЯ ТРАЕКТОРИЯ
очная форма обучения
Семестр 8
28
15
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
экзамен
Семестр 8
2.2. Структура и содержание учебных занятий
Базовый курс
Основная траектория
Очная форма обучения
Период обучения: Семестр 8
№
п.п.
1
2
Наименование темы (раздела, части)
Тема 1. Понятие коммуникационных сред. Основные требования и средства реализации
Тема 2. Коммуникационные среды на основе интерфейса SCI
3
Тема 3. Коммуникационная среда Myrinet
4
Тема 4. Среды QsNet и Memory Channel, Infinity
Band. Среда Raceway
5
Тема 5. Шина PCI. Коннектор шин PCI
6
Тема 6. Коммуникационные среды на транспьютероподобных микропроцессорах
Вид учебных занятий
лекции
по методическим материалам
лекции
по методическим материалам
лекции
по методическим материалам
лекции
по методическим материалам
лекции
по методическим материалам
лекции
по методическим материалам
Кол-во
часов
4
2
5
2
5
2
4
3
5
4
5
2
Тема 1. Понятие коммуникационных сред. Основные требования и средства реализации
Значение коммуникационных сред Средства синхронизации, блокировки и поддержания когерентности. Процессы, их синхронизация. Барьеры. Семафоры и мониторы.
Реализация коммуникационных сред.
Тема 2. Коммуникационные среды на основе интерфейса SCI
Механизм работы SCI. Структура коммуникационной среды на базе SCI. Логическая структура SCI. Транзакции SCI. Архитектура SCI. Форматы пакетов. Когерентность кэшей в SCI. Функциональна организация. Прием пакетов. Передача пакетов.
Управление потоком. Реализация SCI фирмой Dolphin. Реализация SCI фирмой Cray
Research.
Тема 3. Коммуникационная среда Myrinet
Основные характеристики среды. Адаптеры в MYRINET. Коммутаторы в
MYRINET. Маршрутизация пакетов. Логическая организация. Приливно-отливной буфер. Блокировки. О физической реализации.
Тема 4. Среды QsNet и Memory Channel, Infinity Band. Среда Raceway
Введение. Адаптеры и коммутаторы среды. Функциональные свойства. Форматы
данных и маршрутизация.
Тема 5. Шина PCI. Коннектор шин PCI
О шине PCI фирмы INTEL. Основные черты шины PCI. Особенности шины PCI.
Стандартная архитектура персонального компьютера с шиной PCI. Типы сигналов на
шине. Адресация. Конфигурирование. Дополнение: о некоторых стандартах.
Коннектор шин PCI (SRC3266DE). Возможности коннектора. Структура и работа.
Интерфейсы транспортных колец. Кэш незавершенных транзакций. Счетчик числа повторений. Тайм-аут-счетчик. Регистр выбора линка. Архитектура SRC.
Тема 6. Коммуникационные среды на транспьютероподобных микропроцессорах
Особенности транспьютеров. Транспьютеры первого поколения. OS-линки. Транспьютеры второго поколения. DS-линки. Стробирование. Применение транспьютерных систем.
Лабораторный практикум
Учебным планом не предусмотрен.
Раздел 3. Обеспечение учебной дисциплины
3.1.
Методическое обеспечение
Методические указания по освоению дисциплины
3.1.1.
Успешное освоение дисциплины возможно благодаря посещению лекций, участию в обсуждении вопросов, подготовленных к занятию, самостоятельной работе, включающей в
себя чтение специальной литературы по разделам темы, подготовка презентаций по тематике курса.
Методическое обеспечение самостоятельной работы:
3.1.2.
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 презентаций и сообщений по тематике курса и источникам, указанным в обязательной, дополнительной литературе и интернет-источниках, указанных с данной программе.
Методика проведения текущего контроля успеваемости и промежу-
3.1.3.
точной аттестации и критерии оценивания:
Общая аттестация складывается из следующих компонентов:

Итоги текущего контроля (сообщения и презентации по темам).

Результаты экзамена.
3.1.4. Методические материалы для проведения текущего контроля успеваемости и
промежуточной аттестации (контрольно-измерительные материалы):
Примерный краткий перечень вопросов к экзамену.
1. Значение коммуникационных сред. Средства синхронизации, блокировки и поддержания когерентности.
2. Процессы, их синхронизация. Барьеры. Семафоры и мониторы.
3. Реализация коммуникационных сред.
4. Механизм работы SCI. Структура коммуникационной среды на базе SCI.
5. Логическая структура SCI. Транзакции SCI. Архитектура SCI.
6. Форматы пакетов. Когерентность кэшей в SCI. Функциональна организация.
7. Прием пакетов в SCI. Передача пакетов. Управление потоком.
8. Реализация SCI фирмой Dolphin. Реализация SCI фирмой Cray Research.
9. Основные характеристики среды MYRINET. Адаптеры в MYRINET.
10. Коммутаторы в MYRINET. Маршрутизация пакетов.
11. Логическая организация MYRINET. Приливно-отливной буфер.
12. Блокировки MYRINET. О физической реализации.
13. Адаптеры и коммутаторы среды RaceWay. Функциональные свойства.
14. Форматы данных и маршрутизация.
15. О шине PCI фирмы INTEL. Основные черты шины PCI.
16. Особенности шины PCI.
17. Стандартная архитектура персонального компьютера с шиной PCI.
18. Типы сигналов на шине PCI. Адресация. Конфигурирование.
19. Коннектор шин PCI (SRC3266DE). Возможности коннектора. Структура и работа
коннектора SRC.
20. Интерфейсы транспортных колец SRC. Кэш незавершенных транзакций. Счетчик
числа повторений. Тайм-аут-счетчик.
21. Регистр выбора линка и архитектура SRC.
22. Особенности транспьютеров. Транспьютеры первого поколения.
23. OS-линки. Транспьютеры второго поколения.
24. DS-линки. Стробирование.
25. Применение транспьютерных систем.
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.
Обеспечение учебно-вспомогательным и (или) иным персоналом не
3.2.2.
требуется.
3.3.
Материально-техническое обеспечение
3.3.1.
Характеристика аудиторий (помещений, мест) для проведения за-
нятий:
Стандартно оборудованные лекционные аудитории для проведения интерактивных лекций: видеопроектор, экран, др. оборудование.
3.3.2.
Характеристика аудиторного оборудования, в том числе неспециали-
зированного 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:
Pentium IV-800/ОЗУ-256 Мб / Video-32 Мб / Sound card – 16bit /Headphones /
HDD 80 Гб / СD-ROM – 48x / 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.
3.3.5.
Перечень и объёмы требуемых расходных материалов:
Фломастеры цветные, губки, бумага формата А3 (для блокнота-доски), 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:

В. Г. Олифер, Н. А. Олифер. Сетевые операционные системы. Изд-во: Питер, 2009. 672 с.

И.Г. Бурова, Ю.К. Демьянович, Т.О. Евдокимова, О.Н. Иванцова, И.Д. Мирошниченко
Параллельные алгоритмы. Разработка и реализация. Учебное пособие. М., Национальный
открытый университет Интуит-Бином. Лаборатория знаний. 2012, 343с.
3.4.2.
Список дополнительной литературы

В.В.Корнеев. Вычислительные системы. М.2004. 512 с.

В.В.Воеводин, Вл.В.Воеводин. Параллельные вычисления. СПб. 2002. 608 с.

Г.Р.Эндрюс. Основы многопоточного, параллельного и распределенного программирования. М. 2003. 512 с.
3.4.3.
Перечень иных информационных источников

http://parallel.ru Designing and building parallel programs

В. В. Корнеев, А. Ф. Гареев, С. В. Васютин, В. В. Райх. Базы данных. Интеллектуальная обработка информации. М.: Нолидж, 2003. – 400 с.

Т. Кормен, Ч. Лейзерсон, Р. Ривест, К. Штайню. Алгоритмы. Построение и анализ.
Изд. 2-е. Introduction To Algorithms.Изд-во: Вильямс, 2007. 1296 с.

Э. Дейкстра. «Дисциплина программирования», М., Мир, 1978. 275 с.
Разработчик рабочей программы: д.ф.м.н. профессор мат-мех факультета СПбГУ Демьянович Юрий Казимирович, Yuri.Demjanovich@gmail.com, тел. 428-41-97.