Засоби для проведенняя паралельних обчислень

Лекція №1

Паралельні та розподілені обчислення

Мета курсу - вивчення: основних методів, алгоритмів, принципів побудови структур реалізації паралельних та розподілених обчислень, набуття початкових практичних навиків проектування таких засобів.

Результат вивчення – знання основних методів, алгоритмів і засобів паралельної та розподіленої обробки інформації, засобів програмування паралельних та розподілених обчислень та їх реалізації, складу апаратного та програмного забезпечення обчислювальних систем з засобами паралельної та розподіленої обробки і класів мов програмування високого рівня для них.

Основні питання:

Паралельні обчислення:

- вступ до курсу паралельних обчислень;

- методи оцінки продуктивності паралельних алгоритмів;

- мережі Петрі;

- розробка паралельного алгоритму;

- структури зв’язку між процесорами;

- основні класи паралельних комп’ютерів;

- схеми паралельних алгоритмів задач;

- мови паралельного програмування.

Розподілені обчислення:

- вступ до організації розподілених обчислень і розподілених систем;

- організація протоколів обміну в розподілених ситсемах;

- алгоритми маршрутизації;

- розподілені обчислення в локальних мережах

Оцінка знань:

Література

1. Воеводин В.В., Воеводин Вл.В. Параллельные вычисления. – СПб: БХВ-Петербург, 2002.

2. Ортега Дж. Введение в параллельные і векторные методы решения линейных систем. М.:Мир, 1991.

3. Программирование на параллельных обчислювальних системах: Пер с англ./Под ред. Р.Бэбба.М.:Мир, 1991.

4. Тройнль Т. Паралельне програмування: Початковий курс: Навчальний посібник. – К.:Вища школа.,1997.

5. Воеводин В.В. Математические основы параллельных вычислений.- М.: Изд-во МГУ, 1991.

6. Векторизация программ: теория, методы, реализация: Пер. с англ. і нем. /Под ред. Г.Д.Чинина. - М:. Мир, 1991.

7. Корнеев В.В. Параллельные вычислительные системы. М.: Нолидж, 1999

8. Вальковский В.А. Распараллеливание алгоритмов і програм. Структурный подход-М.:Радио і связь, 1989.

9. С. Немнюгин, О.Стесик Параллельное программирование для многопроцессорных обчислювальних систем. – СПб: БХВ-Петербург, 2002.

10. Pacheco P.Parallel Programming With MPI (Доступні: зміст і приклади), див. www.parallel.ru).

11. Gropp W., Lusk E., Skjellum A. Using MPI (Книга доступна, див. www.parallel.ru).

12. Питерсон Дж. Теория сетей Петри і моделирования систем: Пер. с англ. -М.: Мир, 1984. -264 с., ил.

Лекція №1

Питання

1. Паралелізм та розподілені обчислення
2. Області застосування і задачі паралельної обробки
3. Засоби для проведення паралельних обчислень
4. Рівні розпаралелення
5. Паралельні операції
6. Конвеєризація і паралелізм
7. Класифікація структур паралельної обробки

Основний сайт:www.parallel.ru

1. Паралелізм та розподіленість

Паралелізм – сукупність математичних, алгоритмічих, програмних і апаратних засобів, що забезпечують можливість пералельного виконання задачі.

Розподілені обчислення – сукупність протоколів обміну та незалежних апаратних засобів (комп’ютерів, серверів), що представляються користувачу єдиним обчислювачем, придатним для вирішення складної задачі

1. Області застосування і задачі паралельної обробки

Є коло обчислювальних задач, що вимагає більших обчислювальних ресурсів, ніж надає ПЕОМ. Для задач необхідно:

• більша швидкодія;

· більший об’єм оперативної пам’яті;

· велике кількість інформації, що передається;

· обработка і зберігання великого об’єму інформації.

При наявності хоча б однієї з наведених вимог використання паралельної обробки оправдано.

Серед задач, що вирішуються на кафедрі ЕОМ під паралельну обробку найбільше підходять: розпізнавання і синтез мови, розпізнавання зображень (дисципліна: Проектування комп’ютерних засобів обробки сигнгалів та зображень, 5 курс).

Приклади:

1. Складні, багатовимірні задачі задачі, які необхідно розв’язати на протязі досить обмеженого часу, вимагають забезпечення великої швидкодії, наприклад - задачі прогнозу погоди. Область розв’язку (атмосфера) розбивається на окремі просторові зони, причому для розв’язку часових змін обчислень в кожній зоні повторюється багато разів. Якщо об’єм зони рівний 1 км³, то для моделювання 10 км шару атмосфери необхідно 5х10⁸ таких зон. Припустимо, що обчислення в кожній зоні вимагає 200 операцій з плаваючою крапкою, тоді за один часовий крок необхідно виконати 10¹¹ операцій з плаваючою крапкою. Для того, щоб провести розрахунок прогнозу погоди з передбачуванністю 10 днів з 10-ти хвилинним кроком в часу, ЕОМ продуктивністю 100 Mflops (10⁸ операцій з плаваючою крапкою за секунду) необхідно 10⁷ секунд чи понад 100 днів. Для того, щоб провести розрахунок за 10 хв, необхідна ЕОМ продуктивністю 1.7 Tflops (1.7X10¹² операцій з плаваючою крапкою за секунду)
2. До категорії задач, що вимагають великого об’єму оперативної пам’яті, відносяться, наприклад, задачі гідро- і газодинаміки по розрахунку течій складної просторово-часової структури з врахуванням різних фізичних і хімічних процесів. Такі задачі є, як правило, багатвимірними, і розрахунок по кожному з напрямків хоча б для декількох точок вимагає оперативної пам’яті понад 10 Гбайт. В квантовій хімії неемпіричні розрахунки електронної структури молекул вимагають обчислювальних затрат, пропорційних N⁴ чи N⁵, де N умовно характеризує число молекул. Тому молекулярні системи вимужено досліджуються спрощено, з-за невистачання обчислювальних ресурсів.
3. Вимога забезпечення великої кількості інформації, що передаєтьсяхарактерна для задач гідро- і газодинаміки з змінюючими граничними умовами, коли обчислювальний алгоритм постійно вимагає підведення нової інформації; і задач економічної оптимізації, що описують поведінку системи, яка занурена в середовище з неперервно змінюючими властивостями, від яких залежить стан системи.

4. Проблема обробки і зберігання великого об’єму інформації характерна для задач астрономії, спектроскопії, біології, ядерної фізики.

Засоби для проведенняя паралельних обчислень

- апаратні

o засоби для проведення обчислень (обчислювальна техніка)

§ обчислювальна техніка, зібрана з стандартних комплектуючих

§ обчислювальна техніка, зібрана з спеціальних комплектуючих

o засоби візуалізації

o засоби для зберігання і обробки даних

· програмні

o програмні засоби загального призначення (операційнісистеми: стандартні бібліотеки, мови програмування, компілятори, профайлери, відлагоджувачі і т.п.)

o спеціальні програмні засоби: бібліотеки (PVM, MPI); засоби об’єднання ресурсів (Dynamite, Globus і ін.)

Поиск по сайту: