Programowanie równoległe

obowiązkowe

Programowanie strukturalne 0900-FG1-1PS

Przedmiotem zajęć jest programowanie równoległe. Zostanie omówione programowanie równoległe na maszyny o pamięci współdzielonej, o pamięci rozproszonej, programowanie akceleratorów obliczeń bazujących na kartach graficznych i tworzenie aplikacji wielowątkowych.

Założenia i cele przedmiotu: Ogólna charakterystyka środowiska i programowania równoległego oraz rozproszonego. Współbieżność procesów w systemach operacyjnych i poprawność programu współbieżnego. Wybrane problemy programowania współbieżnego: wzajemnego wykluczania, producenta i konsumenta, ucztujących filozofów. Podstawowe modele obliczeń równoległych, model z pamięcią wspólną, model sieciowy. Elementarne algorytmy równoległe, ocena algorytmów, prawo Amdahla, prawo Gustafsona i Barsisa. Algorytmy dla modelu z pamięcią wspólną i dla modelu sieciowego. Architektura komputerów równoległych, klasyfikacja Flynna, komputery wieloprocesorowe, klastry, sieci połączeń. Programowanie równoległe z użyciem pamięci wspólnej, model obliczeń OpenMP. Programowanie równoległe z przesyłaniem wiadomości, model obliczeń MPI. Wprowadzenie do programowania równoległego wykorzystującego karty graficzne GPU.

Profil studiów: ogólnoakademicki

Forma studiów: stacjonarne

Rodzaj przedmiotu: obowiązkowy

Dziedzina i dyscyplina nauki: nauki ścisłe i przyrodnicze, nauki fizyczne, informatyka

Rok studiów, semestr: rok 3, semestr 6

Moduł: narzędzia informatyki

Liczba godzin zajęć dydaktycznych: wykład 15h, laboratorium 30h

Punkty ECTS: 3

Bilans nakładu pracy studenta: wykład (15 godzin), laboratorium (30 godzin), przygotowanie do zajęć (14 godzin), udział w konsultacjach przedmiotowych (3 godziny), przygotowanie do egzaminu końcowego i udział w egzaminie (10+3 godziny).

Wskaźniki ilościowe: wykład (0.6 punktów ECTS), konwersatorium (1.2 punktów ECTS), przygotowanie do zajęć (0.56 punktów ECTS), udział w konsultacjach przedmiotowych (0.12 punktów ECTS), przygotowanie do egzaminu końcowego i udział w egzaminie (0.52 punkty ECTS).

Treści wykładu:

Programowanie równoległe na maszyny z pamięcią współdzieloną

Wprowadzenie do OpenMP

Podstawowe klauzule

Funkcje biblioteczne, zmienne środowiskowe, kontrolowanie uruchomienia i liczby wątków

Zaawansowane klauzule

Programowanie równoległe na maszyny z pamięcią rozproszoną

Wprowadzenie i instalacja MPI

Komunikacja punk-punkt

Prosta komunikacja kolektywna

Komunikacja kolektywna z redukcją

Programowanie równoległe akceleratorów obliczeń

Wprowadzenie do programowania CUDA

Wprowadzenie do programowania OpenCL

Treści laboratorium:

Na laboratorium realizowane są praktycznie treści odpowiadające wykładowi.

Źródła internetowe:

OpenMP: https://www.openmp.org/

Open MPI: https://www.open-mpi.org/

CUDA: https://docs.nvidia.com/cuda/

OpenCL: https://www.khronos.org/opencl/

C++11 threads: https://en.cppreference.com/w/cpp/thread

K_W24 - ma podstawową wiedzę z zakresu algorytmiki i struktur danych

Ma podstawową wiedzę zna pojęcia z zakresu programowania równoległego

K_U23 - umie napisać złożony program komputerowy w wybranym języku programowania, skompilować go i uruchomić

Umie napisać program komputerowy ralizujący obliczenia równolegle na wybrane architektury sprzętowe

K_U25 - umie wyszukiwać i wykorzystywać specjalistyczne oprogramowanie komputerowe w zasobach Internetu z poszanowaniem własności intelektualnej oraz zasad użytkowania

K_K05 - potrafi samodzielnie wyszukiwać informacje w literaturze i zasobach Internetu, także w językach obcych

Zaliczenie laboratorium odbywa się na podstawie oceny, która uwzględnia:

1. znajomości pojęć i mechanizmów programowania równoległego;

2. umiejętność zastosowania mechanizmów programowania równoległego do konkretnych problemów;

4. umiejętność korzystania z zasobów Internetu;

5. kreatywność w podejściu do rozwiązywanych problemów;

6. prace domowe.

Podstawą zaliczenia laboratorium jest obecność na zajęciach. Dopuszcza się opuszczenie trzech zajęć.

Zaliczenie wykładu odbywa się na podstawie egzaminu końcowego.