Міністерство освіти і науки України
ОДЕСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ ХОЛОДУ
Тишин П.М., Бондаренко В.Г.
ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ И
РАСПРЕДЕЛЁННЫЕ
ВЫЧИСЛЕНИЯ
Посібник до виконання курсового проекту
Одеса – 2009
Тишин П.М., Бондаренко В.Г. Комп’ютерні системи: Посібник до курсового проектування. Одеська державна академія холоду, 2008. – 999 с.
Посібник розроблено згідно з робочою навчальною програмою дисципліни «Комп’ютерні системи» для студентів спеціальностей 6.091501 «Комп’ютерні системи та мережі», 6.091503 «Спеціалізовані комп’ютерні системи» за напрямом підготовки 0915 «Комп’ютерна інженерія».
Призначено для виконання курсового проекту студентами по закріпленню основних тем дисципліни.
Рецензент: Плотніков В.М., д.т.н., професор, завідувач кафедри інформаційно-управляючих систем ОДАХ
Завідувач кафедри інформаційно- комунікаційних технологій
д.т.н., професор Г.С. Гайворонська
Голова науково-методичної комісії з напряму підготовки «Комп’ютерна інженерія»
Зміст
Вступ. 4
Мета й завдання курсового проектування. 5
ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ 39
Вступ.
Создание многопроцессорных (параллельных) вычислительных систем (ПВС) является стратегической линией развития компьютерной техники, обусловливаемой существованием в любой текущий момент времени актуальных задач фундаментальной и прикладной науки, для анализа и исследования которых производительности существующих средств вычислительной техники оказывается недостаточно. Тем не менее практическое использование параллельных вычислительных систем не является столь широким, как это могло бы быть потенциально возможным. К основным сдерживающим факторам широкого распространения параллельных вычислений следует отнести большую стоимость и разнообразие архитектурного построения ПВС, существенно более высокую (по сравнению с последовательным программированием) трудоемкость разработки эффективных параллельных алгоритмов и программ.
Преодоление первого сдерживающего фактора по широкому использованию параллельных вычислений (высокая стоимость ПВС) может быть получено на пути построения кластерных вычислительных систем (clusters). Под кластером обычно понимается множество отдельных компьютеров, объединенных в сеть, для которых при помощи специальных аппаратно-программных средств обеспечивается возможность унифицированного управления (single system image), надежного функционирования (availability) и эффективного использования (performance). Кластеры могут быть образованы на базе уже существующих у потребителей отдельных компьютеров либо же сконструированы из типовых компьютерных элементов, что обычно не требует значительных финансовых затрат. Применение кластеров может также в некоторой степени снизить проблемы, связанные с разработкой параллельных алгоритмов и программ, поскольку повышение вычислительной мощности отдельных процессоров позволяет строить кластеры из сравнительно небольшого количества (несколько десятков) отдельных компьютеров (lowly parallel processing). Это приводит к тому, что для параллельного выполнения в алгоритмах решения вычислительных задач достаточно выделять только крупные независимые части расчетов (coarse granularity), что, в свою очередь, снижает сложность построения параллельных методов вычислений и уменьшает потоки передаваемых данных между компьютерами кластера. Вместе с этим следует отметить, что организация взаимодействия вычислительных узлов кластера при помощи передачи сообщений обычно приводит к значительным временным задержкам, что накладывает дополнительные ограничения на тип разрабатываемых параллельных алгоритмов и программ.
Решение проблемы разнообразия архитектур параллельных вычислительных систем и обеспечение возможности создания мобильных (переносимых между различными компьютерными платформами) программ лежит на пути разработки стандартизованного базового системного программного обеспечения для организации параллельных вычислений. Основным стандартом, широко используемым в настоящее время в практических приложениях, является интерфейс передачи сообщений (message passing interface - MPI).
Мета й завдання курсового проектування.
Курсовий проект повинен сприяти закріпленню, поглибленню й узагальненню знань, отриманих студентами в процесі вивчення лекційного курсу по дисципліні «Паралельні та розподілленні обчислення», а також умінь і навичок, отриманих при виконанні практичних і лабораторних робіт, і застосуванню цих знань, умінь і навичок до рішення конкретних інженерних завдань, розвитку навичок роботи зі спеціальною літературою й навичок інженерного проектування. Курсовий проект виконується студентом самостійно протягом усього семестру поступово, при цьому викладач перевіряє хід виконання студентом курсового проекту. Протягом семестру викладач проводить консультації для студентів щодо виконання курсового проекту. Після виконання проекту студент здає курсовій на перевірку, після чого викладач письмово відзначає зауваження. Ці зауваження студент повинен виправити, при цьому список зауважень повинен залишитися в курсовому проекті.
Захист курсового проекту відбувається наприкінці семестру згідно встановленого графіку.
В рамках данной работы студентами должен быть выполнен полный цикл разработки параллельной программы достаточно высокого уровня сложности:
определение постановки задачи (задания на разработку),
поиск литературы и освоение ряда известных алгоритмов решения поставленной задачи,
обоснованный выбор методов для дальнейшего использования,
разработку параллельных способов решения задачи в соответствии с методикой, изложенной в учебных материалах курса,
теоретический анализ эффективности разработанных параллельных методов,
- программная реализация, проверка работоспособности, проведение вычислительных экспериментов,
- анализ полученных результатов, сравнение теоретических и экспериментальных показателей эффективности,
- оформление результатов выполнения работы.
Выбор тем заданий производится с учетом следующих рекомендаций:
- тема работы может быть предложена самим студентом и, тем самым, может быть связана с направлением его учебно-научной, практической или исследовательской деятельности (рекомендуемый вариант выбора темы работы),
- тема работы может состоять в усложнении или укрупнении заданий, предложенных в лабораторних работах (например, реализовать все рассмотренные параллельные алгоритмы матричного умножения),
- тема работы может состоять в изменении постановок рассмотренных в учебном курсе задач (так, например, в матричных вычислениях вместо плотных матриц могут рассматриваться разреженные матрицы или матрицы специального типа).
Правила оформлення пояснювальної записки і графічного матеріалу.
Текстова частина разом з ілюстраціями виконується на одному боці аркушів білого паперу формату А4 (297 х 210 мм) із відступами: лівий – 25 мм, верхній та нижній – 20 мм, правий – 10 мм. Текст пишеться (рукопис) чорнилом чи пастою темного кольору з інтервалом між рядками не менше 10 мм. Загальний обсяг проекту становить 30-35 сторінок. Аркуші підшиваються в папку разом з рисунками, додатками й іншими ілюстраціями. Всі схеми, формули, графіки повинні бути пронумеровані й постачені підписами й посиланнями в тексті.
Матеріали в пояснювальній записці варто розташовувати в наступному порядку:
титульний аркуш;
завдання;
зміст;
вступ;
теоретично-розрахункова частина;
висновки;
перелік посилань;
додатки.
Сторінки курсового проекту з додатками нумеруються арабськими цифрами, додержуючись наскрізної нумерації впродовж усього тексту. Номер сторінки проставляється у правому верхньому куті аркуша. Титульний аркуш включається до загальної нумерації сторінок, але номер на ньому не проставляється. Не ставиться номер сторінки також на таких структурних елементах, як «ЗАВДАННЯ», «ЗМІСТ», «ВСТУП», «ВИСНОВКИ», «ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ»
Розділи повинні мати порядкові номери арабськими цифрами (1, 2 і т.д. без слова «Розділ») та назви (заголовки). Заголовки розділів слід починати з абзацного відступу і писати великими друкованими літерами без крапки після номера та в кінці. Розділи можуть мати підрозділи. Вони нумеруються за розділами (4.1, 4.2 і т.д.). Написання назви підрозділів необхідно починати з абзацного відступу і писати малими літерами крім першої великої, не підкреслюючи, без крапки після номера та в кінці.
Відстань між заголовком розділу чи підрозділу і подальшим чи попереднім текстом має бути не менше, ніж рядок тексту. Не допускається розміщувати назву розділу чи підрозділу в нижній частині сторінки, якщо після неї розміщено менше двох рядків тексту. Абзацний відступ повинен бути однаковим впродовж усього тексту і дорівнювати п’яти знакам.
У пояснювальній записці повинні бути витримані єдині позначення і єдині розмірності для використовуваних параметрів. Допускаються тільки загальноприйняті скорочення слів, термінів, позначень. Закінчена пояснювальна записка підписується студентом і керівником проекту. Виклад повинне бути ясним і чітким, без повторень, кількість ілюстрацій - мінімальним, але достатнім для пояснення викладеного.
Графічна частина роботи є не ілюстративним матеріалом, а технічною документацією на розглянуту студентом комп'ютерну систему. Графічний матеріал, поміщений у пояснювальній записці, а також на аркушах, по форматі, умовним позначкам, шрифтам і масштабам повинен відповідати вимогам єдиної системи конструкторської документації.
Титульний аркуш надає відомості про назву вузу, кафедри, дисципліни, виконавця, керівника та осіб, що перевіряли проект.
У завданні необхідно привести усі початкові дані до виконання проекту згідно варіанту (по таблицям 1,2).
У вступі, який починають з окремої сторінки, слід чітко визначити:
оцінку сучасного розвитку комп’ютерних систем,
предмет чи об’єкт проектування,
задачі, які необхідно вирішувати в процесі проектування та можливі методи їх рішення.
Зміст подається безпосередньо після завдання, починаючи з нової сторінки. До змісту включають усі складові частини проекту, у тому числі всі додатки з їхніми назвами. Номери сторінок показують початок зазначеного матеріалу.
Текст теоретично-розрахункової частини, в якій викладається суть проектування, поділяється на розділи відповідно до завдання.
Висновки розміщують безпосередньо після теоретично-розрахункової частини, починаючи з нової сторінки. У висновках проводиться аналіз (оцінка) отриманих результатів, можливе використання результатів проекту.
Перелік посилань розміщується, починаючи з нової сторінки, і містить у собі тільки ті книги, підручники, навчальні посібники, періодичні видання, сайти Інтернет, тощо, що були використані під час виконання роботи та на які є посилання. Посилання в тексті подаються у квадратних дужках, в яких проставляється номер, за яким джерело значиться в переліку посилань. Написання джерел в переліку посилань виконуються на мові оригіналу за бібліографічними правилами.
У додатках слід розмістити основні графічні матеріали проекту. Додатки слід позначати послідовно великими літерами української абетки, за винятком літер Є, З, І, Ї, Й, О, Ч, Ь, наприклад, «Додаток Б». Кожний додаток розміщується з нової сторінки посередині рядка.
Пояснительная записка должна содержать следующие разделы:
- Постановка решаемой задачи,
- Общее описание параллельного метода,
- Общее описание схемы программной разработки,
- Результаты теоретического анализа эффективности,
- Текст программы,
- Описание выполненных вычислительных экспериментов,
- Список использованной литературы.