Wydział Informatyki - Informatyka (N1)
specjalność: systemy komputerowe i oprogramowanie
Sylabus przedmiotu Programowanie komputerów wielordzeniowych:
Informacje podstawowe
| Kierunek studiów | Informatyka | ||
|---|---|---|---|
| Forma studiów | studia niestacjonarne | Poziom | pierwszego stopnia |
| Tytuł zawodowy absolwenta | inżynier | ||
| Obszary studiów | nauki techniczne, studia inżynierskie | ||
| Profil | ogólnoakademicki | ||
| Moduł | — | ||
| Przedmiot | Programowanie komputerów wielordzeniowych | ||
| Specjalność | systemy komputerowe i oprogramowanie | ||
| Jednostka prowadząca | Katedra Inżynierii Oprogramowania | ||
| Nauczyciel odpowiedzialny | Marek Pałkowski <Marek.Palkowski@zut.edu.pl> | ||
| Inni nauczyciele | Marek Pałkowski <Marek.Palkowski@zut.edu.pl>, Krzysztof Siedlecki <Krzysztof.Siedlecki@zut.edu.pl> | ||
| ECTS (planowane) | 2,0 | ECTS (formy) | 2,0 |
| Forma zaliczenia | zaliczenie | Język | polski |
| Blok obieralny | 8 | Grupa obieralna | 1 |
Formy dydaktyczne
Wymagania wstępne
| KOD | Wymaganie wstępne |
|---|---|
| W-1 | Zaliczone przedmioty: Programowanie w językach C, C++, Architektura komputerów, Systemy operacyjne |
Cele przedmiotu
| KOD | Cel modułu/przedmiotu |
|---|---|
| C-1 | Uksztatowanie wiedzy i umiejtnoci niezbędnych do opracowania aplikacji równolegych dla komputerów wielerdzeniowych |
| C-2 | Ukształtowanie świadomego rozumowania dokształcania się i odpowiedzialności za wspólne realizowanie projektów w zakresie programowania współbieżnego |
Treści programowe z podziałem na formy zajęć
| KOD | Treść programowa | Godziny |
|---|---|---|
| laboratoria | ||
| T-L-1 | Kompilacaja programu w standardzie OpenMP C/C++. Napisanie, kompilacja i sprawdzenie aplikacji z wykorzystaniem pragmy "parallel". | 2 |
| T-L-2 | Napisanie, kompilacja i sprawdzenie aplikacji z wykorzystaniem podstawowych pragm OpenMP do przydziału zadań dla wątków, synchronizacji wątków, funckji bibliotecznech, zmiennych środowiskowych. | 2 |
| T-L-3 | Zrównoleglanie pętli programowych w OpenMP przy pomocy pragmy "for". Przydział i podział przestrzeni iteracji pętli do wątków w regionie równoległym - schedule: static, dynami, guided. | 3 |
| T-L-4 | Napisanie aplikacji w OpenMP opartych na zrównolegleniu pętli idealnie zagnieżdzonych na podstawie wyznaczonych zależności. | 1 |
| T-L-5 | Napisanie aplikacji w OpenMP do mnożenie macierzy z wykorzystaniem pragm OpenMP, sprawdzenie przyspieszenia i efektywnosci napisanej aplikacji. | 1 |
| T-L-6 | Napisanie aplikacji rwnoległej w OpenMP do wybranego algorytmu z dziedziny metod numerycznych. | 1 |
| 10 | ||
| wykłady | ||
| T-W-1 | architektura komputerów wielordzeniowych oraz jej związek z wydajnością aplikacji równoległych podstawowe mierniki jakości aplikacji równoległych (lokalność, granulacja, determinizm, przyspieszenie i efektywność), prawa Amdahl’a i Gustaffson’a | 1 |
| T-W-2 | podstawowe transformacje pętli: FAN, PAR, PIPE | 1 |
| T-W-3 | pojęcie wątku, podstawowe konstrukcje aplikacji równoległych w OpenMP: region równoległy, powołaniei zakończenia wątków, model obliczeń | 1 |
| T-W-4 | Zrównoleglenie pętli w OpenMP, szeregowanie iteracji pętli do wątków | 1 |
| T-W-5 | konstrukcje podziału pracy między wątki w OpenMP | 1 |
| T-W-6 | Mechanizmy synchronizacji w OpenMP | 1 |
| T-W-7 | Mechanizm zadań w OpenMP(tasking) | 1 |
| T-W-8 | Biblioteki i narzędzia do tworzenia aplikacji równoległych komputerów wielordzeniowych: FORTRAN, OpenMP Java, POSIX, biblioteki Microsoft, biblioteki Java, Intel TBB | 1 |
| T-W-9 | Modele wydajnościowe do aplikacji rónoległych podstawowe czynniki mające wpływ na wydajność aplikacji, sposoby pozwalające na tworzenie wydajnych aplikacji | 1 |
| T-W-10 | Pojęcie zaleznośći, rodzaje zależności w programach Metodologia PCAM tworzenia algorytmów równoległych | 1 |
| 10 | ||
Obciążenie pracą studenta - formy aktywności
| KOD | Forma aktywności | Godziny |
|---|---|---|
| laboratoria | ||
| A-L-1 | udział w laboratoriach | 10 |
| A-L-2 | przygotowanie do laboratoriów | 17 |
| 27 | ||
| wykłady | ||
| A-W-1 | Udział w wykładach i konsultacje | 12 |
| A-W-2 | Przygotowanie do egzaminu | 23 |
| 35 | ||
Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne
| KOD | Metoda nauczania / narzędzie dydaktyczne |
|---|---|
| M-1 | Wykad informacyjny/konwersatoryjny |
| M-2 | Ćwiczenia laboratoryjne |
Sposoby oceny
| KOD | Sposób oceny |
|---|---|
| S-1 | Ocena formująca: Ocena stopnia wykonania zadań praktycznych pod koniec każdych laboratoriów |
| S-2 | Ocena formująca: Zaliczenie końcowe poprzez sprawdzenie efektów kształcenia: przedstawienie pytań i ocena odpowiedzi |
Zamierzone efekty kształcenia - wiedza
| Zamierzone efekty kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów | Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera | Cel przedmiotu | Treści programowe | Metody nauczania | Sposób oceny |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| I_1A_O1/09_W01 ma wiedzę w zakresie tworzenia algorytmów równoległych | I_1A_W05 | — | — | C-1 | T-L-5, T-L-4, T-L-1, T-L-3, T-L-2, T-L-6, T-W-3, T-W-2, T-W-8, T-W-5, T-W-9, T-W-6, T-W-1, T-W-4, T-W-10, T-W-7 | M-1 | S-2 |
| I_1A_O1/09_W02 zna API i biblioteki do tworzenia aplikacji równoległych dla komputerów wielordzeniowych | I_1A_W06 | — | — | C-1 | — | M-1 | S-2 |
| I_1A_O1/09_W03 zna podstawowe metody gromadzenia i przetwarzania danych i informacji w oparciu o komputery równoległe | I_1A_W17 | — | — | C-1 | T-L-1 | M-1 | S-2 |
Zamierzone efekty kształcenia - umiejętności
| Zamierzone efekty kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów | Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera | Cel przedmiotu | Treści programowe | Metody nauczania | Sposób oceny |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| I_1A_O1/09_U01 potrafi w zakresie podstawowym projektować, implementować i testować oprogramowanie równoległe | I_1A_U01 | — | — | C-1 | — | M-2 | S-1 |
| I_1A_O1/09_U02 Potrafi aktywnie uczestniczyć w pracach projektowych zespołowych i indywidualnych dotyczących wytwarzania oprogramowania równoległego | I_1A_U02 | — | — | C-1 | T-L-5, T-L-4, T-L-1, T-L-3, T-L-2, T-L-6, T-W-3, T-W-2, T-W-8, T-W-5, T-W-9, T-W-6, T-W-1, T-W-4, T-W-10, T-W-7 | M-2 | S-1 |
| I_1A_O1/09_U03 potrafi posługiwać się dokumentacją techniczną do API OpenMP | I_1A_U05 | — | — | C-1 | T-L-5, T-L-4, T-L-1, T-L-3, T-L-2, T-L-6, T-W-3, T-W-2, T-W-8, T-W-5, T-W-9, T-W-6, T-W-1, T-W-4, T-W-10, T-W-7 | M-2 | S-1 |
| I_1A_O1/09_U04 ma umiejętność opracowania lub wyboru algorytmu i struktur danych do rozwiązania określonego zadania inżynierskiego za pomocą przetwarzania rónoległego | I_1A_U19 | — | — | C-1 | T-L-5, T-L-4, T-L-1, T-L-3, T-L-2, T-L-6, T-W-3, T-W-2, T-W-8, T-W-5, T-W-9, T-W-6, T-W-1, T-W-4, T-W-10, T-W-7 | M-2 | S-1 |
Zamierzone efekty kształcenia - inne kompetencje społeczne i personalne
| Zamierzone efekty kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów | Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera | Cel przedmiotu | Treści programowe | Metody nauczania | Sposób oceny |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| I_1A_O1/09_K01 świadomie rozumie potrzeby dokształcania i dzielenia się wiedzą w zakresie programowania współbieżnego | I_1A_K01 | — | — | C-2 | T-L-5, T-L-4, T-L-1, T-L-3, T-L-2, T-L-6, T-W-3, T-W-2, T-W-8, T-W-5, T-W-9, T-W-6, T-W-1, T-W-4, T-W-10, T-W-7 | M-2 | S-1 |
| I_1A_O1/09_K02 ma świadomość odpowiedzialności za wspólnie realizowane zadania dotyczące tworzenia oprogramowania współbieżnego | I_1A_K03 | — | — | C-2 | — | M-2 | S-1 |
Kryterium oceny - wiedza
| Efekt kształcenia | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| I_1A_O1/09_W01 ma wiedzę w zakresie tworzenia algorytmów równoległych | 2,0 | nie potrrafi zdefiniować programu współbieżnego, współbieżności oraz rozróżnić równoległość od współbieżności |
| 3,0 | rozumie pojęcie współbieżności, potrafi wyjaśnić definicję programu równoległego i odróżnić go od współbieżnego | |
| 3,5 | ma więdze na 3.0 oraz umie zdefiniować trudności w tworzeniu oprogramowania współbieżnego i równoległego oraz algorytmów, potrafi przedstawić podstawowe mechanizmy synchronizacji | |
| 4,0 | ma wiedzę na 3.5 oraz umiejętnie określa trudności w tworzeniu programów współbieżnych z odpowiednim doborem metod synchronizacji | |
| 4,5 | ma wiedzę na 4.0 oraz potrafi zdefiniować zagrożenia w tworzeniu oprogramowania współbieżnego | |
| 5,0 | ma wiedzę na 4.5 i potrafi wyjaśnić trudności w testowaniu oprogramowania współbieżnego | |
| I_1A_O1/09_W02 zna API i biblioteki do tworzenia aplikacji równoległych dla komputerów wielordzeniowych | 2,0 | nie potrafi opisać pragmy parallel i for |
| 3,0 | potrafi w podstawowym zakresie określić pragmę parallel i for | |
| 3,5 | potrafi w podstawowym zakresie określić pragmę parallel, for i sections | |
| 4,0 | potrafi w podstawowym zakresie określić pragmę parallel, for i sections oraz zna pragmy barrier i atomic | |
| 4,5 | ma wiedzę na 4.0 i zna definicje funkcji openmp | |
| 5,0 | ma wiedzę na 4.5 i zna mechanizmy lock w openmp | |
| I_1A_O1/09_W03 zna podstawowe metody gromadzenia i przetwarzania danych i informacji w oparciu o komputery równoległe | 2,0 | nie umie wyjaśnić taksonomi Flynna |
| 3,0 | potrafi wyjaśnić taksonomię Flynna | |
| 3,5 | potrafi wyjaśnić taksonomię Flynna i podać przykładowe architektury | |
| 4,0 | ma wiedzę 3.5 i opisać rozwój architektur równoległych | |
| 4,5 | ma wiedzę 4.0 i potrafi opisać architektury ze względu na dostęp do pamięci | |
| 5,0 | ma wiedzę na 4.5 i umie opisać model PCAM |
Kryterium oceny - umiejętności
| Efekt kształcenia | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| I_1A_O1/09_U01 potrafi w zakresie podstawowym projektować, implementować i testować oprogramowanie równoległe | 2,0 | nie umie skompilować programu z openmp |
| 3,0 | potrafi skompilować program z openmp z wybranymi pragmami | |
| 3,5 | potrafi skompilować program z openmp i skonfigurować pragmy parallel i for | |
| 4,0 | potrafi skompilować program z openmp i skonfigurować większość pragm | |
| 4,5 | potrafi na 4.0 i określić przyspieszenie programu | |
| 5,0 | potrafi na 4.0 i określić przyspieszenie programu oraz skalowalność i efektywność | |
| I_1A_O1/09_U02 Potrafi aktywnie uczestniczyć w pracach projektowych zespołowych i indywidualnych dotyczących wytwarzania oprogramowania równoległego | 2,0 | brak przejawu chęci w pracach zespołowych i angażowanie się w projekt, brak sprawozdania |
| 3,0 | potrafi zaangażować się w projekt | |
| 3,5 | potrafi zaangażować się w projekt i napisać program | |
| 4,0 | potrafi zaangażować się w projekt, napisać program i wykonać badania | |
| 4,5 | potrafi zaangażować się w projekt, napisać program i wykonać badania oraz sporządzić tabele i wykresy dla przyspieszenia oraz efektywności | |
| 5,0 | potrafi zaangażować się w projekt, napisać program i wykonać badania oraz sporządzić tabele i wykresy dla przyspieszenia oraz efektywności z opisem wniosków | |
| I_1A_O1/09_U03 potrafi posługiwać się dokumentacją techniczną do API OpenMP | 2,0 | nie potrafi opisać podstawowych pragm i znaleźć tych informacji w dokumentacji |
| 3,0 | potrafi opisać podstawowych pragm i znaleźć tych informacji w dokumentacji | |
| 3,5 | potrafi znaleźć wszystkie dyrektywy dla wybranych pragm z dokumentacji | |
| 4,0 | potrafi znaleźć wszystkie dyrektywy dla wszystkich pragm z dokumentacji | |
| 4,5 | potrafi znaleźć wszystkie dyrektywy dla wszystkich pragm z dokumentacji i włączyć te informacji do swojego programu | |
| 5,0 | potrafi znaleźć wszystkie dyrektywy dla wszystkich pragm z dokumentacji, wybrać potrzebne i włączyć te informacji do swojego programu | |
| I_1A_O1/09_U04 ma umiejętność opracowania lub wyboru algorytmu i struktur danych do rozwiązania określonego zadania inżynierskiego za pomocą przetwarzania rónoległego | 2,0 | nie zna podstawowych informacji z modelu PCAM |
| 3,0 | zna podstawowe etapy modelu PCAM | |
| 3,5 | potrafi szczegółowo opisać etapy modelu PCAM | |
| 4,0 | potrafi szczegółowo opisać etapy modelu PCAM i opisać ich trudność do programowania sekwencyjnego | |
| 4,5 | potrafi szczegółowo opisać etapy modelu PCAM i opisać ich trudność do programowania sekwencyjnego oraz nawiązać do modelu w swoich programach | |
| 5,0 | potrafi szczegółowo opisać etapy modelu PCAM i opisać ich trudność do programowania sekwencyjnego oraz nawiązać do modelu w swoich programach, a także potrafi wyjaśnić wagę etapów PCAM w kontekście uzyskiwanych wyników |
Kryterium oceny - inne kompetencje społeczne i personalne
| Efekt kształcenia | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| I_1A_O1/09_K01 świadomie rozumie potrzeby dokształcania i dzielenia się wiedzą w zakresie programowania współbieżnego | 2,0 | nie rouzmie potrzeb programowania wspóbieżnego |
| 3,0 | potrafi opisać problemy programowania współbieżnego i dziedzinę zastosowania | |
| 3,5 | potrafi opisać problemy programowania współbieżnego i dziedzinę zastosowania w kontekćie obecnie roziwjanego sprzętu wielordzeniowego | |
| 4,0 | potrafi opisać problemy programowania współbieżnego i dziedzinę zastosowania w kontekćie obecnie roziwjanego sprzętu wielordzeniowego oraz kart graficznych | |
| 4,5 | potrafi opisać problemy programowania współbieżnego i dziedzinę zastosowania w kontekćie obecnie roziwjanego sprzętu wielordzeniowego oraz kart graficznych i urządzeń mobilnych | |
| 5,0 | potrafi opisać problemy programowania współbieżnego i dziedzinę zastosowania w kontekćie obecnie roziwjanego sprzętu wielordzeniowego oraz kart graficznych i urządzeń mobilnych, rozwiązań klastrowych | |
| I_1A_O1/09_K02 ma świadomość odpowiedzialności za wspólnie realizowane zadania dotyczące tworzenia oprogramowania współbieżnego | 2,0 | nie potrafi ocenić ryzyko projektu aplikacji współbieżnej na etapie projetkowania i kodowania |
| 3,0 | potrafi ocenić ryzyko projektu aplikacji współbieżnej na etapie projetkowania i kodowania (wyjaśnić trudności w jego tworzeniu) | |
| 3,5 | potrafi ocenić ryzyko projektu aplikacji współbieżnej na etapie projetkowania i kodowania (wyjaśnić trudności w jego tworzeniu i testowaniu) | |
| 4,0 | ma wiedzę na 3.5 i umiejętnie określa różnice w programowaniu sekwencyjnego i współbieżnego | |
| 4,5 | ma wiedzę na 4.0 i zna obecne rozwiązania techniczne | |
| 5,0 | ma wiedzę na 4.0 i zna obecne rozwiązania techniczne dla większości środowisk (wielordzeniowe CPU, GPU i Embedded) |
Literatura podstawowa
- W. Bielecki, Essentials of parallel and distributed computing, Politechnika Szczecińska, Szczecin, 2002
- W. Bielecki, Przetwarzanie równoległe i rozproszone. Szczecin, 2007, Politechnika Szczecińska, Szczecin, 2007
- Rohit Chandra et al., Parallel Programming in OpenMP, Academic Press, London, 2001
- Chapman, Jost, and Van Der Pas, Using OpenMP, The MIT Press, Cambridge, 2008