Рабочая программа дисциплины

«Многопроцессорные системы и распараллеливание обработки данных»
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью преподавания дисциплины является освоение студентами теоретических основ построения и принципов функционирования Многопроцессорные системы и распараллеливание обработки данных, а также получения практических навыков по их использованию при постановке задачи, проектировании и эксплуатации информационных систем в экономической сфере.

Задачи дисциплины – научить студентов:

• 
  принципам построения (организации, структуры и архитектуры) и анализа современных многопроцессорные системы и систем параллельной обработки данных;
  
• 
  анализу потоков в параллельных вычислительных системах;
  
• 
  использованию вычислительных систем параллельной обработки, в том числе кластерных систем в современных информационных системах экономической сферы.
  

ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате изучения дисциплины «Многопроцессорные системы и распараллеливание обработки данных» студент должен :

• 
  знать:
  

• 
  современные достижения и перспективы развития вычислительных систем параллельной обработки данных;
  
• 
  систему показателей качества и эффективности вычислительных систем параллельной обработки данных;
  
• 
  принципы построения, организации, архитектуры и структуры вычислительных систем параллельной обработки данных;
  
• 
  модели и методы исследования потоков запросов в компьютерных системах параллельной обработки данных;
  

• 
  уметь:
  

• 
  применять средства вычислительных систем параллельной обработки данных;
  
• 
  проводить обоснованный выбор компьютерных систем параллельной обработки данных;
  
• 
  проводить расчеты по оценке эффективности, надежности и производительности вычислительных систем параллельной обработки данных;
  

• 
  получить навыки:
  

• 
  работы по построению моделей оценке надежности, производительности и оптимизации вычислительных систем параллельной обработки данных.
  

ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ. УЧЕБНО-ТЕМАТИЧЕСКАЯ КАРТА ДИСЦИПЛИНЫ

№ п/п	Наименование темы	Объем аудиторных занятий (в часах)					Объем сам. раб. студентов (в час.)
		лекции	лаб. раб.	пр. зан.	сем. зан.	итого
	Классификация и основы построения и функционирования многопроцессорные системы и распараллеливание обработки данных	6	-	-	-	6	9
	Мультипроцессоры и мультикомпьютеры	10	-	5	-	15	9
	Надежность и отказоустойчивость систем параллельной обработки	10	-	5	-	15	14
	Архитектура центров обработки и хранения данных	10	-	8	-	18	14
	Всего:	36	-	18	-	54	46
	Формы итогового контроля:	Курс. работа (проект)		Контр. работа		Зачет	Экзамен
	Семестры:	2		-		-	2

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ
Тема 1. Классификация и основы построения и функционирования многопроцессорные системы и распараллеливание обработки данных.

Надежность, отказоустойчивость производительность многопроцессорных систем и систем параллельной обработки данных. Показатели и характеристики вычислительных систем параллельной обработки данных. Классификация Флинна. Внутрипроцессорный параллелизм . Параллелизм на уровне команд .Внутрипроцессорная многопоточность. Однокристальные мультипроцессоры. Сопроцессоры. Сетевые процессоры. Мультимедиа-процессоры Криптопроцессоры. Мультипроцессоры. Многоядерные процессоры. Мультипроцессоры и мультикомпьютеры.

Тема 2.Мультипроцессоры и мультикомпьютеры.

Мультипроцессоры и мультикомпьютеры .Семантика памяти. UMA-мультипроцессоры в симметричных мультипроцессорных архитектурах . NUMA-мультипроцессоры. СОМА-мультипроцессоры. Мультикомпьютеры. Коммуникационные сети. Процессоры с массовым параллелизмом. Векторные вычисления .Кластерные вычисления. Кластеры высокой готовности, отказоустойчивые кластеры и кластеры параллельных вычислений. Коммуникационная подсистема кластера.Модели массового обслуживания систем параллельной обработки данных. Сети массового обслуживания.

Практическое занятие 1:

Расчет времени ожидания обработки запросов в кластере.

Практическое занятие 2:

Оптимизация структуры кластера.

Тема 3. Надежность и отказоустойчивость систем параллельной обработки.

Методы обеспечения надежности и отказоустойчивости систем параллельной обработки. Задачи оптимального резервирования. Марковские модели оценки надежности восстанавливаемых систем параллельной обработки. Модели невосстанавливаемых систем. Модели надежности сложных систем. Методы резервирования. Задачи оптимального резервирования. Постановка и решение задачи векторной оптимизации систем параллельной обработка.

Практическое занятие 1-2:

Модели надежности кластерных систем.

Решение задачи векторной оптимизации систем параллельной обработка.
Тема 4. Архитектура центров обработки и хранения данных.

Архитектура центров обработки данных. Архитектура SONA. Кластерная архитектура серверных систем. Организация систем хранения данных. Raid- массивы. Сети хранения данных. DAS, NAS, san. Многоуровневая коммуникационная система центров обработки данных. Грид - системы.

Практическое занятие 1-2:

Расчет времени ожидания обработки запросов в многоуровневой коммуникационной подсистемы кластера.

Практическое занятие 3-4:

Оптимизация многоуровневой коммуникационной подсистемы кластера.

Организация самостоятельной работы МАГИСТРА
Самостоятельная работа студентов по дисциплине включает:

• 
  самостоятельное изучение теоретических разделов дисциплины по заданию лектора;
  
• 
  повторение и углубленное изучение лекционного материала;
  
• 
  решение практических задач и подготовку к практическим занятиям;
  
• 
  подготовку, выполнение и защиту курсовой работы;
  
• 
  подготовку к экзамену.
  

ТЕМАТИКА КУРСОВЫХ РАБОТ

1. 
   Построение кластерной компьютерной системы.
   
2. 
   Многоуровневой организации коммуникационной подсистемы кластера.
   
3. 
   Оптимизация кластерной компьютерной системы.
   
4. 
   Модель надежности кластерной компьютерной системы.
   
5. 
   Модель массового обслуживания кластерной компьютерной системы.
   
6. 
   Балансировка нагрузки в кластере.
   
7. 
   Структурная оптимизация кластеров с балансировкой нагрузки.
   
8. 
   Построение однородного кластера с общей системой хранения.
   
9. 
   Оптимизация DAS.
   
10. 
    Оптимизация, NAS.
    
11. 
    Оптимизация san.
    

ФОРМЫ И ВИДЫ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ

1. 
   Текущий контроль:
   
   • 
     опрос на практических занятиях;
     
   • 
     защита курсовой работы;
     
   • 
     рубежный контроль.
     
2. 
   Промежуточная аттестация – зачетно - экзаменационная сессия:
   
   • 
     экзамен проводится в устной или письменной форме при условии выполнения всех форм текущего контроля и в соответствии с учебным планом.
     
3. 
   Контроль остаточных знаний студентов (тесты).
   

ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЭКЗАМЕНУ

1. 
   Классификация и основы построения и функционирования многопроцессорные системы.
   
2. 
   Организация распараллеливание обработки данных.
   
3. 
   Надежность, отказоустойчивость производительность многопроцессорных систем и систем параллельной обработки данных.
   
4. 
   Показатели и характеристики вычислительных систем параллельной обработки данных.
   
5. 
   Классификация Флинна.
   
6. 
   Внутрипроцессорный параллелизм.
   
7. 
   Параллелизм на уровне команд.
   
8. 
   Внутрипроцессорная многопоточность.
   
9. 
   Однокристальные мультипроцессоры.
   
10. 
    Сопроцессоры.
    
11. 
    Сетевые процессоры.
    
12. 
    Мультимедиа-процессоры.
    
13. 
    Мультипроцессоры.
    
14. 
    Многоядерные процессоры.
    
15. 
    Мультипроцессоры и мультикомпьютеры.
    
16. 
    UMA-мультипроцессоры.
    
17. 
    симметричные мультипроцессорные архитектуры.
    
18. 
    NUMA-мультипроцессоры.
    
19. 
    СОМА-мультипроцессоры.
    
20. 
    Мультикомпьютеры.
    
21. 
    Коммуникационные сети.
    
22. 
    Процессоры с массовым параллелизмом.
    
23. 
    Векторные вычисления.
    
24. 
    Кластерные вычисления.
    
25. 
    Кластеры высокой готовности.
    
26. 
    Отказоустойчивые кластеры.
    
27. 
    Кластеры параллельных вычислений.
    
28. 
    Модели массового обслуживания систем параллельной обработки данных. Коммуникационная подсистема кластера.
    
29. 
    Расчет времени ожидания обработки запросов в кластере.
    
30. 
    Оптимизация структуры кластера.
    
31. 
    Надежность и отказоустойчивость систем параллельной обработки.
    
32. 
    Методы обеспечения надежности и отказоустойчивости систем параллельной обработки. Задачи оптимального резервирования.
    
33. 
    Марковские модели оценки надежности восстанавливаемых систем параллельной обработки.
    
34. 
    Модели невосстанавливаемых систем.
    
35. 
    Модели надежности сложных систем.
    
36. 
    Методы резервирования.
    
37. 
    Задачи оптимального резервирования.
    
38. 
    Постановка и решение задачи векторной оптимизации систем параллельной обработка.
    
39. 
    Модели надежности кластерных систем.
    
40. 
    Задачи векторной оптимизации систем параллельной обработка.
    
41. 
    Архитектура центров обработки и хранения данных.
    
42. 
    Архитектура центров обработки данных.
    
43. 
    Архитектура SONA.
    
44. 
    Кластерная архитектура серверных систем.
    
45. 
    Организация систем хранения данных.
    
46. 
    Raid- массивы.
    
47. 
    Сети хранения данных.
    
48. 
    DAS, NAS, san.
    
49. 
    Многоуровневая коммуникационная система центров обработки данных.
    
50. 
    Грид - системы.
    

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Основная:

1. 
   Таненбаум, Э. С. Архитектура компьютера / Э. С. Таненбаум ; пер.: Ю. Гороховский, Д. Шинтяков. - 5-е изд. - СПб. : Питер, 2009.
   
2. 
   Бройдо, В. Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации : учеб. пособие / В. Л. Бройдо, О. П. Ильина. - 3-е изд. - СПб. : Питер, 2008.
   
3. 
   Олифер, В. Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: учеб. пособие / В. Г. Олифер, Н. А. Олифер. - 4-е изд. - СПб. : Питер, 2011.
   

Дополнительная:

1. 
   Кузин, А. В. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем : учеб. / А. В. Кузин, С. А. Пескова. - М. : Форум : Инфра-М, 2006.
   
2. 
   Партыка, Т. Л. Вычислительная техника : учеб. пособие / Т. Л. Партыка, И. И. Попов. - М. : Форум : Инфра-М, 2007.
   
3. 
   Схемотехника электронных систем. Аналоговые и импульсные устройства / В. И. Бойко. - СПб. : БХВ-Петербург, 2004.
   

МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Практические занятия проводятся в компьютерном классе «Информатика», укомплектованном учебно-наглядными материалами и оснащенном соответствующим оборудованием.
Составитель: д.т.н., профессор кафедры «Информационные технологии» В.А. Богатырев.

Рецензент: д.п.н., профессор кафедры «Информационные технологии» Г.В. Абрамян.