ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОГРАММЫ КУРСА

26 
Основная цель данной работы состоит в изложении основных по-
ложений  учебного  курса  по  параллельному  программированию,  чи-
таемому  в  Нижегородском  университете  для  студентов  факультета 
вычислительной  математики  и  кибернетики  с 1995 г.  Кроме  того,  в 
работе  дается  краткий  обзор  существующих  учебных  дисциплин  по 
данной  тематике  в  стране  и  за  рубежом.  При  рассмотрении  вопросов 
параллельных  вычислений  основное  внимание  уделяется  использова-
нию кластерных компьютерных систем.  
1. Проблема  получения  решений  сложных  вычислительно-
трудоемких научно-технических задач при реалистических временных 
затратах  на  основе  организации  параллельных  вычислений  для  быст-
родействующих  компьютерных  систем  приобрела  в  последнее  время 
особую важность и значимость за счет широкого распространения кла-
стерных  вычислительных  систем  (clusters) – современное  состояние 
данного  подхода  отражено,  например,  в  обзоре,  подготовленном  под 
редакцией Barker (2000). Под кластером обычно понимается (см., на-
пример, Xu and Hwang (1998), Pfister (1998)) множество  отдельных 
компьютеров,  объединенных  в  сеть,  для  которых  при помощи специ-
альных  аппаратно-программных средств обеспечивается возможность 
унифицированного управления (single system image), надежного функ-
ционирования  (availability)  и  эффективного  использования  (perform-
ance). Применение кластеров может в некоторой степени снизить про-
блемы,  связанные  с  разработкой  параллельных  алгоритмов  и  про-
грамм,  поскольку  повышение  вычислительной  мощности  отдельных 
процессоров позволяет строить кластеры из сравнительно небольшого 
количества (несколько десятков) отдельных компьютеров (lowly paral-
lel processing). Это приводит к тому, что для параллельного выполне-
ния 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 компь-
ютерами  кластера.  Вместе  с  этим  следует  отметить,  что  организации 
взаимодействия вычислительных узлов кластера при помощи передачи 
сообщений  обычно  приводит  к  значительным  временным  задержкам, 
что  накладывает  дополнительные  ограничения  на  тип  разрабатывае-
мых параллельных алгоритмов и программ (минимальность информа-
ционных потоков передачи данных). 

 
27 
2. Для получения общего представления о состоянии проблемати-
ки  по  параллельным  вычислениям  могут  быть  использованы  два  ос-
новных портала глобальной сети Интернет: 
•  http://www.parallel.ru (российский портал); 
•  http://homer.csm.port.ac.uk/ieee-tfcc/  (портал  международной  рабо-
чей  группы  по  кластерам – TFCC–IEEE  Computer  Society  Task 
Force on Cluster Computing). 
На этих же порталах имеется информация об основных исследова-
телях и специалистах в области параллельных технологий и систем. 
По  рассматриваемой  тематике  имеется  большое  количество  пуб-
ликаций; в числе последних и значимых изданий работы Xu and Hwang 
(1998), Pfister (1998), Buyya R. (1998), Sterling T., Salmon J., Becker D.J., 
Savarrese D.F. (1999), Wilkinson B., Allen M. (1999). Среди опублико-
ванных за последние годы отечественных учебных пособий: Комолкин 
А.В.,  Немнюгин  С.А. (1998), Якобовский  М.В. (2000), Фурсов В.А. и 
др. (2000), Гергель В.П., Стронгин Р.Г. (2000). 
3.  Обзорам  образовательной  составляющей  проблематики  по  па-
раллельным вычислениям посвящены отдельные разделы вышеупомя-
нутых информационных серверов сети Интернет. 
На портале www.parallel.ru упомянуты 3 учебных курса: 
•  Воеводин  Вл.В.  Материалы  к  курсу  лекций  «Параллельные  вы-
числения,  технологии  параллельного  программирования,  парал-
лельные компьютеры и супер-ЭВМ, анализ структуры программ»; 
•  Ластовецкий  А.Л.  Интерактивный  учебный  курс  «Программиро-
вание параллельных вычислений на неоднородных сетях компью-
теров на языке mpC»; 
•  Комолкин  А.В.,  Немнюгин  С.А.  Программирование  для  высоко-
производительных ЭВМ. 
Кроме того, в сети Интернет доступна информация о ряде других 
учебных программ: 
•  Крутиков М.П. Параллельные вычислительные системы (Институт 
высокопроизводительных  вычислений  и  баз  данных,  Санкт-
Петербург, www.csa.ru:81/~mike/edu/parallel.htnl); 
•  Симонов С.А. Языки и методов параллельного программирования 
(Институт  вычислительной  математики  и  математической  геофи-
зики СО РАН, Новосибирск, www.invest.sscc.ru/simonov/exam.htm). 

28 
Большую  работу  по  систематизации  образовательных  программ 
выполнила  экспертная  группа  Министерства  образования  РФ  по  под-
готовке  специалистов  в  области  высокопроизводительных  вычисле-
ний. В качестве рекомендаций данная группа выдвинула предложения 
по созданию новых специализаций «Высокопроизводительные вычис-
лительные  технологии  и  системы», «Математическое  и  программное 
обеспечение  высокопроизводительных  вычислительных  систем 
(ВВС)», «ВВС и параллельное программирование», а также сформиро-
вала  рекомендуемый  набор учебных курсов по этим специализациям. 
Информация о результатах деятельности рабочей группы представле-
на, 
например, 
в 
работе 
А.Н.Тихонова, 
А.Д.Иванникова, 
В.Г.Домрачева, А.К. Скуратова, И.В. Ретинской (2001). 
Более широко представлены в Интернет зарубежные материалы по 
обучению. В числе возможных примеров: 
1. Introduction to High Performance Computing (Ediburch Parallel 
Programming Center, www.epcc.ed.ac.uk/epcc-tec/courses/HPCintro.html) 
2. 
Practical Parallel Programming (University of Leeds, 
www.comp.leeds.ac.uk, раздел MSc/modules_99/so31_comp3580.html) 
3. Parallel Computing (Boston University) и др. 
Анализируя  содержание  всех  перечисленных  учебных  курсов, 
можно отметить следующее: 
•  во  многих  курсах  проблемы  параллельного  программирования 
сводятся к задаче освоения средств программирования (типа биб-
лиотек MPI); 
•  вопросы моделирования вычислений с целью выявления возмож-
ных  способов  эффективного  распараллеливания  рассматриваются 
в недостаточно полном объеме; 
•  лабораторный  практикум  по  параллельному  программирования 
имеет в значительной степени иллюстративный характер (исполь-
зование простых примеров, задач, методов). 
4. Характеризуя необходимый набор знаний и умений, требуемый 
специалисту  в  области  высокопроизводительных  вычислений  для  эф-
фективного  решения  сложных  научно-технических  задач,  можно  вы-
делить следующий возможный набор разделов программы подготовки 
в указанной области: 
•  Архитектура параллельных вычислительных систем, 
•  Модели вычислений и методы анализа сложности, 

 
29 
•  Параллельные методы вычислений, 
•  Параллельное  программирование  (языки,  среды  разработки,  биб-
лиотеки). 
Приведенный  перечень  может  быть  расширен,  но  даже и в таком 
составе  становится  ясным,  что  подготовка  в  области  высокопроизво-
дительных вычислений не может быть сведена к нескольким учебным 
курсам,  а  требует  формирования  комплексных  учебных  программ  в 
виде специализаций существующих или вновь вводимых специально-
стей. 
Вместе с этим актуальным является наличие и общего (интеграль-
ного) учебного курса по параллельному программированию, в рамках 
которого с единых позиций предпринималась бы попытка общего ана-
лиза многих проблем в области высокопроизводительных вычислений. 
Такой  курс  может  быть  использован  как  систематическое  введение  в 
предметную  область  в  рамках  специализаций  и  специальностей  соот-
ветствующей направленности. Кроме того, подобный курс мог бы ока-
заться полезным для различных программ переподготовки и повыше-
ния квалификации кадров.  
Именно  к  указанному  типу  относится  учебный  курс  «Многопро-
цессорные  вычислительные  системы  и  параллельное  программирова-
ние»,  который  читается  для  студентов  факультета  вычислительной 
математики и кибернетики Нижегородского университета с 1995 г.; с 
1999  г.  этот  курс  читается  также  в  Нижегородском  государственном 
техническом университете. В 2001 г. данный курс читается (после со-
ответствующей  переработки)  для  научных  сотрудников  Института 
прикладной физики РАН и для работников компании «Интел». 
В 2001 г.  по  курсу  было  подготовлено  учебное  пособие  «Основы 
параллельных вычислений» (см. Гергель, Стронгин (2001)), которое на 
данный момент уже используется в учебном процессе более чем в 20 
вузах страны. 
Для  характеристики  содержания  курса  приведем  в  кратком  виде 
(до  уровня  подразделов)  учебную  программу  курса  (в  полном  виде 
программа курса опубликована в пособии Гергеля, Стронгина (2001): 

жүктеу/скачать 1,64 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: