(1) ΜΑΘΗΣΙΑΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ
Το μάθημα στοχεύει στην παρουσίαση και ανάλυση των μεθόδων και των αρχιτεκτονικών επιλογών στη μοντέρνα σχεδίαση των υπολογιστώνμκαθώς και στην παρουσίαση των βασικών αρχών της παράλληλης επεξεργασίας και της απεικόνισης αλγορίθμων σε παράλληλες μηχανές. Αποτελεί την λογική συνέχεια το μαθήματος Οργάνωση και Αρχιτεκτονική προηγουμένου εξαμήνου. Στις ασκήσεις πράξεις το μάθημα προσπαθεί να εξοικειώσει τον φοιτητή με τον παράλληλο προγραμματισμό βασισμένο στο μοντέλο κατανεμημένης μνήμης και στο message passing. Το αντικείμενο διδάσκεται με χρήση της βιβλιοθήκης MPI σε ένα cluster υπολογιστών.
Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος ο φοιτητής / τρια:
- Θα διαθέτει προχωρημένες γνώσεις γύρω από τους τύπους προηγμένων αρχιτεκτονικών υπολογιστών
- Θα διαθέτει προχωρημένες γνώσειςγύρω από τις παράλληλες αρχιτεκτονικές υπολογιστών
- Θα διαθέτει εισαγωγικές γνώσεις προγραμματισμού παράλληλων εφαρμογών
- Θα διαθέτει δεξιότητες ανάπτυξης παράλληλων προγραμμάτων σε κατάλληλες πλατφόρμες παράλληλου προγραμματισμού κατανεμημένης μνήμης
- Θα έχει την ικανότητα ανάλυσης προβλημάτων και εφαρμογών που απαιτούν την χρήση μεθόδων παράλληλης επεξεργασίας
- Θα έχει την ικανότητα εφαρμογής καταλλήλων μεθόδων παράλληλης επεξεργασίας ανάλογα με το πρόβλημα που αντιμετωπίζει
(2) ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ
Τα θέματα που καλύπτονται είναι τα εξής:
- Εισαγωγή: προηγμένες αρχιτεκτονικές και παράλληλη επεξεργασία, ταξινόμηση συστημάτων SISD, MISD, SIMD, MIMD, ταξινόμηση UMA, NUMA, μοντέλα μνήμης (κοινή μνήμη, κατανεμημένη μνήμη), μοντέλο μεταγωγής μηνυμάτων, πολυεπεξεργαστές, πολυυπολογιστές
- Τεχνολογία της μνήμης: τεχνολογία της ιεραρχημένης μνήμης, οργάνωση της μνήμης cache, τοποθέτηση και αναζήτηση δεδομένων στην cache, εκτίμηση επίδοσης μιας cache, μέθοδοι βελτίωσης της επίδοσης μιας cache, διαχείριση πολλαπλών cache, το πρόβλημα cache coherence, πρωτόκολλα snooping, directory-based
- Pipelining: Το pipeline των εντολών, οι φάσεις εκτέλεσης μιας εντολής, η γλώσσα DLX, pipeline της DLX, οι κίνδυνοι της pipeline, η pipeline της μονάδας κινητής υποδιαστολής, κανονικοποίηση, η πράξη της πρόσθεσης, η πράξη του πολλαπλασιασμού, έλεγχος της pipeline.
- Παράλληλος προγραμματισμός: ο Νόμος του Amdahl, σηματοφορείς, κλείδωμα, συγχρονισμός, αδιέξοδα και αποφυγή τους
- Παραλληλοποίηση: γράφος εξάρτησης, εμφωλευμένοι βρόχοι, απεικόνιση αλγορίθμων, μέθοδοι γραμμικής απεικόνισης, χρονοδρομολόγηση, βέλτιστες μέθοδοι χ/δ για ειδικές περιπτώσεις, ευρηστικές μέθοδοι χ/δ
- Δίκτυα παράλληλης επεξεργασίας: μετρικές αξιολόγησης δικτύων, τυπικά παραδείγματα δικτύων (γραμμικό, δακτύλιος, πλέγμα, σπείρα, υπερκύβος), το δίκτυο bus, αλγόριθμοι διαιτησίας του bus, σχεδιαστικές επιλογές, τυποποίηση του bus, άμεση πρόσβαση στη μνήμη (DMA), μέτρα επίδοσης εισόδου εξόδου, αξιοπιστία και συστήματα RAID.
- Clusters και Grids: σχεδιαστικές επιλογές
- Εισαγωγή στις τεχνολογίες GPU/CUDA και ΜapReduce
(3) ΔΙΔΑΚΤΙΚΕΣ και ΜΑΘΗΣΙΑΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ – ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ
ΤΡΟΠΟΣ ΠΑΡΑΔΟΣΗΣ
Για το θεωρητικό τμήμα του Μαθήματος: Διαλέξεις στην τάξη.
Για το τις ασκήσεις πράξης: Εργαστηριακές ασκήσεις
ΧΡΗΣΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ ΚΑΙ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ
- Εξειδικευμένο Λογισμικό (MPI) για την υλοποίοηση παράλληλων αλγορίθμων με τη μέθοδο της ανταλλαγής μηνυμάτων
- Επικοινωνία μέσω της ιστοσελίδας του τμήματος και του ηλεκτρονικού πίνακα ανακοινώσεων http://hydra.it.teithe.gr
ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑΣ
| Δραστηριότητα |
Φόρτος Εργασίας Εξαμήνου |
| Διαλέξεις |
13 x 3= 39 |
| Ασκήσεις πράξης |
13 x 2= 26 |
| Επικοινωνία / συνεργασία |
4 |
| Αυτοτελής μελέτη |
18 x 6= 108 |
| Σύνολο Μαθήματος (30 ώρες φόρτου εργασίας ανά πιστωτική μονάδα) |
180 |
ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΦΟΙΤΗΤΩΝ
Προαιρετική επιλογή εργασίας σε MPI.
- Αν γίνει εργασία τότε ο τελικός βαθμός προκύπτει κατά 50% από το βαθμό της εργασίας και κατά 50% από το βαθμό της γραπτής εξέτασης.
- Αν δεν γίνει εργασία τότε η γραπτή εξέταση συνεισφέρει στον τελικό βαθμό με ποσοστό 100%.
(4) ΣΥΝΙΣΤΩΜΕΝΗ-ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ
1. Σ. Παπαδάκης και Κ. Διαμαντάρας, «Προγραμματισμός και Αρχιτεκτονική Συστημάτων Παράλληλης Επεξεργασίας», εκδόσεις Κλειδάριθμος, 2011
2. John L. Hennessy and David A. Patterson, ‘Αρχιτεκτονική Υπολογιστών’, 3η έκδοση, Εκδόσεις Τζιόλα 2006
3. Jean-Loup Baer, ‘Microprocessor Architecture: From simple pipelines to chip multiprocessors’, Cambridge University Press, 2010
4. John L. Hennessy and David A. Patterson, ‘Computer Architecture: A Quantitative Approach’, 4th Edition, Morgan Kaufman, 2006
5. David A. Patterson and John L. Hennessy, ‘Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface’, 4th edition, Morgan Kaufmann, 2008
6. William Stallings, ‘Οργάνωση και αρχιτεκτονική υπολογιστών’, Εκδόσεις Τζιόλα 2003
