Главная страница
Контакты

    Басты бет


Қазақстан Республикасы білім және ғылым министрлігі

жүктеу 438.69 Kb.



жүктеу 438.69 Kb.
бет1/4
Дата30.03.2017
өлшемі438.69 Kb.

Қазақстан Республикасы білім және ғылым министрлігі


  1   2   3   4


Қазақстан Республикасы білім және ғылым министрлігі

Семей қаласының Шәкәрім атындағы мемлекеттік университеті

3 деңгейдегі СМК құжаты

ПОӘК



ПОӘК 042.39.1.146/01-2013


ПОӘК

Оқытушыға арналған

«Паралельді есептеу» пәні бойынша оқу жұмыс бағдарламасы


01.09.2010 ж

№1 басылым

02.09.2013 ж

№2 басылым





«Паралелдьді есептеу»
пәнін оқыту-әдістемелік кешен
5В060200 - «Информатика» мамандығына арналған

Оқытушыға арналған оқу жұмыс бағдарламасы


Семей,

2013

МАЗМҰНЫ





Глоссарий



Дәрістер



Зертханалық жұмыстар



Студенттердің өздік жұмыстарының жоспары


Кіріспе

Паралелді есептеуіш жүйелерді қолдану (ПЭЖ) есептеу техникасының дамуының стратегиялық бағыты болып табылады.

Стратегия гр. strategia - әскер кіргізу - қоғамдық, саяси күреске басшылық өнері, оны жүргізудің қоғам (кәсіпорын, партия) дамуының нақты кезеңінің нақты жағдайларынан туындайтын жалпы жоспары, белгілі бір мақсатқа қол жеткізуге бағытталған қаражат пен ресурстарды пайдалану тәсілі.

Маман - ұйымның инженерлік-техникалық, экономикалық және басқа да жұмыстарымен айналысатын қызметкері. Маман, әдетте, жоғары немесе арнаулы орта білімді болады. Атап айтқанда, агроном, бухгалтер, геолог, инженер, математик, механик, техник, физиолог, суретші, экономист, энергетик, мұғалім, дәрігер, т.б.

Бұл жағдай қарапайым кезектеспелі ЭЕМ-дердің мүмкіндігінше максималды жылдамдығының принципиалды шектеуімен ғана шақырылмайды, және де әрқашанда есептеуіш тапсырмаларды шешу үшін есептеуіш технкасының бар мүмкіндіктері көп жағдайда жеткіліксіз болуымен де шақырылады.

Жағдай - адам әрекетінің , жан-жануарлар тіршілігінің, табиғат пен қоғамдағы өзгерістің, оқиғаның, т.б. айналадағы ортаның ықпалына тәуелділігін білдіретін философиялық ұғым. Табиғаттағы, қоғамдағы белгілі бір өзгерісті тудырушы алғышарт есебінде де қарастырылады.

Сөйтіп, қазіргі заманғы ғылым мен техника мүмкіндіктерінің [54] "үлкен шақыру" мәселелері: климотты моделдеу, гендік инженерия, интехралдық схемаларды жобалау, қоршаған ортаның ластануының анализі, емдік дәрумендерді жасау және тағы сол сияқтылар - өздерінің анализі үшін әр секундта қалқымалы үтірі бар (1 TFlops) 1000 миллиард операцияларды орындайтын ЭЕМ талап етеді.

Гендік инженерия, немесе генетикалық инженерия - генетикалық және биохимиялық әдістердің көмегімен түраралық кедергілері жоқ, тұқым қуалайтын қасиеттері өзгеше, табиғатта кездеспейтін жаңа гендер алу; молек.

Жоғарғы дәрежелелі өнімділікті есептеуіш жүйелерді құру мәселесі қазіргі заманғы ғылым мен техникалық есептердің ең күрделісі болып табылады. Осы мәселені шешу көптеген талантты ғалымдар мен конструкторлардың білімдері мен күштерін жан – жақты концентрациялағанда ғана мүмкін, оның үстіне ғылым мен техниканың соңғы жетістіктерін қолдануды және маңызды финанстік инвестицияларды талап етеді.

Ғалым (араб.: عالِم‎ - а́лим) - сөзі арабтың а́лим: (дінді) оқыған, оқымысты адамдарына арнап қолданылатын сөзі.

Сонымен қатар осы саладағы соңғы кездегі жетістіктер таңқаларлықтай. "Компьютерлік белсенділікті стратегиялық шектеу" Accelerated Strategic Computing Initiative – ASCI) [25] бағдарламасы АҚШ-та 1995ж қабылданған, осының негізінде суперЭЕМ- дердің өнімділігін 18 айда 3 есе арттыру және өнімділік дәрежесін секунтына 100 триллион операцияларды орындауға арттыру мәселелері болды. Қазіргі уақытта жылдам әрекет ететін суперЭЕМ-дердің бірі NEC жапон фирмасының бір векторлық процесстің жылдамдығы секундтына 8 миллиард (8 GFlops) операциялар орындайтын SX-6 компьютері болып табылады.

Уақыт - өлшемдер жүйесінің оқиғаларды реттеу, олардың ұзақтығын және араларындағы интервалдарын сипаттауда, және нәрселердің қозғалысын сипаттауда пайдаланатын маңызды мүшесі. Уақыт мифология, философия және ғылымның әр салада пайдалану үшін қарама-қайшылысыз сипаттау, зерттеу нысаны болып, талай-талай ұлы ғалымдарды өмірге әкелген.

Бағытталған кесінді A B → }} деп A - “бас нүктесінен” бастап екінші B - “соңғы”нүктесіне дейінгі түзу бойындағы нүктелер жиыны.

Компьютер (ағылш. computer - «есептегіш»), ЭЕМ (электрондық есептеуіш машина) - есептеулерді жүргізуге, және ақпаратты алдын ала белгіленген алгоритм бойынша қабылдау, қайта өңдеу, сақтау және нәтиже шығару үшін арналған машина.

Көп процессорлы жүйелер үшін қол жеткізілген жылдам әрекет ету көрсеткіштері әлде қайда жылдам: мысалға, Intel (США, 1997) фирмасының ASCI Red жүйесінің жылдамдығы секундтына 1,8 триллион (1,8 TFlops) операциялар. Осы курстың лекйияларын жазу кезіндегі жылдам әрекет етуші есептеуіш жүйелердің Top 500 тізімінде BlueGene/L есептеуіш комплексі алғашқы қатарда.

Есептеулерді паралелдендіруді ұйымдастыру бір сәтте мәліметтерді өңдеу операциялары орындалған кезде функционалды құрылғылардың көптігінен жүзеге асады. Бұл жағдайда есептеуіш тапсырмаларды шешуді жылжамдата аламыз, ол үшін қолданылып отырған алгоритмді ақпаратты тәуелсіз аймақтарға бөліп, әр аймақты есептеуді жеке процесске жазу керек.

Функционал - бір не бірнеше функцияға тәуелді болатын айнымалы шаманы білдіретін математикалық ұғым. Ол алғаш рет вариациялық есептеуде пайда болған. Берілген тұйық қисық сызықпен шектелген аудан, белгілі бір жол бойындағы күш өрісінің жұмысы, т.б.

Алгоритм, алгорифм (ағылшынша: algorіthm, algorіsmus - Әл-Хорезмидің атынан шыққан) - бастапқы берілген мәліметтермен бір мәнде анықталатын нәтиже алу үшін қай амалды (жұмысты) қандай ретпен орындау қажеттігін белгілейтін есептерді (мәселелерді) шешу (математикалық есеп-қисаптар орындау, техникалық объектілерді жобалау, ғылыми-зерттеу жұмысын жүргізу т.б.)

Мәліметтер (данные; data) - автоматты құралдардың көмегімен, кей жағдайда адамның қатысуымен, өңдеуге I ыңғайлы түрде берілген мағлұмат. Мәліметтердің кірістік, шығыстық, басқару, проблемалық, сандық, мәтіндік, графикалық және т.б.

Ақпарат (лат. informatio - түсіндіру, мазмұндау) ұғымы күнделікті өмірден бастап техникалық салада пайдаланылатын көп мағыналы ұғым. Жалпы алғанда бұл ұғым шектеу, байланыс, бақылау, форма, инструкция, білiм, мағына, құрылым, бейнелеу, сезіну тағы басқа ұғымдармен тығыз байланысты.

Осындай тәсілдер керекті есептеулерге жылдам қол жеткізуге мүмкіндік береді.

Айтып өтетін бір жағдай, паралелдендіруді қолдану ғалымдардың болжамдарына қарамай әлі де кең қолданыс алған жоқ. Бұл жағдайдың осы күнге дейін басты себептерінің бірі жылдам өндірістік жүйелердің қымбаттығы болды (суперЭЕМ ді тек қана үлкен компаниялар мен мекемелер ғана ала алды). Қазіргі заманғы түрлі конструктивті элементтерден (микропроцессорлар, жады микросхемалары, комуникациялдық құрылғылар) тұратын паралелді есептеуіш комплекстерді құрудың көп бөлігі өндіріспен игерілген. Осы жағдай алдыда айтылған факторды бәсеңдетті, және қазіргі уақытта әр бір қолданушы өндірістігі өте жоғары көп процессорлы есептеуіш жүйелерін (КПЕЖ) қолдана алады. Паралелді есептеулер жағдайы көп ядролы процессорлардың пайда болуымен қарқынды дамыды, 2006 жылы компьютерлік жүйелердің 70% да қолданды.

Енді, паралелдендірудің таралуына жол бермей отырған басты себепке көшейік. Праралелді есептеулерді жүргізу үшін ЭЕМ – де есептерді шығарудың дәстүрлі – қайталанбалы – технологиясын «паралелдендіруіміз» керек. Сөйтіп, көп процессорлы жүйелердегі сандық әдістер енді паралелді және бір – біріне, тәуелсіз процесстерде әсер ететін түрге келуі қажет.

Әдіс , метод (гр. 'μέθοδος',methodes зерттеу не тану жолы, бір нәрсеге жетудің жолы) - көздеген мақсатқа жетудің тәсілі, тәртіпке келтірген қызмет жүйесі. Әдіс философияда зерттелетін нәрсенің ойша нұсқасын жасау үшін қажетті таным құралы болып табылады.

Сан - мөлшерді сипаттайтын, санауда пайдаланылатын абстракт нәрсе.

Қолданылатын алгоритмдеу тілдері және жүйелік бағдарламалық қамсыздандыру параллелді бағдарламаларды құруды, синхронды және асинхронды процестерді болдырмауы керек.

Синхрондау (Синхронизация; synchronization, timing) - 1) процестерді іске қосу сәтінің жүйедегі белгілі бір оқиғалармен үйлесімділігін анықтау, параллель процестер әрекеттерінің уақытша реттілігін жасақтау; 2) теңестіру.

Параллелді есептеу жүйелерін қолданғанда туындайтын келесідей ортақ мәселелерді айтып өткен жөн [22]:


  • Параллелдендіруді ұйымдастыру үшін өнімділікті жоғалту - Минскидің гипотезіне (Minsky) сәйкесінше, параллелді жүйелерді қолданғандағы тежелу процесстер санының екілік логарифміне пропорционал (мысалы, 1000 процес болса тежелу 10 тең болады).

Осы айтылған жағдай анықталған алгоритмдерді параллелдеген кезде дұрыс. Сонымен қатар көптеген есептерді параллелдеген кезде параллелді есептеу жүйелерінің барлық процессетерін қолдану керек болады.

  • Кезектеспелі есептеулердің бар болуы - Амбала заңына сәйкес есептеу процестерін жылдамдату кезінде р процессерін қолданса ол үлкендікпен шектеледі

Мұндағы f мәліметтерді өңдеу алгоритімінде қолданылатын кезектеспелі есептеулер аймағы. (ол дегеніміз, мысалға 10% кезектеспелі командалар бар болса, онда параллелдендіруді қолданғанда мәліметтерді өңдеу жылдамдығы 10 еседен аса алмайды).

Айтылған жағдай параллелді бағдарламалаудағы ең күрделі мәселені сипаттайды (кезектеспелі командалар бөлігі жоқ алгаритмдер болмайды). Алайда кезектеспелі іс әрекеттер үшін есепті параллелді шешу мүмкіндігі сипаттамайды, ал қолданылатын алгоритмдердің кезектеспелі қасиеттерді сипаттайды. Нәтижесінде, кезектеспелі есептеулер бөлімі параллелдендіруге қолайлы алгоритімдерді қолданғанда әлде қайда азаюы мүмкін.

Параллелді жүйелерге тән қасиеттерге параллелдендірудің эффективтілігі байланысты – кезектеспелі ЕЭМ – нің класикалық Фон Нейман схемасының бүтіндігіне қарағанда, параллелді жүйелер архитектуралық құрылу принциптерімен ерекшеленеді, және параллелденудің максималды эффектілі болуы құралдардың барлық ерекшеліктерін қолданғанда ғана жүзеге асады;

Құрал (Инструмент; лат. instrumentum - құрал, қару) - 1)адам еңбегінің құралы немесе өнеркөсіптік кәсіпорын жағдайындағы жұмысқа арналған машинаның атқарушы механизмі.

Нәтижесінде, параллелді алгориьімдерді көшіру және бағдарламаларды әр түрлі жүйелер арасында тасымалдау қиынға соғады немесе кей жағдайда мүлде мүмкін емес.

Осы айтылған ескертуге айтып өту керек жағдай, кезектеспелі ЭЕМ – нің «біртектілігі» елес деуге де болады, себебі біртекті компьютерлерді эффектілі қолдану үшін оның аппаратураның қасиеттеін ескеру керек.

Аппаратура (ағылш. Hardware, equipment) - компьютердің техникалық құралдары мен физикалық жабдықтары; (механикалық, электрлік және электрондык құрылғылар) яғни компьютердің құрамындағы құрылғылар: мысалы, пернетақта, монитор және т.б.

Бір жағынан, параллелді жүйелердің архитектурасының әр түрлілігіне қармай, параллелдендіруді қамтамаыз тетін «тұрақтанған» тәсілдер бар (конвейерлі есептеулер, көп процессорлы жүйе және т.с.с.) Және де, параллелді есептелерді қолдайтын түрлі бағдарламалық тәсілдерді қолданған кезде құрылаын параллелді бағдарламалар инвариатты болады. (MPI, PVM және т.б. бағдарламалық кітапханалар).



  • Бар бағдарламалық жасақтмалар кезектеспелі ЭЕМ – дерге бағытталған бұл дегеніміз, ептердің көп бөлігіне алдын ала дайындалған бағдарламалық жасақтама бар және бұл бағдарламалар кезектеспелі ЭЕМ – дерге бағытталған.

    Бағыттау (орыс. наведение) - күштерге (сүңгуір қайықтарға, авиациялык ұшу аппараттарына) немесе қаруға (ракеталарға) козғалыс параметрлері (бағыт, жылдамдық, биіктік жөне т.б.) арқылы берілетін басқару тәсілі.

    Кітапхана - мәдени-ағартушылық мекеме. Кітапхана баспасөз шығармаларын жинау, сақтау, насихаттаумен, оқырмандарға баспасөз шығармаларын берумен, мәдени-ағарту және ғылыми-көпшілік жұмыстарын ұйымдастырумен шұғылданады.

    Бағдарламалық өнім (ағыл. Software; soft - жұмсақ және ware - өнім;орыс. Программное обеспечение - бағдарламалық жасақтама,) - компьютердің жұмыс істеуіне арналған компьютер бағдарламалары жиынтығы, яғни бағдарламалық жасақтама.

    Осының нәтижесінде, бұндай мөлшердегі бағдарламаларды өңдеу параллелді жүйелерге мүмкін болмайды.

Осы айтылған ойға жауап өте қарапайым: егер бар бағдарламалар қойылған есептерді шеше алса, онда бұл бағдарламаларды өңдеудің қажеттелігі жоқ. Алайда, кезектеспелі бағдарламалар тиесілі уақыттың ішінде есептердің шешімін алуды қамтамасыз ете алмаса немесе жаңа есептерді шешу керек болса, онда жаңа бағдарламалық кешен жасауға тура келеді және бұл бағдарламалар параллелді есептеуді де жүргізе алады.

Осы айтылған мәселерді қортындылай келе, параллелді есептеу есептеуіш техникасын қолданудың өте қолайлы (қызықты) саласы және күрделі ғылыми – техникалық сала болып табылады. Осыған орай, параллелендіруге жету үшін ЭЕМ – нің және аппарттық құралдардың қазіргі заманға сай даму қарқынын білу, моделдерді құра алу, мәліметтерді өңдеу тапырмалаларын параллелді шеше алу қолданбалы математика, информатика және септеуіш техникасы салаларының мамандарының жоғарғы квалификациялығының көрсеткіші болып табылады.

Математика (гр. μάθημα - ғылым, білім, оқу; μαθηματικός - білуге құштарлық) - әлдебір әлемнің сандық қатынастары мен кеңістіктік формаларын, пішіндерін өлшейтін, оның ішінде - структуралар, өзгерістер, белгісіздік жөніндегі ғылым.


2.1. Бөлім Параллелді есептеуіш жүйелерді құру

Глоссарий (анықтама, создік);



  • MFlops - million of floating point operations per second – қалқымалы үтірі бар сандардың секундтына миллион операциялары , GFlops - миллиард, сәйксінше TFlops - триллион.

  • ARPANET – компютерлік желіні құру компьютерлік комуникацияда эксперементтерді жасауға, ядролық шабуыл кезінде байланыста болу, орталықтандырылмаған басқару концепцияларын басқаруға мақсатталаған АҚШ-тың қорғаныс Министерлігінің дамыған зерттеу проектілер агенттігінің проектісі (Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA), (1966-1969 ж.)


Тақырып 1. Параллелді есептеуіш жүйелердің құрылу принциптері:
Дәріс мақсаты: параллелді есептеуіш жүйелердің құрылу принциптерін қарастыру (ПЕЖ), параллеледіруге жетудің тәсілдеріне қысқаша сипаттама беру, ПЕЖ – ге мысалдар келтіру .

Мақсат - белгілі бір межеге қол жеткізуге бағытталған әрекеттің ой-санадағы көрінісі. Мақсат ойлау нәтижесінде болашақты алдын ала болжау арқылы туатын мұрат, ішкі қозғаушы күшті білдіреді. Мақсатқа жету үшін әр түрлі іс-әрекеттер мен қимылдар жасалады.

Қағида немесе принцип (лат. principim – принцип; негіз, алғы бастама) - белгілі білім жүйесінің түп-негізі, алғы бастамасы, абстрактылы түрдегі ең қысқа жалпылама мазмұны. Ғылыми танымда идея, теория, әдіс сияқты таным түрлерімен өзара байланыста тұжырымдалады.

Параллелді есептеуіш жүйелердің классификациясын, ПЕЖ – де желі арқылы ақпаратты беру типтерінің топологиясын қарастыру.

Тақрыпқа қойылатын сұрақтар:



  1. Параллелендіруге жету тәсілдерінің мақсаты неде?

  2. Параллелді есептеуіш жүйелердің ерекшеліктері неде тұрады?

  3. Флинн класификасының негізіне не қаланды?

  4. Көп процессорлы жүйелердің мультикомпьютер және мультипроцессор бөліну принципы неден тұрады?

  5. Мультипроцессорлер үшін жүйелердің қандай класстары белгілі?

  6. Мультипроцессорлердің артықшылығы мен кемшіліге неде?

  7. мультикомпьютерлер үшін жүйелердің қандай класстары белгілі?

  8. Кластерлі жүйелердің артықшылығы мен кемшілігі неде?

  9. Микропроцессерлі жүйелерді құру кезінде ақпаратты беру жүйелерінің қандай попологиялары кең қолданыс алады?

  10. Класстерлер үшін ақпаратты беру жүйелерінің қандай ерекшеліктері бар?

  11. Ақпаратты беру жүйелерінің басты сипаттамалары қандай?

  12. Кластерлерді құру үшін қандай жүйелік платформалар қолданылады?

    Платформа (фр. plate – жайпақ, forme - форма) - геологияда қозғалмалығы біршама аз, жазық немесе үстірт тәрізді бедерлі, екі жікқабатты құрылымдық қабаттан – іргетастан және шөгінді тыстан тұратын жер қыртысының кең ауқымды атырабы.





  1   2   3   4

  • «Паралелдьді есептеу» пәнін оқыту-әдістемелік кешен 5В060200 - «Информатика» мамандығына
  • Семей, 2013
  • Кіріспе
  • Параллелдендіруді ұйымдастыру үшін өнімділікті жоғалту
  • Кезектеспелі есептеулердің бар болуы
  • Параллелді жүйелерге тән қасиеттерге параллелдендірудің эффективтілігі байланысты
  • 2.1. Бөлім Параллелді есептеуіш жүйелерді құру
  • Тақырып 1

  • жүктеу 438.69 Kb.