Wydział Informatyki - Informatyka (S1)
specjalność: systemy komputerowe i oprogramowanie
Sylabus przedmiotu Programowanie komputerów wielordzeniowych:
Informacje podstawowe
| Kierunek studiów | Informatyka | ||
|---|---|---|---|
| Forma studiów | studia stacjonarne | Poziom | pierwszego stopnia |
| Tytuł zawodowy absolwenta | inżynier | ||
| Obszary studiów | nauk technicznych, studiów inżynierskich | ||
| Profil | ogólnoakademicki | ||
| Moduł | — | ||
| Przedmiot | Programowanie komputerów wielordzeniowych | ||
| Specjalność | systemy komputerowe i oprogramowanie | ||
| Jednostka prowadząca | Katedra Inżynierii Oprogramowania | ||
| Nauczyciel odpowiedzialny | Włodzimierz Bielecki <Wlodzimierz.Bielecki@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 | 5 | 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. | 2 |
| T-L-5 | Napisanie aplikacji w OpenMP do mnożenie macierzy z wykorzystaniem pragm OpenMP, sprawdzenie przyspieszenia i efektywnosci napisanej aplikacji. | 3 |
| T-L-6 | Napisanie aplikacji rwnoległej w OpenMP do wybranego algorytmu z dziedziny metod numerycznych. | 2 |
| 14 | ||
| wykłady | ||
| T-W-1 | architektura komputerów wielordzeniowych oraz jej związek z wydajnością aplikacji równoległych | 2 |
| T-W-2 | podstawowe mierniki jakości aplikacji równoległych (lokalność, granulacja, determinizm, przyspieszenie i efektywność), prawa Amdahl’a i Gustaffson’a | 2 |
| T-W-3 | Pojęcie zaleznośći, rodzaje zależności w programach | 2 |
| T-W-4 | podstawowe transformacje pętli: FAN, PAR, PIPE | 2 |
| T-W-5 | pojęcie wątku, podstawowe konstrukcje aplikacji równoległych w OpenMP: region równoległy, powołaniei zakończenia wątków, model obliczeń | 2 |
| T-W-6 | Zrównoleglenie pętli w OpenMP, szeregowanie iteracji pętli do wątków | 2 |
| T-W-7 | konstrukcje podziału pracy między wątki w OpenMP | 2 |
| T-W-8 | Mechanizmy synchronizacji w OpenMP | 2 |
| T-W-9 | Mechanizm zadań w OpenMP(tasking) | 4 |
| T-W-10 | Biblioteki i narzędzia do tworzenia aplikacji równoległych komputerów wielordzeniowych: FORTRAN, OpenMP Java, POSIX, biblioteki Microsoft, biblioteki Java, Intel TBB | 2 |
| T-W-11 | podstawowe czynniki mające wpływ na wydajność aplikacji, sposoby pozwalające na tworzenie wydajnych aplikacji | 3 |
| T-W-12 | Metodologia PCAM tworzenia algorytmów równoległych | 3 |
| T-W-13 | Modele wydajnościowe do aplikacji rónoległych | 2 |
| 30 | ||
Obciążenie pracą studenta - formy aktywności
| KOD | Forma aktywności | Godziny |
|---|---|---|
| laboratoria | ||
| A-L-1 | udział w laboratoriach | 15 |
| A-L-2 | przygotowanie do laboratoriów | 14 |
| A-L-3 | Udział w konsultacjach i zaliczeniu formy zajęć. | 2 |
| 31 | ||
| wykłady | ||
| A-W-1 | Udział w wykładach | 30 |
| A-W-2 | Przygotowanie do zaliczenia | 8 |
| A-W-3 | Udział w konsultacjach i zaliczeniu | 4 |
| 42 | ||
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_O1/9_W01 ma wiedzę w zakresie tworzenia algorytmów równoległych | I_1A_W05 | T1A_W03, T1A_W07 | InzA_W02 | C-1 | T-L-2, T-L-4, T-L-5, T-W-13, T-L-1, T-W-4, T-W-7, T-W-3, T-W-12, T-W-9, T-L-3, T-W-1, T-W-6, T-W-8, T-W-2, T-W-10, T-L-6, T-W-5, T-W-11 | M-1 | S-2 |
| I_1A_O1/9_W02 zna API i biblioteki do tworzenia aplikacji równoległych dla komputerów wielordzeniowych | I_1A_W06 | T1A_W03, T1A_W05, T1A_W06, T1A_W07, T1A_W09 | InzA_W01, InzA_W02, InzA_W04, InzA_W05 | C-1 | — | M-1 | S-2 |
| I_1A_O1/9_W03 zna podstawowe metody gromadzenia i przetwarzania danych i informacji w oparciu o komputery równoległe | I_1A_W17 | T1A_W03, T1A_W07 | InzA_W02, InzA_W05 | C-1 | T-L-1, T-W-13 | 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_O1/9_U01 potrafi w zakresie podstawowym projektować, implementować i testować oprogramowanie równoległe | I_1A_U01 | T1A_U01, T1A_U02, T1A_U04, T1A_U07, T1A_U08, T1A_U09, T1A_U14, T1A_U15, T1A_U16 | InzA_U01, InzA_U02, InzA_U06, InzA_U07, InzA_U08 | C-1 | — | M-2 | S-1 |
| I_1A_O1/9_U02 Potrafi aktywnie uczestniczyć w pracach projektowych zespołowych i indywidualnych dotyczących wytwarzania oprogramowania równoległego | I_1A_U02 | T1A_U02, T1A_U03, T1A_U04, T1A_U07, T1A_U11, T1A_U12 | InzA_U01, InzA_U02, InzA_U03, InzA_U05, InzA_U06, InzA_U07, InzA_U08 | C-1 | T-W-10, T-W-12, T-W-3, T-W-1, T-L-4, T-L-2, T-W-13, T-L-1, T-L-3, T-L-6, T-W-8, T-W-4, T-L-5, T-W-9, T-W-5, T-W-11, T-W-2, T-W-6, T-W-7 | M-2 | S-1 |
| I_1A_O1/9_U03 potrafi posługiwać się dokumentacją techniczną do API OpenMP | I_1A_U05 | T1A_U01, T1A_U02, T1A_U06, T1A_U07, T1A_U13 | InzA_U05 | C-1 | T-W-8, T-W-1, T-W-6, T-L-5, T-W-3, T-W-4, T-W-2, T-L-6, T-W-11, T-W-10, T-L-3, T-W-12, T-L-4, T-W-13, T-L-2, T-L-1, T-W-7, T-W-5, T-W-9 | M-2 | S-1 |
| I_1A_O1/9_U04 ma umiejętność opracowania lub wyboru algorytmu i struktur danych do rozwiązania określonego zadania inżynierskiego za pomocą przetwarzania rónoległego | I_1A_U19 | T1A_U13, T1A_U15, T1A_U16 | InzA_U05, InzA_U07, InzA_U08 | C-1 | T-W-10, T-W-9, T-W-11, T-L-6, T-W-1, T-L-3, T-W-7, T-W-13, T-W-12, T-W-8, T-L-1, T-W-5, T-W-3, T-L-2, T-L-5, T-W-6, T-W-2, T-L-4, T-W-4 | 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_O1/9_K01 świadomie rozumie potrzeby dokształcania i dzielenia się wiedzą w zakresie programowania współbieżnego | I_1A_K01 | T1A_K01, T1A_K07 | — | C-2 | T-L-1, T-L-4, T-L-2, T-L-3, T-W-11, T-W-3, T-W-5, T-W-8, T-W-9, T-W-6, T-W-13, T-W-12, T-L-5, T-W-7, T-W-1, T-L-6, T-W-10, T-W-2, T-W-4 | M-2 | S-1 |
| I_1A_O1/9_K02 ma świadomość odpowiedzialności za wspólnie realizowane zadania dotyczące tworzenia oprogramowania równoległego | I_1A_K03 | T1A_K02, T1A_K03, T1A_K04 | InzA_K01 | C-2 | — | M-2 | S-1 |
Kryterium oceny - wiedza
| Efekt kształcenia | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| I_1A_O1/9_W01 ma wiedzę w zakresie tworzenia algorytmów równoległych | 2,0 | nie zna podstawowych algorytmów projektowania algorytmów równoległych |
| 3,0 | zna podstawowe algorytmy projektowania algorytmów równoległych | |
| 3,5 | zna podstawowe algorytmy projektowania algorytmów równoległych i wie jak zostasowąc je do zrównoleglenia prostych algorytmów sekwencyjnych | |
| 4,0 | zna szczegółowo podstawowe algorytmy projektowania algorytmów równoległych i wie jak zostasowąc je do zrównoleglenia prostych algorytmów sekwencyjnych | |
| 4,5 | zna szczegółowo podstawowe algorytmy projektowania algorytmów równoległych i wie jak i zostasowąc je do zrównoleglenia algorytmów sekwencyjnych | |
| 5,0 | zna szczegółowo podstawowe algorytmy projektowania algorytmów równoległych i wie jak i zostasowąc je do zrównoleglenia algorytmów sekwencyjnych oraz potrafi udowodnić i uzasadnić swoją wypowiedż | |
| I_1A_O1/9_W02 zna API i biblioteki do tworzenia aplikacji równoległych dla komputerów wielordzeniowych | 2,0 | nie zna API i bibliotek do tworzenia aplikacji równoległych dla komputerów wielordzeniowych |
| 3,0 | ma wiedzę o API i bibliotekach do tworzenia aplikacji równoległych dla komputerów wielordzeniowych | |
| 3,5 | ma wiedzę o API i bibliotekach do tworzenia aplikacji równoległych dla komputerów wielordzeniowych i potrafi zostasować ją do tworzenia prostych aplikacji | |
| 4,0 | ma szczegółową wiedzę o API i bibliotekach do tworzenia aplikacji równoległych dla komputerów wielordzeniowych i potrafi zostasować ją do tworzenia prostych aplikacji | |
| 4,5 | ma szczegółową wiedzę o API i bibliotekach do tworzenia aplikacji równoległych dla komputerów wielordzeniowych i potrafi zostasować ją do tworzenia zaawansowanych aplikacji | |
| 5,0 | ma szczegółową wiedzę o API i bibliotekach do tworzenia aplikacji równoległych dla komputerów wielordzeniowych i potrafi zostasować ją do tworzenia zaawansowanych aplikacji oraz potrafi udowodnić i uzasadnić odpowiedź | |
| I_1A_O1/9_W03 zna podstawowe metody gromadzenia i przetwarzania danych i informacji w oparciu o komputery równoległe | 2,0 | nie zna podstawowych algorytmów projektowania algorytmów równoległych, nie zna API i bibliotek do tworzenia aplikacji równoległych dla komputerów wielordzeniowych |
| 3,0 | zna podstawowe algorytmy projektowania algorytmów równoległych, ma wiedze o API i bibliotekach do tworzenia aplikacji równoległych dla komputerów wielordzeniowych | |
| 3,5 | zna podstawowe algorytmy projektowania algorytmów równoległych i potrafi zostasowąc je do zrównoleglenia prostych algorytmów rónoległych, ma wiedzę o API i bibliotekach do tworzenia aplikacji równoległych dla komputerów wielordzeniowych i potrafi zostasować ją do tworzenia prostych aplikacji | |
| 4,0 | zna szczegółowo podstawowe algorytmy projektowania algorytmów równoległych i potrafi zostasowąc je do zrównoleglenia prostych algorytmów rónoległych, ma szczegółową wiedzę o API i bibliotekach do tworzenia aplikacji równoległych dla komputerów wielordzeniowych i potrafi zostasować ją do tworzenia prostych aplikacji | |
| 4,5 | na szczegółowo podstawowe algorytmy projektowania algorytmów równoległych i potrafi zostasowąc je do zrównoleglenia algorytmów rónoległych, ma szczegółową wiedzę o API i bibliotekach do tworzenia aplikacji równoległych dla komputerów wielordzeniowych i potrafi zostasować ją do tworzenia zaawansowanych aplikacji | |
| 5,0 | zna szczegółowo podstawowe algorytmy projektowania algorytmów równoległych i potrafi zostasowąc je do zrównoleglenia algorytmów rónoległych oraz potrafi udowodnić i uzasadnić swoją wypowiedż, ma szczegółową wiedzę o API i bibliotekach do tworzenia aplikacji równoległych dla komputerów wielordzeniowych i potrafi zostasować ją do tworzenia zaawansowanych aplikacji oraz potrafi udowodnić i uzasadnić odpowiedź |
Kryterium oceny - umiejętności
| Efekt kształcenia | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| I_1A_O1/9_U01 potrafi w zakresie podstawowym projektować, implementować i testować oprogramowanie równoległe | 2,0 | nie spełnia kryteriów określonych dla oceny 3 |
| 3,0 | potrafi skompilować program z openmp z pragmami paralle i for | |
| 3,5 | wymagania na ocenę 3 - dodatkowo: - potrafi poprawnie skonfigurować pragmy parallel i for | |
| 4,0 | wymagania na ocenę 3,5 - dodatkowo: - potrafi skonfigurować większość pragm | |
| 4,5 | wymagania na ocenę 4 - dodatkowo: - potrafi określić przyspieszenie programu | |
| 5,0 | wymagania na ocenę 4,5- dodatkowo: - potrafi określić skalowalność i efektywność programu | |
| I_1A_O1/9_U02 Potrafi aktywnie uczestniczyć w pracach projektowych zespołowych i indywidualnych dotyczących wytwarzania oprogramowania równoległego | 2,0 | nie spełnia kryteriów określonych dla oceny 3 |
| 3,0 | potrafi zaangażować się w projekt poprzez wniesienie uwag do projektu | |
| 3,5 | wymagania na ocenę 3 - dodatkowo: - aktywnie uczestniczy w tworzeniu programu poprzez krytyczną ocenę proponowanych rozwiązań w grupie | |
| 4,0 | wymagania na ocenę 3,5 - dodatkowo: - potrafi przejąć inicjatywę w grupie dla składowych realizowanego projektu | |
| 4,5 | wymagania na ocenę 4,0 - dodatkowo: - potrafi wybrac poprawne rozwiazania ze wszytskich zaproponowanych w zespole | |
| 5,0 | wymagania na ocenę 4,5 - dodatkowo: - rozumie znaczenie pracy w zespole, poprawnie identyfikuje role jaką odgrywał w ramach prac projektowych | |
| I_1A_O1/9_U03 potrafi posługiwać się dokumentacją techniczną do API OpenMP | 2,0 | nie spełnia kryteriów określonych dla oceny 3 |
| 3,0 | potrafi opisać podstawowe pragmy i odszukać te informacje w dokumnetacji | |
| 3,5 | wymagania na ocenę 3,0 - dodatkowo: - potrafi znaleźć wszystkie dyrektywy dla wybranych pragm z dokumentacji | |
| 4,0 | wymagania na ocenę 3,5 - dodatkowo: - rozumie znaczenie wszytskich dyrektyw zdokumentacji | |
| 4,5 | wymagania na ocenę 4,0 - dodatkowo: - potrafi włączyć wyszukane informacje do swojego programu | |
| 5,0 | wymagania na ocenę 4,5 - dodatkowo: - potrafi optymalizować program na podstawie uzyskanych informacji z dokumnetacji | |
| I_1A_O1/9_U04 ma umiejętność opracowania lub wyboru algorytmu i struktur danych do rozwiązania określonego zadania inżynierskiego za pomocą przetwarzania rónoległego | 2,0 | nie spełnia kryteriów określonych dla oceny 3 |
| 3,0 | zna podstawowe etapy modelu PCAM | |
| 3,5 | wymagania na ocenę 3,0 - dodatkowo: - potrafi szczegółowo opisać etapy modelu PCAM | |
| 4,0 | wymagania na ocenę 3,5 - dodatkowo: - potrafi opisać i rozumie trudnosci zwiazane z tworzeniem programow rownoleglych | |
| 4,5 | wymagania na ocenę 4,0 - dodatkowo: - potrafi wskazać poszczególne etapy modelu PCAM w swoich programach | |
| 5,0 | wymagania na ocenę 4,5 - dodatkowo: - potrafi wyjaśnić wagę etapów PCAM w kontekście uzyskiwanych wyników |
Kryterium oceny - inne kompetencje społeczne i personalne
| Efekt kształcenia | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| I_1A_O1/9_K01 świadomie rozumie potrzeby dokształcania i dzielenia się wiedzą w zakresie programowania współbieżnego | 2,0 | nie potrafi aktywnie uczestniczyć w pracach projektowych zespołowych dotyczących wytwarzania aplikacji równoległych |
| 3,0 | Potrafi aktywnie uczestniczyć w pracach projektowych zespołowych dotyczących wytwarzania aplikacji równoległych oraz zrealizował swoją część zadania w oparciu o dokształcenie z oceną 3,0 | |
| 3,5 | Potrafi aktywnie uczestniczyć w pracach projektowych zespołowych dotyczących wytwarzania aplikacji równoległych oraz zrealizował swoją część zadania w oparciu o dokształcenie z oceną 3,5 | |
| 4,0 | Potrafi aktywnie uczestniczyć w pracach projektowych zespołowych dotyczących wytwarzania aplikacji równoległych oraz zrealizował swoją część zadania w oparciu o dokształcenie z oceną 4,0 | |
| 4,5 | Potrafi aktywnie uczestniczyć w pracach projektowych zespołowych dotyczących wytwarzania aplikacji równoległych oraz zrealizował swoją część zadania w oparciu o dokształcenie z oceną 4,5 | |
| 5,0 | Potrafi aktywnie uczestniczyć w pracach projektowych zespołowych dotyczących wytwarzania aplikacji równoległych oraz zrealizował swoją część zadania w oparciu o dokształcenie z oceną 5,0 | |
| I_1A_O1/9_K02 ma świadomość odpowiedzialności za wspólnie realizowane zadania dotyczące tworzenia oprogramowania równoległego | 2,0 | Nie potrafi aktywnie uczestniczyć w pracach projektowych zespołowych dotyczących wytwarzania oprogramowania równoległego |
| 3,0 | Potrafi aktywnie uczestniczyć w pracach projektowych zespołowych dotyczących wytwarzania oprogramowania równoległego oraz zrealizował swoją część zadania z oceną 3,0 | |
| 3,5 | Potrafi aktywnie uczestniczyć w pracach projektowych zespołowych dotyczących wytwarzania oprogramowania równoległego oraz zrealizował swoją część zadania z oceną 3,5 | |
| 4,0 | Potrafi aktywnie uczestniczyć w pracach projektowych zespołowych dotyczących wytwarzania oprogramowania równoległego oraz zrealizował swoją część zadania z oceną 4,0 | |
| 4,5 | Potrafi aktywnie uczestniczyć w pracach projektowych zespołowych dotyczących wytwarzania oprogramowania równoległego oraz zrealizował swoją część zadania z oceną 4,5 | |
| 5,0 | Potrafi aktywnie uczestniczyć w pracach projektowych zespołowych dotyczących wytwarzania oprogramowania równoległego oraz zrealizował swoją część zadania z oceną 5,0 |
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