高级语言程序设计课程大纲.pdf

《并行程序设计》课程大纲一、课程基本信息课程编号F06D3740学分2.0开课学期秋春夏（小学期）课程名称（中文）并行程序设计（英文）ParallelProgramming课程类别必修选修1年级2年级3年级4年级课程学时课内总学时课内学时分配建议课外学时及其分配24讲课学时24课程准备和复习0实验学时0实验/上机准备0上机学时8课外上机0教学方式课堂讲授为主实验为主自学为主专题讨论为主考核方式三次作业分数汇总（百分制）评分依据考勤加上以及三次作业的得分，作业的分数分别是：20,50,30适用院系计算机学院，高等工程学院适用专业计算机软件与理论，计算机应用技术，计算机系统结构先修课程高级程序语言设计数据结构与算法计算机系统结构编译技术预备知识教材与（1）《并行程序设计原理》中译本，CalvinLin,LawrenceSnyder著，陆鑫达林参考文献新华译机械工业出版社，2009年7月。（2）《并行计算导论》（原书第2版）中译本，AnanthGrama,AnshulGupta,GeorgeKarypis,VipinKumar著，张武毛国勇程海英译，机械工业出版社，2004年12月。（3）《UNIX环境高级编程》(第二版)，W.RICHARDSTEVENS，STEPHENA.RAGO著，尤晋元张亚英戚正伟译，人民邮电出版社，2006年5月。二、教学目标本课程目标在于使学生了解并行计算的基本概念与原理，培养学生的并行思维，学会在多核多CPU硬件平台上编写简单的并行程序，并初步具备解决实际问题的能力。通过本课程的学习，学生应该能了解当前流行的并行计算机的体系结构，多核芯片以及异构多核芯片的演变过程；熟悉进程间通信的基本技术，包括管道、消息队列、信号量、共享内存；掌握线程的基本概念，线程安全性，线程的创建、终止、同步与控制；了解MPI并行程序结构，掌握MPI基本通信原语，包括点对点通信、集合通信；掌握几种重要的并行设计模式，包括数据并行、流水线并行、工作池模式和主从模式；掌握并行程序的性能分析方法。学完本课程，学生具备分析和解决易并行问题的能力，能够在一周时间内，编写并调试通过、能正确运行、具备可扩展性的、200行有效代码以内的并行程序。三、课程简介随着多核体系结构的出现和发展，使得并行计算科学的硬件基础设施发生了很大的变化，如果把并行硬件基础设施看成是“经济基础”，则其相应的上层并行软件就可以视为“上层建筑”。本课程的主要目的是让学生了解并行计算的概念和原理，学习并行编程技术，培养学生并行程序设计思维，使其能够在多核体系结构上进行高效的并行程序设计，以充分利用多核所提供的硬件并行性。四、课程教学内容及基本要求第1讲、并行程序设计基础（2学时）目标：要求学生了解并行的基本概念，学习并行程序设计的必要性；了解共享存储与分布式存储并行计算机架构；了解多核与异构多核处理器架构；并行计算的应用范围；并行计算技术概览。主要内容：1.1什么是并行计算1.2为什么要学习并行程序设计1.3并行与并发1.4并行与分布式1.5并行计算的应用1.6并行层次与分类1.7并行计算机架构及分类1.8并行计算的发展趋势与挑战重点：并行计算的概念、多核处理器的特点、集群体系结构、并行计算机内存访问模型、并行的层次与分类难点：多核处理器的历史与架构、多进程、线程概念、操作系统对并行计算的支持、并行编程环境第2讲、多进程程序设计（4个学时）目标：要求学生了解多进程的概念与特点，熟悉多进程程序开发技术，了解进程间通信的必要性，熟悉常用的进程间通信技术。本章内容重在了解，不要求学生必须掌握。主要内容：2.1进程的基本概念与特点2.2进程的控制2.3信号2.4进程间通信重点：多进程的概念与特点、多进程程序设计难点：管道、消息队列、信号量、记录锁第3讲、多线程程序设计（6学时）目标：要求学生掌握线程的概念，学会在Linux平台下编写多线程程序；掌握线程的创建、终止、控制与同步；掌握线程的调试方法。主要内容：3.1线程基础3.2线程的基本操作3.3多线程的共享变量3.4线程同步机制3.5多线程信号处理3.6并发常见问题重点：线程基础、线程的创建与终止、线程同步、线程安全性难点：线程同步、线程安全性第4讲、MPI程序设计（4学时）目标：要求学生掌握MPI程序的结构，了解MPI的组和通信子的概念，掌握MPI常用通信原语。主要内容：4.1认识MPI4.1.1什么是MPI4.1.2为什么要用MPI4.2MPI编程基础4.3MPI集合通信4.4MPI与Pthread混合编程重点：MPI的程序结构、点对点通信、集合通信难点：MPI的执行模型、集合通信、MPI与Pthreads混合编程第5讲、并行程序性能分析方法（4学时）目标：要求学生能够了解影响并行程序性能的因