Перелік питань, що охоплюють зміст робочої програми науки

Поняття високопродуктивних систем, розподілених  і паралельних обчислень.  Задачі розподілених систем.

Паралельна і конвеєрна обробка.

Супер – ЕОМ, надвисока продуктивність ЕОМ. 

Еволюція розвитку та сучасні тенденції застосування високопродуктивних систем.

Архітектура високопродуктивних обчислювальних систем.

Класична Фон-Неймановська архітектура.

Архітектура пам'яті.

Методи підвищення швидкодії пам'яті: ієрархія пам'яті; просторова і тимчасова локальність, кеш-пам'ять і стратегії її використання; розшарування пам'яті.

Підходи до класифікації  архітектур обчислювальних систем та їх взаємозв’язок.

Класифікація Флинна, Ванга і Бріггса. 

Класифікація Фена.

Класифікація Шора.

Класифікація Хендлера

Класифікація Хокни

Класифікація Шнайдера.

Класифікація Джонсона.

Класифікація Базу: послідовність рішень, прийнятих на етапі проектування архітектури.

Класифікація Кришнамарфи: чотири якісні характеристики паралелізму (міра гранулярної паралелізму, спосіб реалізації, топологія і природа зв'язку процесоров, спосіб управління процесорами).

Класифікація Скилликорна : опис архітектури комп'ютера як абстрактної структури, що складається з компонент 4 типів (процесор команд, процесор даних, ієрархія пам'яті, комутатор).

Класифікація Дазгупти: побудова схем архітектури з семи базових понять.

Класифікація Дункана.

Системи високої готовності і відмовостійкі системи.

Приклади застосування суперкомп’ютерних технологій.

Архітектура векторно-конвейерних супер-ЕОМ CRAY C90.

Архитектура масивно-паралельних комп’ютерів (на прикладі CRAY T3D). Особливості програмування.

Комп’ютери з нетрадиційною архітектурою.

Вимоги до сучасних комп’ютерів.

Класифікація комп’ютерів за сферами застосування.

Шляхи підвищення продуктивності комп’ютерів.

Сучасні мікропроцесори і мікропроцерні системи.

Суперкомп’ютери.

Векторні і матричні комп’ютери, багатопроцесорні комп’ютери і багатомашинні комплекси, векторизація і розпаралелювання алгоритмів, машини потоків команд і машини потоків даних, транс’ютери, нейрокомп’ютери.

Мультипроцесори. Гомогенні та гетерогенні  мультиком’ютері системи.

Архітектура сучасних багатоядерних процесорів.

Паралельні комп’ютери із спільною пам’яттю. Обчислювальні системи з розподіленою пам’яттю.

Поняття розподілених обчислень. Метакомпьютинг.

Розподілені задачі і алгоритми. Особливості розподілу задач і передачі даних.

Захист розподілених систем. Синхронізація. Не протиріччя і реплікація. Відмовостійкість.

Grid- технології.

Поняття паралельних обчислень і алгоритмів.

Основні принципи паралельних обчислень.

Гетерогенні обчислення.

Принципи організації обчислювальної мережі.

Мережеві протоколи. Мережа INTERNET.

Протокол TCP/IP. IP адресація.

Потокові і нейронні системи.

Обчислювальні мережі.

Управління зв’язком в розподілених системах. Віддалений виклик процедур.

Управління зв’язком в розподілених системах. Звернення до віддалених об’єктів.

Управління зв’язком в розподілених системах. Зв’язок на основі повідомлень та потоків даних.

Оптичні обчислювальні системи.

Квантово-механічні обчислення.

Природний паралелізм квантово-механічних і оптичних систем. 

Елементи комп’ютерної арифметики. Цілі числа: значення, операції, розширення. Дійсні числа: значення, операції, причини помилок.

Приклади алгоритмів виконання типових операцій.

Методи рішення систем лінійних алгебраїчних рівнянь (СЛАР).

Прямі методи рішення СЛАР.

Метод виключення Гауса. Метод Холецького. Метод прогонки. Метод редукції. Методи рішення систем з розрідженою матрицею.

Ітераційні методи рішення СЛАР.

Методи  рішення диференційних рівнянь в часних похідних.

Рішення  задачі Діріхле для рівняння Пуассона.

Організація паралельних обчислень.

Ітераційні методи рішення СЛАР. Метод простої ітерації.

Ітераційні методи рішення СЛАР . Метод верхньої релаксації.

Ітераційні методи рішення СЛАР . Метод споріднених градієнтів

Модель обчислень  у вигляді "операції-операнди".

Схема паралельного виконання алгоритму.

Визначення часу паралельного виконання алгоритму.

Показники ефективності паралельного виконання алгоритму.

Оцінка максимально досяжного паралелізму. Закон Амдаля. Закон Густавсона–Барсиса.

Аналіз масштабованості паралельних обчислень.

Показники ефективності паралельного виконання алгоритму.

Оцінка максимально досяжного паралелізму. Закон Амдаля. Закон Густавсона–Барсиса.

Аналіз масштабованості паралельних обчислень.

Роль програмного забезпечення у високопродуктивних обчисленнях

Коротка характеристика основних мов високопродуктивних обчислень: C, C++, High Performance Fortran(HPF)

Програмне забезпечення паралельних обчислень.

Обчислювальні кластери.

Методи векторизації і розпаралелювання програм.

Застосування різних мов програмування. Взаємодія трьох частин програм - паралельною, послідовною і обміном даними.

Синхронізація процесів.

Алгоритми для високопродуктивних обчислень.

Програмне забезпечення розподілених обчислень.

Розподілені додатки та бази даних. Технологія Inprise.

Технології  паралельного програмування: Message Passing Interface (MPI), OpenMP. Система Linda.

Нові мови для паралельних обчислень.

Мова паралельного програмування Х10.

Мова програмування CAF.

Операційні системи підтримки паралельних і розподілених обчислень: UNIX(Linux) і Windows.

Паралелізм даних і завдань.

Дві моделі програмування: послідовна і паралельна.

Трудовитрати на розпаралелювання або векторизацію програми.

Паралельні бібліотеки.

Сучасні методи розпаралелювання обчислень. Інженерні і наукові завдання.

Пакети чисельного моделювання.

Коротка специфікація і характеристика сучасних програмних продуктів універсального призначення.

Спеціалізовані пакети і їх застосування.

Пакети для наукових і технічних розрахунків. Пакети MATLAB, MATCAD: коротка характеристика і класифікація.

Відкитий стандарт паралельних обчислень – Open Computing Langugage (OpenCL)

Використання технологій COM(DCOM), COM,.NET, а також CORBA технологій при побудові ефективних інформаційних систем.

Пакети символьного моделювання.

Спеціалізовані і універсальні пакети: характеристика і класифікація.

Короткий опис пакетів MATHEMATICA, MAPLE.

Можливості розпаралелювання символьних обчислень.

Коротка характеристика паралелізму в пакетах комп'ютерної алгебри MATHEMATICA (Parallel Computing Toolkit for MATHEMATICA 4.0) MAPLE

Библиотеки CUBLAS, CUFFT, CURAND, CUSPARSE

Загальні процедури MPI.

Прийом/передача повідомлень між окремими процесами.

Об’єднання запитів на взаємодію.

Сумісний прийом/передача повідомлень.

Колективні взаємодії процесів. Синхронізація процесів. Робота з групами процесів.

Приклади MPI-програм

Паралельні бібліотеки універсальних і спеціальних методів рішення наукових завдань.

Використання векторних операцій і функцій High Performance Fortran (HPF).

Відладка і проходження програм на PVM і MPI: термінологія і позначення. Загальні процедури.

Прийом-передача повідомлень між окремими процесами.

Технологія Parallel Virtual Machine PVM і Message Passing Interface MPI.

Використання PVM і MPI  в чисельних розрахунках в кластерних системах.

Fortran, C, C++ реалізації.

Бібліотеки процедур MPI

Основи технології OpenMP.

Виокремлення паралельно-виконавчих фрагментів програмного коду.

Розподіл обчислювального навантаження між потоками.

Розпаралелювання по даним для циклів.

Управління розподілом ітерацій циклу між потоками.

Управління порядком виконання обчислень

Синхронізація обчислень після закінчення виконання циклу.

Введення умов при визначенні паралельних фрагментів (параметр if директиви parallel).

Управління даними для паралельно-виконавчих потоків.

Визначення загальних і локальних змінних Спільна обробка локальних змінних (операція редукції)

Організація взаємовиключення при використанні спільних змінних.

Забезпечення атомарності (неподільності) операцій

Розподіл обчислювального навантаження між потоками (розпаралелювання по задачам за допомогою директиви sections)

Розширені можливості OpenMP

Засоби створення паралельних програм Code Visual Parallel Programming System (CODE).

Засоби HEterogeneous Network Computing Environment. (HeNCE)

Інструменти паралельного програмування в системами із спільною пам’яттю.

Засоби профілювання і відладки паралельних програм Total View Multiprocess Debugger/Analyzer.

Система TimeScan Multiprocess Event Analyzer .

Засоби Intel Thread Checker

Профілювання і оптимізація по швидкості паралельних програм. Intel Thread Profiler: балансування навантаження і синхронізація

Системи підтримки паралельного програмування DVM (Distributed Virtual Machine, Distributed Virtual Memory).

Розробка паралельних програм в системах із спільною пам’яттю з використанням інструментів Intel Parallel Studio і бібліотек Intel Threading Building Blocks та Intel Math Kernel Library

DVM – технологія розробки паралельних программ для обчислювальних кластерів

Паралельні і розподілені СКБД: основні поняття і принцип організації баз даних.

Розробка нових і адаптація існуючих СКБД для супер-ЕОМ масивної паралельної, кластерної і гібридної архітектури

Основні поняття розподілених систем та їх класифікація.

Розподілені системи об’єктів.

Розподілені файлові системи.

Розподілені системи документів.

Розподілені системи узгодження.

Корпоративні обчислювальні і інформаційні системи. Приклади розподілених інформаційних систем.

Моделювання розподілених систем. Мова Triad.

Основні принципи і сучасні тенденції застосування високопродуктивних обчислень в наукових дослідженнях.

Методи і засоби сучасних комп'ютерних технологій.

Сучасні методи математичного моделювання в природознавстві.

Класифікація основних проблем при моделюванні складних систем.

Паралельні і розподілені обчислення при моделюванні фізичних систем.

Роль гіпермедіа технологій в наукових, освітніх і технологічних завданнях.

Електронні(цифрові) бібліотеки; концепції побудови, наповнення контентом, технології доступу.

Навчальні інформаційні системи.

Основні принципи побудови систем дистанційного навчання. Концепція розподіленого університету.

Математичне і комп'ютерне моделювання.

Ієрархія моделей. Обчислювальний експеримент.

Основні типи завдань і класифікація математичних методів

Роль 2D - і 3D-графики в сучасних наукових і технологічних завданнях.

Відмінність обчислювальних експериментів від натурних.

Принципи побудови 2D і 3D-графики.

Пакети візуалізації.