Эволюционная классификация вычислительных систем на примере развития отечественной техники.

1. Критерий, положенный в основу эволюционной классификации ЭВМ.
2. Основоположники отечественной вычислительной техники.

Вычислители фон-Неймановской архитектуры. Суперскалярные, векторные и VLIW системы команд микропроцессоров. Конвейерная обработка данных и команд. Зацепление конвейеров. Предсказание переходов. Архитектура памяти. Кэш-память. Особенности программирования для вычислителей фон-Неймановской архитектуры.

1. Принципы фон-Неймановской архитектуры ЭВМ.
2. CISC и RISC архитектуры ЭВМ.
3. Принципы VLIW архитектуры.
4. Конвейеризация вычислений.
5. Векторные вычислители.
6. Внеочередное и спекулятивное выполнения команд.
7. Механизмы предсказания переходов.
8. Виртуальная память.
9. Алгоритмы подкачки страниц.
10. Иерархия оперативной памяти.
11. Ассоциативная память.
12. Расслоение памяти.
13. Полностью ассоциативная кэш-память.
14. Кэш-память с прямым отображением.
15. Частично ассоциативная кэш-память.
16. Стратегии записи в кэш-память.
17. Определить среднее время выборки для кэшей L₁ и L₂, если: вероятность попадания в прямоадресуемый кэш L₁ составляет 80%, а время выборки из него 20 нс; в частично-ассоциативный кэш L₂ вероятность попаданий - 87%, время выборки 24 нс. Цена кэш-промаха у L₁ и L₂ - 200 нс.
18. Привести пример программы, вызывающей перезагрузку кэша с прямым распределением.
19. Привести пример программы, для которой расслоение памяти не эффективно.
20. Алгоритмы оптимизации объектных программ, которые могут повлиять на точность вычислений.

Тенденции развития вычислительных архитектур. Классификация параллельных вычислительных систем по Флинну.

1. Принципы классификации вычислительных систем по Флинну.
2. Примеры классификации вычислителей по Флинну.
3. Недостатки способа классификации вычислительных систем по Флинну.

1. Архитектурные особенности МКМД мультипроцессоров.
2. Особенности масштабирования SMP и MPP мультипроцессоров.

1. Описать схему симметричного мультипроцессора.
2. Особенности архитектуры ccNUMA.

1. Статические и динамические сети МРР систем.
2. Параметры статических коммутационных сетей.
3. Свойства полного коммутатора.
4. Топология гиперкуба.
5. Согласование сеточных алгоритмов со структурой типа гиперкуб.

ОКМД системы: матричные системы, конвейерные вычислительные системы.

1. Матричные процессоры (AP120-B).
2. Современные ОКМД системы.
3. Использование элементов Крей архитектуры в процессорах ЭВМ.

1. Единицы измерения пиковой производительности.
2. Реальная производительность.
3. Закон Амдала.

1. Принципы потоковой обработки информации.
2. Схема потокового вычислителя.
3. Нейронные сети.
4. Области применения нейронных сетей.

Модели программирования для систем с разделяемой, распределенной памятью. Синхронизация параллельных процессов. Семафоры. Элементы параллельного программирования в Фортране-90.

1. Критические секции. Двоичные и общие семафоры.
2. Разделение программ на нити при автоматическом распараллеливании. Ограничения на распараллеливание циклов.
3. Упорядоченные секции. Распараллелить цикл, используя упорядоченные секции и семафоры:
   

           DO I=2,N
             A(I) = 2*A(I) + C(I)
             B(I) = C(I)*sin(X(I))
             Y(I) = Y(I-1) + X(I)
             D(I) = P(I)*B(I)/A(I)
           ENDDO
   

4. Средства параллельного программирования в Фортране-90.

Протоколы обмена в системах передачи сообщений. Фортран-GNS для МВК-100. Системы PVM, MPI.

1. Статический и динамический способы образования параллельных процессов,
2. Требования с системам программирования методом передачи сообщений.
3. Назначение систем PVM, MPI.
4. Средства описания и создания процессов в языке Фортран-GNS.
5. Средства передачи и приема сообщений в языке Фортран-GNS.
6. Протоколы передачи и приема сообщений в языке Фортран-GNS.
7. Идентификация абонентов при передачи сообщений в языке Фортран-GNS.

Адаптация последовательных программ к параллельным архитектурам. Векторизация и распараллеливание циклов. Методы координат, гиперплоскостей.

1. Автоматическое распараллеливание последовательных программ.
2. Семантика циклов, выполняемых параллельно на ОКМД системах.
3. Алгоритмы преобразования программ методом координат.
4. Схема преобразования программ методом гиперплоскостей.
5. Оценить возможность параллельного выполнения цикла:

        DO i = 2,N
         A(i) = (B(i) + C(i))/A(i+CONST)
        ENDDO
   

6. Определить возможность выполнения циклов на ОКМД системах:

         DO 2 I=2,N,2
    2     A(I) = (A(I)+A(I-1))/2.0
         DO 3 I=2,N
          A(I) = B(I)+A(I+1)
    3     B(I) = (A(I)+A(I+1))/2.0
         DO 4 I=1,N
          A(I) = B(I)+A(I+1)
    4     C(I) = (A(I)+A(I+1))/2.0
         DO 5 I=1,N
          A(I) = B(I)+A(I+1)
    5     С(I) = A(I+1)
   

1. Назначение OpenMP.

Особенности выполнения арифметических выражения на ЭВМ. Распараллеливание вычислительных алгоритмов. Метод распараллеливания алгоритма общей рекурсии 1-го порядка.

1. Распараллеливание алгоритмов сложения методом редукции.
2. Метод распараллеливания алгоритма общей рекурсии 1-го порядка.
3. Арифметика машинных чисел.
4. Погрешности при вычислениях чисел на параллельных системах. Оценить полную ошибку для суммирования положительных чисел.
5. Точность плавающей арифметики.

1. В.В. Корнеев. Параллельные вычислительные системы.-М. <Нолидж>, -320с.
2. Б.А.Головкин. Вычислительные системы с большим числом процессоров.-М.: Радио и связь, 1995.-320с.
3. М. Амамия, Ю.Танака. Архитектура ЭВМ и искусственный интеллект:
4. Языки и параллельные ЭВМ. Сб."Алгоритмы и алгоритмические языки", М.: Наука, 1990.
5. http://parallel.ru:81