Параллельная обработка данных и параллелизм. Параллельное и распределенное программирование.
Параллели́зм — это свойство систем, при которой несколько вычислений выполняются одновременно, и при этом, возможно, взаимодействуют друг с другом. Вычисления могут выполняться на нескольких ядрах одного чипа с вытеснящим разделением времени потоков вычислений на одном процессоре, либо выполняться на физически отдельных процессорах. Для выполнения параллельных вычислений разработаны ряд математических моделей, в том числе сети Петри, исчисление процессов, модели параллельных случайных доступов к вычислениям и модели акторов.
Параллельное программирование.
Два события называют одновременными, если они происходят во время одного и того же временного интервала, при этом говорят, что они выполняются параллельно.
В однопроцессорной среде параллельные задачи существуют в одно и тоже время выполняются в течение одного и того же интервала времени, за счет контекстного переключения.
В многопроцессорной среде при наличии свободных процессоров параллельные вычисления могут выполняться в одни и те же моменты времени, в течении одного и того же временного интервала.
Два основных подхода в достижении параллельности.
-
Параллельное программирование – его методы позволяют распределить работу программы между 2 и больше процессорами в рамках одного физического или одного виртуального компьютера. Преимущество – быстрота выполнения.
-
Распределенное программирование – его методы позволяют распределить работу программы между 2 или более процессорами, причем процессы могут существовать на одном или большем количестве компьютеров.
Распределенное программирование
Развитие современной вычислительной аппаратуры характеризуется четко выраженной тенденцией распространения многопроцессорных компьютеров и вычислительных сетей как локальных, так и глобальных. Уже недалеко то время, когда даже персональные компьютеры будут иметь несколько процессоров а самые мощные из них могут даже иметь сетевую архитектуру.
Поэтому в области программного обеспечения вызывают все больший интерес языки и другие инструментальные средства, поддерживающие разработку распределенных программ. При этом можно выделить три уровня распределенного программирования:
-
распределенное программирование в малом;
-
распределенное программирование в большом;
-
распределенные прикладные программные системы.
- Язык программирования. Общие принципы построения и использования языков программирования.
- Стандарты языков программирования.
- Лямбда-исчисление. Аппликация, абстракция, редукция, преобразование.
- Списки и функциональные выражения в функциональных языках программирования.
- Механизмы и средства взаимодействия программы с операционной системой.
- Функциональное программирование. Основные положения. Основные отличия от других типов языков программирования.
- Классификация языков программирования. Близость языков программирования к естественному языку.
- Унификация и хорновский клоз в логических языках программирования.
- Модель вычислений функциональных языков программирования.
- Языки программирования низкого уровня.
- Средства разработки графического интерфейса пользователя. Эргономические свойства человеко-машинного интерфейса.
- Процедурные языки программирования. Основные отличия от других типов языков.
- Обоснование выбора языка программирования.
- Перегрузка в языках программирования.
- Логические языки программирования. Основные положения и понятия. Основные отличия от других типов языков программирования.
- Объектно-ориентированные языки программирования (ооп). Основные отличия от других концепций языков программирования.
- Полиморфизм в ооп. Виртуальные функции. Таблицы виртуальных функций.
- Структура языка программирования. Синтаксис и семантика языка программирования. Расширенная форма Бэкуса-Наура.
- Наследование в ооп. Множественное наследование. Проблемы множественного наследования.
- Инкапсуляция в ооп. Контроль доступа.
- Понятие класса и объекта в ооп. Атрибуты, методы, конструктор и деструктор, статические члены класса.
- Диаграммы классов uml. Основные элементы и обозначения.
- Данные. Средства описания данных. Типизация языка.
- Преобразования типов. Контроль соответствия типов данных.
- Ооп. Основные концепции ооп.
- Современные интегрированные схемы разработки программ. Основные компоненты среды программирования.
- Декомпозиция программ.
- Трансляторы. Интерпретация и компиляция.
- Макропроцессоры и макрогенераторы.
- Потоки и процессы. Сходства и различия.
- Мониторы и защищаемые переменные в параллельном программировании.
- Семафоры в параллельном программировании. Типы семафоров.
- Отладчики. Генераторы кода и приложений.
- Параллельная обработка данных и параллелизм. Параллельное и распределенное программирование.
- Основные проблемы параллельного и распределенного программирования.
- Оценка максимально возможного параллелизма.
- Основные модели параллельного программирования.
- Оптимизатор. Основные функции оптимизатора.
- Обработка исключительных ситуаций. Иерархия и виды исключительных ситуаций.
- Операторы обработки исключительных ситуаций в различных языках программирования.
- Элементарные типы данных.
- Перегрузка данных, операторов, методов.
- Составные типы данных.
- Механизмы логического вывода. Прямая и обратная цепочки рассуждений.
- Пространство имен, область видимости, время жизни переменных.
- Ошибки при работе с вещественными числами. Смешанная арифметика.
- Операторы выбора и условные операторы.
- Вещественные числа. Способы представления. Операции над вещественными числами.
- Оператор присваивания. Операторы цикла.
- Распределение памяти при выполнении программы.
- Динамические структуры данных. Реализация динамических структур данных с помощью указателей.
- Библиотеки программ и классов. Статические и динамические библиотеки. Критерии проектирования библиотек.
- Подпрограммы. Формальные и фактические параметры подпрограмм.
- Передача параметров подпрограмме.
- Программный стек и его изменение.
- Рекурсивный и итерационный методы решения задач. Виды рекурсий.
- Общая характеристика языков ассемблера: назначение, принципы построения и использования; структура языка.
- Сериализация и десериализация. Методы сериализации объектов в базу данных.