《高性能计算机系统导论》实验教学大纲

一、实验课程性质、目的与任务

《高性能计算机系统导论》课程实验与《高性能计算机系统导论》理论课程密切结合，是以高性能计算机系统实现算法为主的、非单独设课的四年制本科计算机专业学生的实验课程。所涉及的计算机知识面较广，具有较强的综合性。通过本门课程的学习，学生应掌握高性能计算机系统的基本特征和功能，了解高性能计算机系统的发展趋势，熟悉高性能计算机系统各功能中的基本算法，对高性能计算机系统的基本工作原理有深刻的认识，具有分析和设计高性能计算机系统主要功能、基本算法的能力，为学习后续课程和从事实践技术工作奠定基础。

通过本实验课程，应达到以下几个教学目的：

1. 熟悉并行程序设计基础(并行计算机系统与结构模型、PC机群搭建和并行程序设计简介等)；

2. 并行程序编程(MPI、PVM、HPF和OpenMP等)；

3. 并行程序开发方法(可视化并行程序设计环境、并行程序调试和并行程序性能分析及优化等)；

4. 并行算法编程实现,主要包括非数值并行算法(排序、串匹配、图论、组合优化和计算几何等)及其MPI编程实现和数值计算并行算法(矩阵运算、线性方程组求解、矩阵特征值计算等)及其MPI编程实现。

二、实验教学基本要求

1、准备好上机所需的程序；

2、上机输入和调试自己所编写的程序；

3、上机结束后，应整理出实验报告，实验报告应包括以下内容：实验项目名称；算法分析；程序清单；运行结果；对运行情况所作的分析以及本次调试程序所取得的经验，如果程序未能通过，应分析其原因。

三、实验项目与类型：

四、实验教学内容

实验一：熟悉目前的主流并行计算平台

熟悉主流并行计算平台上的体系结构以及部署在其上的MPI、PVM、HFP等并行编程环境；学习并行程序的编写、编译、运行步骤，了解系统结构对编程模式和环境工具的影响。

实验二：学习并行程序设计的基本风范

了解并行程序设计的本风范，包括：基于数据分解的SPMD、基于功能分解的MPMD等。

实验三：简单并行程序的编写

在所提供的几种并行计算平台（主要是机群）上，实际编写简单的MPI、PVM、HPF等并行计算程序。

实验四：机群环境下数值算法的MPI实现

针对一些典型的数值算法，如矩阵转置、矩阵向量乘、矩阵分解、线性方程组求解、FFT等基本问题，在机群环境中使用MPI设计并实现具体的并行算法。

实验五：机群环境下非数值算法的MPI实现

针对一些典型的非数值算法，如排序、图论问题、串匹配、组合优化、计算几何等基本问题，在机群环境中使用MPI设计并实现具体的并行算法。

实验六：了解并行机群环境

通过对实际机群环境的讲解介绍，使同学了解机群的基本分类，基本组成部件、基本体系结构以及基本的软件构成

实验七：机群环境的搭建

让同学们亲自动手实际搭建一个具体的并行计算机群环境。

五、考核方法

1．教师对学生实验过程完成情况进行详细登记，记入实验成绩中。

2．学生完成实验后按要求撰写实验报告，根据实验报告确定每次实验的等级。

3．实验成绩按20%比例计入课程期评总成绩中。

六、实验指导书及主要参考书目

[1]陈国良等，《并行计算机体系结构》，北京：高教出版社，2002

[2]陈国良，《并行算法的设计与分析》，北京：高教出版社，2002 (修订版)

[3]陈国良等，《并行算法实践》，北京：高教出版社，2003

大纲撰写人：彭东海

大纲审阅人：袁辉勇

2012.6