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Computação de Alto Desempenho

Código:

BINF021

Sigla:

CAD

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Informática

Ocorrência: 2021/2022 - 2S

Ativa?	Sim
Página Web:	https://moodle.ips.pt/2122/course/view.php?id=1620
Unidade Responsável:	Matemática e Informática
Curso/CE Responsável:	Licenciatura em Bioinformática

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
BINF	30	Plano Estudos 2016	2	-	5	52,5	135

Língua de trabalho

Português

Objetivos

Adquirir competências básicas no domínio dos Sistemas Operativos e multiprogramação.
Entender o conceito de programação paralela e de alto desempenho.
Saber quando aplicar este conhecimento a problemas da Bioinformática.
Entender o conceito de programação paralela e de alto desempenho e saber quando aplicar este conhecimento a problemas da Bioinformática.

Resultados de aprendizagem e competências

Descreve a estrutura e o funcionamento de um SO, identificando as suas partes constituintes e relacionando-o com os vários componentes físicos (hardware) do computador.
Enuncia e compara diferentes algoritmos de escalonamento, ou seleção, analisando os seus aspetos positivos e negativos.
Enuncia e compara diversas topologias de redes de computadores e descreve corretamente o funcionamento das redes locais (cabeadas ou não) e da Internet e dos paradigmas cliente/servidor e peer-to-peer.
Enuncia os diversos modelos da computação de alto desempenho.
Define um dado problema ao nível da Bioinformática, identificando as suas condicionantes.
Elabora e descreve o funcionamento dum SO baseando-se em diagramas de estado dos processos.
Programa e descreve o funcionamento dum programa que utiliza técnicas de multiprogramação como semáforos.
Programa aplicações para computadores que façam uso dos recursos do computador de forma eficiente usando e dominando técnicas de multiprogramação e sincronização de threads/processos e programação paralela a partir dum problema.
Resolve problemas da sua área recorrendo a diferentes abordagens da computação de alto desempenho.

Modo de trabalho

Presencial

Pré-requisitos (conhecimentos prévios) e co-requisitos (conhecimentos simultâneos)

Pressupõe competências básicas adquiridas em programação e conhecimento das utilizações mais frequentes da informática na Bioinformática.

Programa

Noções Básicas de Sistemas Operativos

1. Evolução histórica
2. Estrutura e objetivos dum SO
3. Panorâmica atual
4. Gestão de processos e threads: Concorrência e pseudoparalelismo
5. Comunicação entre processos e threads
6. Escalonamento de processos
7. Tipos de memória
8. Memória virtual, paginação e segmentação
9. E/S: Implementação interna
10. Dispositivos de E/S, controladores e DMA
11. Tratamento de interrupções

Noções Básicas de Redes de Computadores

12. Conceitos de Redes de Computadores
13. Modelos OSI e TCP/IP
14. Redes TCP/IP e Redes Ethernet
15. Equipamentos de Redes
16. Redes Locais Sem Fios
17. Redes Locais Virtuais
18. Modelos de comunicação e distribuição de processamento
19. Interfaces de programação distribuída em C e em Java

Introdução ao conceito de processamento paralelo e à computação distribuída.

20. Modelo Cliente/Servidor versus Modelo Peer-to-Peer
21. Comunicação por passagem de mensagens
22. Desafios da computação paralela (shared state, correctness)
23. Mecanismos de execução paralela
    1. Serialização e sincronização
    2. Locks e Semáforos

• Variáveis condicionais

24. Modelos e paradigmas da computação paralela
25. Aplicações da computação paralela

Introdução à computação de alto desempenho

26. Introdução a CUDA/OpenCL e Processadores Gráficos (GPUs)
27. Interfaces e modelos de desenvolvimento para GPUs
28. Fatores de desempenho

Bibliografia Obrigatória

Tanenbaum Andrew; Modern operating systems, Prentice Hall Press, 2015. ISBN: 978-0133591620
Andrews Greg; Foundations of multithreading, parallel and distributed programming, Addison-Wesley Longman Publishing Co., 1999. ISBN: 978-0201357523

Bibliografia Complementar

Tanenbaum Andrew; Distributed Systems: Principles and Paradigms, Prentice Hall Press, 2006. ISBN: 978-1543057386
Pacheco Peter; An introduction to parallel programming, Morgan Kaufmann, 2011. ISBN: 9780123742605

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Aulas teóricas com apresentação de slides e debates; apresentações de trabalhos de pesquisas em grupo; questionários Moodle para reforço de aprendizagem e avaliação.
Aulas práticas com software licenciado ou livre e simulação nos computadores do laboratório.
Proposta de trabalho de pesquisa sobre o estado da arte e projeto de programação paralela com apresentações em sala pelos estudantes.

Software

MinGW
VSCode
Python3
PyCharm

Palavras Chave

Ciências Tecnológicas > Tecnologia > Tecnologia de computadores > Tecnologia de software
Ciências Tecnológicas > Tecnologia > Tecnologia de computadores > Tecnologia de sistemas

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída sem exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Apresentação/discussão de um trabalho científico	30,00
Teste	35,00
Participação presencial	35,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Apresentação/discussão de um trabalho científico	4,00
Estudo autónomo	37,00
Frequência das aulas	28,00
Trabalho de investigação	38,00
Trabalho laboratorial	28,00
Total:	135,00

Obtenção de frequência

Excecionalmente neste semestre não será computada a assiduidade dos alunos.

Fórmula de cálculo da classificação final

Nota final = 0,35xquestionários + 0,35xteste + 0,30xprojeto