PLAN DE COURS Hiver 2015

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1 PLAN DE COURS Hiver GIF Systèmes parallèles et temps réel Informations générales Crédits : 3 Temps consacré : Mode d'enseignement : Présentiel Site Web : Intranet Pixel : Enseignant(s) : Bergevin, Robert robert.bergevin@gel.ulaval.ca Responsable : à déterminer Date d'abandon sans échec avec 26 Janvier à 23h59 remboursement : Date d'abandon sans échec sans 23 Mars à 23h59 remboursement : Description sommaire Ce cours traite de la modélisation, de la conception et de la réalisation des systèmes parallèles et temps réel. Ces systèmes se retrouvent dans plusieurs applications complexes dont une composante importante est le traitement intelligent de l'information. Les trois thèmes principaux du cours sont donc liés aux aspects fondamentaux des systèmes intelligents, en interaction avec un environnement dynamique : le temps réel, le parallélisme et la tolérance aux fautes. Un projet de conception, de simulation et de documentation d'un système parallèle et du temps réel permet d'illustrer divers concepts traités dans le cadre du cours. Objectifs À la fin de ce cours, l'étudiant devra être en mesure de : Démontrer une compréhension des principes de l'acquisition, du traitement et de l'utilisation de l'information dans le contexte des systèmes numériques parallèles, fiables et performants opérant dans le cadre de contraintes de temps réel. Démontrer une connaissance de l'architecture des systèmes parallèles et temps réel : architectures parallèles, réseaux d'interconnexion. Résoudre des problèmes faisant appel à divers concepts et méthodes liés à la spécification, la modélisation, la conception et la réalisation des systèmes parallèles et temps réel : contraintes 1/6

2 de temps réel, algorithmes de traitement parallèle et distribué, traitement concourant et temps réel, communications inter-processus, synchronisation, ordonnancement, allocation, fiabilité et tolérance aux fautes. Concevoir un système en temps réel, parallèle et tolérant aux fautes en mettant en application les modèles théoriques et les techniques vus au cours. Analyser les résultats de simulations faites à l'aide d'un logiciel développé. Contenu Introduction (3h) : définition et conception de systèmes parallèles et temps réel. Modèle général. Ordinateur parallèle: questions fréquentes, taxonomies de Flynn et de Skillicorn, analogies. Conception et analyse des applications parallèles (6h): méthodologie de conception. Accélérations de Amdahl et de Gustafson. Allocations unique et équilibrée. Analyse d'un calcul structuré. Traitement concourant et temps réel (3h) : Contraintes temporelles et ordonnancement des processus. Mesures de performance: temps de réponse et chargement temporel. Formalisation de l'ordonnancement. Gestionnaire cyclique. Analyse de l'ordonnancement temps réel (6h): conditions nécessaires et suffisantes pour la réalisabilité. Stratégies statiques. Simulation. Stratégies dynamiques. Modèles statistiques de création de processus sporadiques. Interactions entre les processus (3h): communication et synchronisation, partage des ressources. Modèle du producteur et du consommateur. Réseau de Petri. Problème du dîner des philosophes. Fiabilité et tolérance aux fautes (3h): faute, erreur et défaillance. Mesures probabilistes de la fiabilité, la défaillance et la disponibilité. Mesures statistiques. Tolérance aux fautes par redondance temporelle et spatiale. Problème des généraux byzantins. Réseaux d'interconnexion statiques et communications (6h): acheminement des messages, activation et choix du chemin. Méthodes de contrôle du flot de données. Routage fixe et adaptatif. Topologies statiques. Diffusion. Routage tolérant aux fautes. Réseau hypercube et transpositions. Réseaux d'interconnexion dynamiques (6h): réseaux multi-étages. Topologie générale. Permutation mélange parfait et réseau oméga. Auto-routage. Réseau non-bloquant. Permutations sans conflit. Test de blocage, redondances spatiale et temporelle. Accès total dynamique. Consignes sur les travaux Le projet de session consiste à développer en équipe un logiciel de simulation d'un système parallèle et temps réel. Le coeur du logiciel est un programme séquentiel qui simule l'exécution de processus concourants et temps réel sur une architecture de traitement parallèle. Cette architecture comporte un nombre variable de processeurs reliés par un réseau d'interconnexion point-à-point. Les processus sont alloués aux divers processeurs et un ordonnancement approprié de leur exécution sur chaque processeur permet de respecter leurs contraintes temporelles. Les spécifications du projet sont fournies sous la forme d'un chiffrier Excel. Le projet comporte deux livrables, d'étape et final, avec pour chacun un rapport écrit et les logiciels source et exécutable. Le projet comporte aussi une démonstration en direct du logiciel final. Il est finalement à noter que la 2/6

3 maîtrise de la programmation orientée objet et des interfaces graphiques est nécessaire à la réalisation des travaux pratiques. Déroulement du cours Le cours comporte trois heures magistrales en classe à chaque semaine, incluant un quiz individuel de trente minutes, sauf pour la premère semaine, pour laquelle il n'y a pas de quiz, et la dernière semaine, qui est consacrée aux démonstrations du projet par chaque équipe. Les travaux pratiques sont réalisés en horaire libre, mis à part une série de cinq rencontres obligatoires avec l'assistant du cours pour le suivi du projet. Détails sur les modalités d'évaluation L'évaluation est basée sur douze quiz (comptant au total pour 70% de la note finale) et sur les livrables et rapports des travaux pratiques (comptant au total pour 30% de la note finale). La note de passage du cours est de 50% Les révisions de note, s'il y a lieu, seront faites conformément à la procédure officielle du règlement des études (RE) et des règles de la Faculté. Échelle des cotes (cycle 1) Échelle des cotes A+ [ ] A [ ] A- [ ] Réussite B+ [ ] B [ ] B- [ ] Réussite C+ [ ] C [ ] C- [ ] Réussite D+ [ ] D [ ] Réussite E [ ] X Échec Abandon sans échec (dans les délais prévus) Bibliographie Obligatoire : Notes de cours GIF-3003 Systèmes parallèles et temps réel, R. BERGEVIN. Livres de référence : Embedded Systems: A Contemporary Design Tool, PECKOL, John Wiley & Sons, Systèmes temps réel de contrôle-commande, COTTET et al, Dunod, Real-Time Systems and Sofware, SHW, John Wiley & Sons, /6

4 Scheduling in Real-Time Systems, COTTET et al, John-Wiley & Sons, Software Design Methods for Concurrent and Real-Time Systems, GOMAA, Addison-Wesley, Interconnection Networks: An Engineering Approach, DUATO et al, IEEE CS Press, Introduction to Parallel Computing, KUMAR et al, Benjamin Cummins, Modalités d'évaluation Examen Date Heure Quiz C01 Quiz C02 Vendredi 23 janvier Vendredi 30 janvier Quiz C03 Vendredi 6 février Quiz C04 Quiz C05 Quiz C06 Vendredi 13 février Vendredi 20 février Vendredi 27 février Quiz C07 Vendredi 13 mars Quiz C08 Vendredi 20 mars Quiz C09 Vendredi 27 mars Quiz C10 Vendredi 10 avril Quiz C11 Vendredi 17 avril Quiz C12 Vendredi 24 avril Pondération de la note finale Document(s) autorisé(s) 5.00% Calculatrice autorisée seulement 5.00% Calculatrice autorisée seulement Travail Équipes Date d'échéance Heure Projet: livrable L1 5 à 7 Vendredi 13 mars 15h00 Date d'activité Heure Pondération de la note finale n/a n/a 10.00% 4/6

5 Projet: démo 5 à 7 Mercredi 22 avril 08h30 n/a n/a 5.00% Projet: livrable L2 5 à 7 Vendredi 24 avril 15h00 n/a n/a 15.00% Horaire et disponibilités Cours en classe : Vendredi 09h30 à 12h20 Disponibilité de l'enseignant : Jeudi 14h30 à 15h30 PLT-1138-C (du 16 janv. au 24 avril) Politique sur l'utilisation d'appareils électroniques pendant une séance d'évaluation L'utilisation d'appareils électroniques (cellulaire ou autre appareil téléphonique sans fil, pagette, baladeur, agenda électronique, etc.) est interdite au cours d'une séance d'évaluation et de toute autre activité durant laquelle l'enseignant l'interdit. De plus, seuls certains modèles de calculatrices sont autorisés durant les séances d'évaluation. Les modèles suivants sont autorisés : Hewlett Packard HP 20S, HP 30S, HP 32S2, HP 33S, HP 35S Texas Instrument TI-30Xa, TI-30XIIB, TI-30XIIS, TI-36X, BA35 Sharp EL-531*, EL-535-W535, EL-546*, EL-510 R, EL-520* FX-260, FX-300 MS, FX-350 MS, FX-300W Plus, FX-991MS, Casio FX-991ES * Calculatrices Sharp: sans considération pour les lettres qui suivent le numéro Dans tous ces cas, la calculatrice doit être validée par une vignette autocollante émise par la COOP étudiante ZONE. Information spécifique aux étudiants de l'école d'actuariat Les calculatrices autorisées lors des examens sont uniquement les modèles répondant aux normes de la Society of Actuaries et de la Casualty Actuarial Society pour leurs examens, soit les modèles Texas Instruments suivants : BA-35 (solaire ou à pile) BA II Plus BA II Plus Professional TI-30Xa TI-30X II (IIS ou IIB) TI-30X MultiView (XS ou XB) Politique sur le plagiat et la fraude académique Règles disciplinaires 5/6

6 Tout étudiant qui commet une infraction au Règlement disciplinaire à l'intention des étudiants de l'université Laval dans le cadre du présent cours, notamment en matière de plagiat, est passible des sanctions qui sont prévues dans ce règlement. Il est très important pour tout étudiant de prendre connaissance des articles 28 à 32 du Règlement disciplinaire. Celui-ci peut être consulté à l'adresse suivante: Plagiat Tout étudiant est tenu de respecter les règles relatives au plagiat. Constitue notamment du plagiat le fait de: 1. copier textuellement un ou plusieurs passages provenant d'un ouvrage sous format papier ou électronique sans mettre ces passages entre guillemets et sans en mentionner la source; 2. résumer l'idée originale d'un auteur en l'exprimant dans ses propres mots (paraphraser) sans en mentionner la source; 3. traduire partiellement ou totalement un texte sans en mentionner la provenance; 4. remettre un travail copié d'un autre étudiant (avec ou sans l'accord de cet autre étudiant); 5. remettre un travail téléchargé d'un site d'achat ou d'échange de travaux scolaires. L'Université Laval étant abonnée à un service de détection de plagiat, il est possible que l'enseignant soumette vos travaux pour analyse. Étudiants ayant un handicap, un trouble dapprentissage ou un trouble mental Les étudiants qui ont une lettre d'attestation d'accommodations scolaires obtenue auprès d'un conseiller du secteur Accueil et soutien aux étudiants en situation de handicap (ACSESH) doivent impérativement se conformer à la politique d'accommodations scolaires aux examens de la Faculté des sciences et de génie qui peut être consultée à l'adresse : 6/6