Técnicas de Programación
(Curso Académico 2024 - 2025)

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• CE8 - Saber programar, al menos, en un lenguaje relevante para el cálculo científico en Astrofísica
• CE11 - Saber utilizar la instrumentación astrofísica actual (tanto en observatorios terrestres como espaciales) especialmente aquélla que usa la tecnología más innovadora y conocer los fundamentos de la tecnología utilizada

• CG1 - Conocer las técnicas matemáticas y numéricas avanzadas que permitan la aplicación de la Física y de la Astrofísica a la solución de problemas complejos mediante modelos sencillos

• CB6 - Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación
• CB7 - Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios
• CB8 - Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios
• CB10 - Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo

• CX2 - Aplicar los conocimientos de informática, Física, Astrofísica y computación para construir simulaciones numéricas de fenómenos o escenarios astrofísicos

Profesor: Hannu Parviainen
Temas (epígrafes):
- Conceptos básicos de Fortran90.
- Depuradores de código (debuggers).
- Programación paralela: conceptos básicos. Los estándares OpenMP y MPI.
- Procedimientos, recursividad.
- Punteros y memoria dinámica.
- Rendimiento y optimización de programas serie y paralelo.
- Aplicación de la programación en paralelo a un problema astrofísico.

Impartición de temas, los materiales educativos, los ejercicios de ejemplos y prácticas, y los exámenes serán en inglés.

El objetivo de esta asignatura es que el alumnado aprenda, ayudado de ejemplos y prácticas con el ordenador, ciertas técnicas avanzadas de programación necesarias para la implementación de multitud de algoritmos habituales en aplicaciones astrofísicas, así como los conceptos básicos de la programación paralela. Se persigue que sea capaz de implementar en Fortran 90 algoritmos complejos que requieran estructuras de datos dinámicas, que adquiera conocimientos básicos de programación paralela y que sepa evaluar de manera teórica y práctica la mejora en el rendimiento que la programación paralela puede introducir en un código.
Las clases se dividirán entre clases teóricas (aprox. 1/2) y clases prácticas (aprox. 1/2) donde el alumnado pondrá en práctica los conocimientos aprendidos. Asimismo, tendrá que realizar tres prácticas obligatorias.

Actividades formativas	Horas presenciales	Horas de trabajo autónomo	Total horas	Relación con competencias
Clases teóricas	15,00	0,00	15,0	[CE8], [CG1], [CE11], [CB8], [CB10]
Clases prácticas (aula/ laboratorio/centro de calculo/observatorio)	15,00	0,00	15,0	[CE8], [CG1], [CX2], [CB7], [CB6]
Realización de trabajos (individual/grupal)	0,00	35,00	35,0	[CX2], [CB10], [CG1], [CE8], [CE11], [CB7], [CB8], [CB6]
Estudio/preparación de Clases	0,00	10,00	10,0	[CE8], [CG1], [CE11], [CX2], [CB6]
Total horas
Total ECTS

W.S. Brainerd
 "Guide to Fortran 2008 Programming" (London: Springer, 2015).

P.S. Pacheco
"Parallel Programming with MPI" (San Francisco, CA: Morgan Kaufmann, 1997).

W. Gropp, E. Lusk, A. Skjellum
"Using MPI: Portable Parallel Programming with the Message-Passing Interface" (3rd ed., Cambridge, MA: The MIT Press, 2014).

S. Chachon, B. Straub "Pro Git",
https://git-scm.com/book/en/v2

M. Metcalf, J. Reid, M. Cohen "Modern Fortran Explained" (2nd ed., NY: Oxford University Press, 2018). If the last edition of this book is not available, it can be substituted by previous editions from the same authors: "Modern Fortran Explained" (1st ed., 2011), "Fortran 95/2003 Explained" (2004), or "Fortran 90/95 Explained" (1996, 1999).

Esta asignatura, con contenido predominantemente práctico, solo puede pasar por evaluación continua de las tres siguientes etapas con 1/3 de la nota final por cada una:

1. 33.3% Entregable práctico 1 sobre programación general en Fortran. Disponible: semana 2. Entrega: semana 5.
2. 33.3% Entregable práctico 2 sobre programación en paralelo. Disponible: semana 5. Entrega: semana 8.
3. 33.3% Entregable práctico 3 sobre programación en paralelo. Disponible: semana 7. Entrega: semana 11.

Para superar la asignatura se requiere aprobar cada una de las prácticas. En caso de no superar la evaluación continua en la primera convocatoria, se permite la recuperación de partes de la continua (las otras notas se guardarán) en la segunda convocatoria, en la que mantenemos la misma modalidad de evaluación continua.

Tipo de prueba	Competencias	Criterios	Ponderación
Trabajos y proyectos	[CX2], [CB10], [CG1], [CE8], [CE11], [CB7], [CB8], [CB6]	Demostración de las capacidades de aplicar los conocimientos adquiridos para resolver problemas en tres entregables prácticos.	100,00 %

Las clases de teoría y práctica se imparten mixtas en el Centro de Cálculo del Alumnado. El orden de los temas puede cambiar según las necesidades y el progreso del grupo.  

En un periodo de 8 semanas se tratarán los siguientes temas:
Tema 1: Introducción a conceptos básicos de Fortran.
Tema 2: Tipos de datos, estructuras de control.
Tema 3: Procedimientos y recursividad en Fortran.
Tema 4: Punteros y tipos derivados en Fortran.
Tema 5: Herramientas de desarollo de código, depuración, análisis de rendimiento, control de versiones.
Tema 6: Introducción de un problema de programación astrofísica.
Tema 7: Introducción a la programación en paralelo, estandares OpenMP y MPI.
Tema 8: Conceptos básicos de OpenMP.
Tema 9: Conceptos básicos de MPI.
Tema 10: Llamadas colectivas en MPI.
 

Semana	Temas	Actividades de enseñanza aprendizaje	Horas de trabajo presencial	Horas de trabajo autónomo	Total
Semana 1:	1	Introducción a conceptos básicos de Fortran. Ejercicios básicos con Fortran.	2.00	3.00	5.00
Semana 2:	2 y 3	Tipos de datos en Fortran. Estructuras de control de flujo. Modularización, funciones y subrutinas Módulos. Procedimientos y recursiviad. Ejercicios sobre recursividad. Práctica 1 disponible. Tiempo para realizarla: 3 semanas.	4.00	6.00	10.00
Semana 3:	3 y 4	Modularización, funciones y subrutinas Módulos. Procedimientos y recursiviad. Ejercicios sobre recursividad. Teoría de punteros y tipos derivados. Ejercicios sobre punteros y tipos derivados.	4.00	6.00	10.00
Semana 4:	4	Teoría de punteros y tipos derivados. Ejercicios sobre punteros y tipos derivados.	4.00	6.00	10.00
Semana 5:	5 y 6	Herramientas de ayuda al desarollo: depuradores, perfilajes, y control de versiones. Introducción de un problema de programación astrofísica. Práctica 2 disponible. Tiempo para realizarla: 3 semanas.	4.00	6.00	10.00
Semana 6:	7 y 8	Introducción a la teoría de programación en paralelo: OpenMP y MPI. Conceptos y ejercicios básicos de OpenMP.	4.00	6.00	10.00
Semana 7:	9 y 10	Conceptos básicos de MPI. Llamadas colectivas y avanzadas con MPI.  Ejercicios avanzados con MPI. Práctica 3 disponible.  Tiempo para realizarla: 4 semanas.	4.00	6.00	10.00
Semana 8:	10	Llamadas colectivas y avanzadas con MPI.  Ejercicios avanzados con MPI.	4.00	6.00	10.00
Total			30.00	45.00	75.00