12463

Подготовка специалистов в области высокопроизводительных вычислений на базе межуниверситетской инновационной учебно-исследовательской лаборатории InterUniLab

Научная статья

Информатика, кибернетика и программирование

Подготовка специалистов в области высокопроизводительных вычислений на базе межуниверситетской инновационной учебноисследовательской лаборатории InterUniLab А.С. Абрамова Н.А. Шехунова А.В. Бухановский Аннотация Рассматриваются особенности разработки учебномето

Русский

2013-04-27

66 KB

0 чел.

Подготовка специалистов в области высокопроизводительных вычислений на базе межуниверситетской инновационной учебно-исследовательской лаборатории InterUniLab*

А.С. Абрамова, Н.А. Шехунова, А.В. Бухановский

Аннотация

Рассматриваются особенности разработки учебно-методического комплекса «Высокопроизводительные вычисления» на основе модульного и компетентностного подходов, ориентированных на слушателей-магистров по специализации «Разработка программного обеспечения» Санкт-Петербургского Государственного университета информационных технологий, механики и оптики. Самостоятельная работа в рамках комплекса ориентирована на участие в учебно-исследовательских проектах, выполняемых в межуниверситетской учебно-исследовательской лаборатории InterUniLab.

Введение

Современный этап развития высокопроизводительных вычислительных технологий характеризуется: широким распространением многоядерных компьютерных архитектур, удешевлением и доступностью кластерных систем на основе стандартных комплектующих, развитием технологий распределенных вычислений, в том числе, Грид [1]. Это требует модификации и развития соответствующих учебных комплексов. Недостаточное внимание сейчас уделяется системному подходу к параллельному математическому и программному обеспечению, как совокупности математических моделей, методов их реализации, параллельных алгоритмов, технологий программирования, тестирования и верификации параллельных программ, хотя именно такой путь позволяет строить эффективные параллельные алгоритмы и проектировать надежные программные системы на их основе [2].

Так как Россия в 2003 году присоединилась к Болонскому процессу, новые УМК должны разрабатываться в соответствии с требованиями, предъявляемыми Европейским союзом. Это позволит включить российские учебные курсы в европейскую систему образования. Главной проблемой перехода к новой системе образования, вызывающей полемику, является переход от квалификационного подхода к компетентностному,  а также модульная структура обучения.

Преподавание высокопроизводительных вычислений (High Performance Computing, HPC), как дисциплины из области компьютерных наук, требует серьезной материальной и информационной базы. HPC быстро развивается, что приводит к необходимости постоянного обновления учебных материалов, которые должны в общем случае содержать мультидисциплинарные сведения (архитектура ЭВМ, теория построения алгоритмов, технологии программирования, коммуникационные технологии и пр.). Требования к педагогическому процессу в области высокопроизводительных вычислений, такие как направленность на конкретный результат образования и гибкость, дают право описать его в виде функциональной системы. Описание педагогического процесса в виде функциональной системы дает возможность эффективно управлять этим сложным процессом [3].

1. Разработка курса

Курс «Конструирование и анализ параллельных алгоритмов» разбит на модули: проектирование параллельных алгоритмов, проектирование параллельных программ, прикладные параллельные алгоритмы. По окончании курса студент должен уметь: строить эффективные параллельные алгоритмы, применительно к конкретной вычислительной архитектуре, уметь оценивать и моделировать параллельную производительность алгоритма для определенной вычислительной архитектуры, выбирать алгоритмы для решения поставленной задачи, выбирать технологии параллельного программирования для решения поставленной задачи, реализовывать ПО с помощью технологий параллельного программирования, оценивать эффективность работы параллельной программы и формулировать рекомендации по ее модификации.

Курс «Технологии распределенный вычислений и систем» разбит на 5 модулей: основные виды распределенных вычислительных архитектур, концепция и модели Грид, проектирование приложений для распределенных вычислительных архитектур, разработка приложений в peer-to-peer-системах, разработка приложений в современных Грид-системах. По окончании курса студенты должны уметь выбирать оптимальный способ организации распределенной вычислительной системы, классифицировать распределенные вычислительные архитектуры, оценивать и моделировать параллельную производительность распределенной вычислительной системы, выбирать вычислительную систему для решения поставленной задачи, выбирать программный инструментарий для решения поставленной задачи, пользоваться программным инструментарием распределенных вычислительных систем, разрабатывать эффективное программное обеспечение для распределенный вычислительных систем.

В методическое обеспечение курса входит виртуальная лаборатория, которая формируется на базе разрабатываемых лабораторных работ. Лабораторные работы посвящены построению и оптимизации параллельных алгоритмов: метод Монте-Карло вычисления интегралов, решение систем линейных алгебраических уравнений методом Монте-Карло, генетический алгоритм (глобальная оптимизация), численное интегрирование (квадратуры), поиск на графах, умножение матриц, метод конечных элементов, параллельное LU-разложение.

2. Работа студентов

Самостоятельная работа студентов в рамках данных курсов ориентирована на участие в учебно-исследовательских проектах, выполняемых в межуниверситетской инновационной учебно-исследовательской лаборатории InterUniLab. InterUniLab создана совместной инициативой Санкт-Петербургских университетов — Санкт-Петербургского Государственного политехнического университета, СПбГУ ИТМО, Санкт-Петербургского Государственного университета авиаприборостроения и др. — и Фондом содействия развитию малых предприятий в научно-технической сфере при поддержке глобальных IT-компаний, таких как Intel, Microsoft, Cadence. Одной из ее задач является подготовка квалифицированных кадров в области критических технологий (в том числе, технологии распределенных вычислений и систем, высокопроизводительные вычисления) путем вовлечения слушателей в практическую реализацию мотивационных (курсовых) проектов — индивидуального или в составе рабочей группы. Мотивационный проект ориентирован на разработку математического обеспечения высокопроизводительных вычислений в определенной предметной области. Слушателям на выбор будут предложены задачи из области гидрометеорологии, экологии, биомедицины, физики плазмы, технической диагностики и управления подвижными техническими объектами, основанные на реальных массивах данных.

УМК «Высокопроизводительные вычисления» в СПбГУ ИТМО в настоящий момент находится в состоянии разработки. Однако отдельные его элементы уже прошли апробацию в рамках летних и зимних школ Intel (2006, 2007 гг.), а также в плановом учебном процессе СПбГУ ИТМО. Ввод УМК в опытную эксплуатацию планируется в осеннем семестре 2008 г.

Список литературы

  1.  Defining the Grid — a snapshot of the current view // H. Stockinger, 2006 ( www.gridclub.ru)
  2.  Гергель В.П., Стронгин Р.Г. Основы параллельных вычислений для многопроцессорных вычислительных систем. – Н.Новгород, ННГУ, 2001
  3.  Анохин П.К. Принципиальные вопросы общей теории функциональных систем. — М, 1973

* Работа выполняется при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках приоритетного национального проекта «Образование».


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

30910. Роль печени в пищеварении 29 KB
  Состав желчи: 1. Специфические вещества: желчные кислоты и желчные пигменты: билирубин основной пигмент у человека придает коричневую окраску; биливердин в основном в желчи травоядных животных зеленый цвет. Роль желчи в пищеварении: 1.Желчные кислоты как компонент желчи играют в пищеварении ведущую роль: эмульгируют жиры активируют поджелудочную липазу обеспечивают всасывание нерастворимых в воде веществ образуя с ними комплексы жирные кислоты холестерин жирорастворимые витамины А D Е К и соли Са2...
30911. Состав и свойства кишечного сока 44.5 KB
  Состав и свойства кишечного сока Сок тонкой кишки Объем суточной секреции 25 л. Сахараза Лактаза Мальтаза Изомальтаза Гаммаамилаза фиксирована к стенке кишки. Фосфатазы Щелочная фосфатаза Кислая фосфатаза Сок толстой кишки рН сока 8590. К специфическим веществам сока толстой кишки относится слизь которая обеспечивает формирование каловых масс.
30912. Всасывание 28.5 KB
  Всасываются глюкоза алкоголь некоторые лекарственные вещества валидол нитроглицерин назначаются под язык . В желудке всасываются вода алкоголь некоторые соли и моносахариды в минимальных количествах вещества растворенные в спирте всасываются в больших количествах. Всасываются: продукты гидролиза жиров белков углеводов вода минеральные соли витамины. В норме всасываются только низкомолекулярные вещества лишенные видовой и индивидуальной специфичности.
30913. Принципы регуляции деятельности пищеварительной сис 33.5 KB
  Принципы регуляции деятельности пищеварительной системы Общие принципы регуляции пищеварения 1. Механизмы регуляции пищеварения: делятся на: нервные и гуморальные. Нервная регуляция пищеварения Нервная регуляция пищеварения осуществляется за счет безусловных и условных рефлексов. Рефлекторная регуляция пищеварения имеет ряд особенностей: 1.
30914. Пластическая и энергетическая роль углеводов, жиров и белков 28 KB
  Пластическая роль липидов состоит в том что они входят в состав клеточных мембран и в значительной мере определяют их свойства. Большая часть жиров в организме находится в жировой ткани меньшая часть входит в состав клеточных структур. Они входят в состав клеточных структур в частности клеточных мембран а также ядерного вещества и цитоплазмы. Это вещество входит в состав клеточных мембран; оно является источником образования желчных кислот а также гормонов коры надпочечников и половых желез.
30915. Энергообмен 36.5 KB
  Энергообмен Обмен веществ и энергии связаны между собой. Обмен веществ сопровождается преобразованием энергии химической механической электрической в тепловую. Количество тепла выделяемое живым организмом пропорционально интенсивности обмена веществ. По количеству выделяемого организмом тепла можно оценить интенсивность обменных процессов.
30916. Тепловой обмен 42.5 KB
  Баланс теплопродукции и теплоотдачи является главным условием поддержания постоянной температуры тела. Механизмы теплоотдачи: Излучение способ отдачи тепла в окружающую среду поверхностью тела человек в виде электромагнитных волн инфракрасного диапазона. Теплопроведение способ отдачи тепла при соприкосновении тела человека с другими физическими телами. Количество отдаваемого при этом тепла прямопропорционально: а разнице средних температур контактирующих тел б площади контактирующих поверхностей в времени теплового контакта г...
30917. Гомеостатические функции почек 26.5 KB
  поддержание осмотического давления крови за счет уровня глюкозы аминокислот липидов гормонов в ней 4. поддержание ионного состава крови 5.регуляция кислотнощелочного баланса рН мочи от 45 до 84 тогда как рН крови постоянная 6. удаление из крови чужеродных соединений и нейтрализация токсических веществ 9.
30918. Выделительная функция почек. Механизмы образования первичной мочи 25 KB
  Ряд веществ находящихся в плазме крови в норме отсутствуют во вторичной моче. Другие вещества находятся во вторичной моче в концентрациях значительно превышающие таковые в плазме крови. Некоторые соли выводятся в концентрациях близких или равных таковым в крови. Клубочковая фильтрация процесс фильтрации из плазмы крови протекающей через капилляры клубочка в полость капсулы почечного клубочка воды и растворенных в плазме веществ за исключением крупномолекулярных соединений.