Инновационные проекты кафедры «компьютерные системы и

Инновационные проекты кафедры «Компьютерные системы и технологии» МИФИ
Л.Д. ЗАБРОДИН, М.А. ИВАНОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ИННОВАЦИОННЫЕ ПРОЕКТЫ
КАФЕДРЫ «КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ» МИФИ
Представлена концепция кафедры «Компьютерные системы и технологии» МИФИ по обеспечению уровня профессиональной подготовки специалистов, отвечающих сегодняшним требованиям предприятий-работодателей и рынка
труда в целом. Она предусматривает углубленную подготовку по тем дисциплинам, которые в наибольшей степени отвечают интересам предприятий, сокращают время адаптации молодых специалистов к условиям и профилю предприятия, позволяют быстрее приступить к решению конкретных производственных задач.
Концепция кафедры «Компьютерные системы и технологии» МИФИ по обеспечению уровня
профессиональной подготовки специалистов по направлению «Информатика и вычислительная
техника» профиль 23.01.01 предусматривает углубленную подготовку по специальным дисциплинам, которые в наибольшей степени отвечают интересам предприятий-работодателей, и особую
форму организации учебного процесса. Реализация концепции имеет инновационный характер и
тем самым сокращает время адаптации молодых специалистов к конкретным условиям работы и
профилю предприятия, позволяет быстрее приступить к решению конкретных производственных
задач. Инновации заключаются также в отражении в учебных курсах и практикумах не только последних достижений науки, но и практических результатов научных работ кафедры, выполняемых
в интересах предприятий. Такие инновационные проекты позволяют широко использовать в учебном процессе конкретные достижения, реальные производственные задания, изучать современные
промышленные технологии.
Выполнение НИР по актуальнейшим проблемам оборонной направленности не могло не отразиться и на содержании учебных планов и инновационных программ учебных курсов, на организации учебного процесса. Кафедра всегда считала принципиально важным использование результатов важных научно-исследовательских работ и опыта, накопленного при их выполнении, для
постановки новых курсов и практикумов, перманентного обновления устоявшихся учебных курсов. В результате кафедра всегда имела современные учебные лаборатории, все без исключения
учебные дисциплины, читаемые кафедрой, поддержаны компьютерными практикумами, учебными программами, отражающими реальные технологии исследования и проектирования, используемые в промышленности. Те знания и практические навыки, которые получают студенты, имеют
двойное назначение и позволяют нашим выпускникам успешно и быстро адаптироваться к решению самых разных задач – от банковской сферы до разработок оборонного назначения.
Можно отметить несколько наиболее значимых инновационных проектов кафедры, полностью
базирующихся на результатах научных работ.
К ним, прежде всего, следует отнести новую учебную инновационную лабораторию (основные
руководители и исполнители – доценты Ёхин М.Н., Ковригин Б.Н., ассистент Дмитриев Н.А., студенты) по автоматизации проектирования цифровых устройств самого широкого назначения – от
отдельных устройств компьютера до встроенных микропроцессорных устройств систем автоматизации физических установок. Лаборатория родилась как один из результатов многолетнего продуктивного сотрудничества кафедры с ФГУП «Концерн «Системпром». Лаборатория построена на
основе сети компьютеров, оснащенных промышленной системой САПР, платами расширения для
отображения осциллограмм работы проектируемых устройств. Каждое рабочее место студента
оснащено уникальным лабораторным стендом, аппаратные средства которого организованы как
«Система на кристалле». Стенд имеет типовую структуру современной встраиваемой системы и
оснащен полным комплексом промышленных средств проектирования и отладки по индивидуальным учебным и производственным заданиям. Он может также использоваться для предпроектных
исследований по отработке реализаций специальных алгоритмов (например, шифрования), тестового программного обеспечения для контроля качества монтажа печатных плат ответственных
изделий и пр. Студенты кафедры используют эту лабораторию как единую учебную среду на протяжении нескольких семестров в нескольких учебных курсах, получая практический опыт реального проектирования и исследования цифровых устройств, осваивают промышленные технологии
их разработки.
Совместно с ФГУП «Концерн «Системпром» разрабатываются методы проектирования высоконадежных информационно-вычислительных систем для ответственных применений. Результаты
работ по этому научному направлению частично отражены в совместной монографии (авторы и
научные руководители – директор Концерна член-корреспондент РАН, профессор Бородакий
ISBN 978-5-7262-1179-4. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2009. Том V
1
Инновационные проекты кафедры «Компьютерные системы и технологии» МИФИ
Ю.В., профессор Чуканов В.О., доцент Александрович А.Е.), являющейся основным учебником по
новому курсу надежностного проектирования компьютерных систем.
Ярким примером плодотворного сотрудничества кафедры с организациями ВПК является
непосредственное участие наших преподавателей, аспирантов и студентов в проектах Всероссийского НИИ автоматизации управления в непромышленной сфере (ВНИИНС) им. В.В.Соломатина.
Здесь надо отметить, что кафедра ещё в начале 90-х годов первой в МИФИ полномасштабно
включила в учебный процесс изучение UNIX-подобных операционных систем. Развитием тематики UNIX и плодом сотрудничества является Мобильная операционная система Вооруженных Сил
(МСВС), принятая на снабжение Вооруженных Сил РФ и серийно поставляемая в войска (главный
конструктор ОС – доцент Ефанов Д.В., руководитель работ – д-р техн. наук Жуков И.Ю., руководители кафедрального инновационного проекта – профессор Забродин Л.Д., доцент Никитин В.Д.,
аспиранты и студенты-практиканты). Создано несколько версий ОС МСВС различного назначения, а также ряд программ, работающих в среде ОС МСВС: системы управления базами данных,
комплекс системных программ. Все программы прошли государственные испытания и приняты
для эксплуатации. Отдельные дистрибутивы этого проекта рекомендованы на уровне Правительства РФ в качестве базового открытого программного обеспечения для системы общего образования страны. В учебном процессе кафедры эта работа нашла применение в виде новых инновационных курсов по архитектуре и администрированию операционных систем, поддержанных оригинальными лабораторными практикумами по мониторингу операционных систем, оптимизации их
настройки.
Широкое использование компьютеров в самых широких областях делает чрезвычайно актуальной проблему обеспечения безопасности информации, в том числе защиту от внешних разрушающих программных воздействий. В этой ситуации Министерством обороны РФ была открыта
НИОКР (головной исполнитель – ВНИИНС) по созданию комплекса программных средств антивирусной защиты (КПС АВЗ) автоматизированных систем военного назначения, функционирующих под управлением ОС МСВС. Силами преподавателей, аспирантов и студентов кафедры
(научный руководитель и ответственный исполнитель – профессор Иванов М.А.) в рамках НИОКР
проведен анализ механизмов функционирования разрушающих программных воздействий, в том
числе наиболее опасных, использующих стохастические методы для затруднения своего обнаружения или нейтрализации, разработаны структура, состав и алгоритмы функционирования компонентов КПС АВЗ. Проведенные государственные испытания опытного образца КПС АВЗ на компьютерных вирусах Linux и МСВС показали эффективность разработанных методов и средств защиты. Проект КПС АВЗ рассмотрен специальной комиссией и одобрен ею. В настоящее время
завершены сертификационные испытания КПС АВЗ. Учитывая, что эффективная система защиты
это непрерывный процесс опережающего совершенствования методов и средств обеспечения безопасности, в рамках авторского надзора продолжаются работы по пополнению антивирусных баз,
анализу возможных механизмов функционирования вредоносных программ ближайшего будущего, разработке превентивных методов защиты и созданию методики комплексного анализа защищенности критически важных информационных систем.
Результаты работ по научному направлению совместных проектов с ВНИИНС внедрены в
учебный процесс в рамках дисциплины «Методы и средства защиты компьютерной информации»,
поддерживаемой лабораторным практикумом, в котором студенты изучают стохастические методы защиты информации, используют программный комплекс, предназначенный для оценки качества стохастических алгоритмов обеспечения безопасности информации. Результаты работ опубликованы в пяти монографиях и трех учебных пособиях. Научные оригинальные результаты защищены двумя докторскими и тремя кандидатскими диссертациями. По тематике научных работ
выполняются курсовые и дипломные проекты студентами кафедры. Темы проектов связаны с исследованием механизмов функционирования наиболее опасных разрушающих программных воздействий, в частности троянских компонент в существующих криптоалгоритмах; технологий безопасного программирования; теории, применения и оценки качества стохастических алгоритмов
защиты информации, в том числе их криптоанализом.
В течение последних пяти лет по Государственному оборонному заказу выполнены три НИР и
одна ОКР (научный руководитель – доцент Чепин Е.В.) по разработке методики, реализации и изготовлению образцов стационарного аппаратно-программного комплекса информационной безопасности специального назначения. Идеология данных комплексов соответствует мировому
уровню. Аналогичных российских разработок с похожими функциональными характеристиками
не существуют. Данные работы успешно сданы Заказчику и в настоящее время проходят опытную
эксплуатацию на предприятиях. По тематике научных работ выполняются курсовые и дипломные
проекты студентами кафедры.
ISBN 978-5-7262-1179-4. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2009. Том V
2
Инновационные проекты кафедры «Компьютерные системы и технологии» МИФИ
Тематика научных работ определяется не только планами предприятий, на кафедре выполняются и инициативные работы, которые зачастую имеют двойное назначение. Например, к таким
работам можно отнести научные исследования и физическое макетирование, изготовление образцов в области робототехники (научный руководитель – доцент Чепин Е.В.). В частности, работы
поддержаны грантом РФФИ. Данное направление науки и техники является весьма перспективным и относится к области высоких технологий, так как робототехника – это интеграция нескольких различных областей знаний и инженерных технологий, при этом основой симбиоза являются
компьютерные науки.
Приведенные примеры инновационных проектов кафедры показывают, что кафедра не только
выполняет на высоком уровне научно-исследовательские работы, но и в полной мере использует
результаты НИР для совершенствования учебных курсов. Не секрет, что студенты, получающие в
процессе обучения благодаря инновационным курсам и практикумам сведения о последних научных достижениях, владеющие навыками выполнения конкретных производственных заданий с
использованием современных информационных технологий и инструментальных средств, будут
наиболее эффективными специалистами.
К инновациям также относятся две формы учебного процесса, использующиеся на кафедре и
призванные обеспечить углубленную специализацию выпускников в интересах предприятийработодателей. Первая обеспечивает специализацию на четвертом и пятом курсах во время двух
курсовых работ, преддипломной практики и дипломного проекта. Задания этих видов учебной работы студентов всегда индивидуальны и оригинальны, так как непосредственно связаны с тематикой научно-производственной деятельности предприятий-партнеров и не зависят от того, где выполняются проекты – непосредственно на предприятиях или на кафедре.
Вторая заключается в следующем. С целью более тесной привязки будущих выпускников к
конкретному месту работы в интересах предприятий-работодателей по договорам о сотрудничестве на кафедре, начиная с четвертого курса, формируются отдельные учебные группы студентов
целевой подготовки. Студенты этих групп обучаются по специальным учебным планам, согласованным с предприятиями, которые наряду с базовой подготовкой в соответствии с образовательным стандартом включают специальные дисциплины, соответствующие квалификационным требованиям конкретных организаций. Студенты этих групп уже с четвертого курса зачисляются в
штат предприятий-партнеров, получают там зарплату и выполняют конкретные производственные
задания, которые являются основой для выполнения курсовых и дипломных проектов, заданий
преддипломной практики. Совокупность практической производственной работы и специальных
учебных планов гарантирует качественную целевую подготовку. В настоящее время кафедра имеет инновационные образовательные проекты с тремя организациями: ФГУП «Концерн «Системпром», Федеральная регистрационная служба недвижимости по Москве, международная организация «ИБМ «Восточная Европа – Запад». Аналогичный проект с Росфинмониторингом преобразован в Институт финансовой и экономической безопасности (ИФЭБ) МИФИ.
Эффективность инновационных проектов, определяемая использованием результатов научной
работы кафедры в учебном процессе, подтверждается высоким спросом на наших молодых специалистов. Кафедра не только не испытывает сложностей в трудоустройстве выпускников, но даже
не в состоянии удовлетворить полностью спрос на них со стороны работодателей. Выпускники
кафедры являются универсальными специалистами. Они владеют современными методами проектирования, интеграции, администрирования вычислительных систем и сетей различного назначения, умеют разрабатывать системные прикладные программы и операционные системы, владеют
современными информационными технологиями обработки, защиты и восстановления данных,
мониторинга и исследования вычислительных систем.
ISBN 978-5-7262-1179-4. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2009. Том V
3