Современные проблемы информатики и вычислительной техники

УТВЕРЖДАЮ
Директор Института кибернетики
________________ Сонькин М.А.
«___»_____________2011 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Современные проблемы информатики и вычислительной техники
НАПРАВЛЕНИЕ ООП 230100 Информатика и вычислительная техники
ПРОФИЛИ ПОДГОТОВКИ Сети ЭВМ и телекоммуникации, Компьютерный
анализ
и
интерпретация
данных,
Микропроцессорные
системы,
Информационное и программное обеспечение автоматизированных систем,
Технологии
разработки
программных
систем,
Распределенные
автоматизированные системы, Информационное и программное обеспечение
систем управления
КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ)
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА
КУРС 1 СЕМЕСТР 1
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ
ПРЕРЕКВИЗИТЫ
КОРЕКВИЗИТЫ
магистр
2011 г.
3 кредита ECTS
М1.Б1, М2.Б1
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:
Лекции
18 час.
Лабораторные занятия
Практические занятия
18 час.
АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
36 час.
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА
72 час.
ИТОГО
108 час.
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ
очная
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ
ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ
зачет
кафедра ВТ
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ ВТ ____________ Марков Н.Г., профессор
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП
____________ Чередов А.Д., доцент
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ
____________ Чередов А.Д., доцент
2011г.
1
1. ЦЕЛИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Целями преподавания дисциплины являются:
предоставление обучаемым знаний по современному состоянию исследований и
разработок в области информатики и вычислительной техники; проведение анализа
существующих проблем, способов их решения и перспективных направлений
развития; выделение основных тенденций в области эффективного использования
ресурсов в IT-отрасли, направленных на защиту окружающей среды. Поставленные
цели полностью соответствуют целям (Ц1-Ц5) ООП.
2.МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП
Дисциплина «Современные проблемы информатики и вычислительной
техники» (М2.Б3) , является базовой дисциплиной профессионального цикла (М2).
Для её успешного усвоения необходимы базовые и специальные знания,
полученные при изучении ООП бакалаврской подготовки по направлениям
«Информатики и вычислительная техника», «Информационные системы и
технологии» и родственным им направлениям; умения применять вычислительную
технику и программное обеспечение для решения практических задач; владения
навыками профессиональной работы на персональном компьютере и
использованием современного программного обеспечения.
В соответствии с учебным планом данная дисциплина читается в 1-ом
семестре и не имеет пререквизитов в рамках ООП магистерской подготовки.
Кореквизитами являются дисциплины «Интеллектуальные системы» (М1.Б1),
«Вычислительные системы» (М2.Б1).
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
В результате освоения дисциплины студент должен:
знать:
- информационные и телекоммуникационные технологии в науке и
образовании (З.2.3.1);
- современные тенденции в проведении исследований по информатике и
вычислительной техники (З.2.3.2);
- современные мировые тенденции в разработке новых технических средств
автоматизированных систем (З.2.3.3);
- архитектурные особенности и области применения современных
графических процессоров и процессоров цифровой обработки сигналов
(З.2.3.4);
- основные тенденции в области эффективного использования ресурсов в ITотрасли; энергосберегающие технологии, используемые в компьютерах,
серверах и центрах обработки данных (З.2.3.5);
уметь:
- использовать информационные технологии при решении научных и инженерных
задач (У.2.3.1);
- выявлять на основе анализа имеющихся научных публикаций современные
тенденции развития информатики и вычислительной техники (У.2.3.2);
- применять ресурсосберегающие технологии в практической деятельности
(У.10.1);
2
владеть:
- современными информационными технологиями в научной и инженерной
деятельности (В.2.3.1);
- энергосберегающими технологиями (В.10.1).
В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие
компетенции:
1.Универсальные (общекультурные):
- способность проявлять инициативу, в том числе в ситуациях риска, брать на
себя всю полноту ответственности (ОК-5 ФГОС);
- способность самостоятельно приобретать с помощью информационных
технологий и использовать в практической деятельности новые знания и
умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных
со сферой деятельности (ОК-6 ФГОС).
2. Профессиональные:
- готовность применять перспективные методы исследования и решения
профессиональных задач на основе знания мировых тенденций развития
вычислительной техники и информационных технологий (ПК-1 ФГОС);
- способность выбирать методы и разрабатывать алгоритмы решения задач
управления и проектирования объектов автоматизации (ПК-5 ФГОС).
4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1 Аннотированное содержание разделов дисциплины:
1. Общий анализ современных проблем в информатике и вычислительной
техники
Интеллектуальные системы: способы представления и управления знаниями,
методы Data Mining, онтологии, системы управления знаниями. Языки метаданных
и онтологий. Эволюционные методы (генетические методы и алгоритмы).
Синергетика как методология исследования сложных систем. Нейроинформатика.
Методы интеграции автоматизированных систем. Облачные вычисления.
2. Тенденции развития технического обеспечения автоматизированных систем
Элементная
база
вычислительной
техники:
замена
кремния
в
полупроводниковых
приборах,
графеновый
транзистор,
литография,
наноэлектроника,
фуллерены
и
нанотрубки.
Направления
развития
микропроцессоров:
оптические,
квантовые,
ассоциативные
процессоры.
Архитектурные особенности и области применения современных графических
процессоров
и
процессоров
цифровой
обработки
сигналов
(ЦОС).
Суперкомпьютеры XXI века. Тенденции в развитии вычислительных систем.
Архитектуры и технологии GRID.
3. Основные тенденции в области эффективного использования ресурсов
в IT-отрасли
Энергосберегающие технологии, используемые в процессорах, персональных
компьютерах и серверах: управление электропитанием, технологии виртуализации.
Сокращение расходов на эксплуатацию. Эффективное использование ресурсов в
центрах обработки данных (ЦОД): оптимизация количества единиц техники,
3
применение эффективных систем кондиционирования и охлаждения, технологии
виртуализации, энергосберегающие технологии для дисковых массивов.
4.2 Структура дисциплины по разделам и формам организации обучения приведена
в таблице 1.
Таблица 1.
Структура дисциплины
по разделам и формам организации обучения
Название раздела/темы
1. Общий
анализ
современных проблем в
информатике и
вычислительной
техники
2. Тенденции развития
технического обеспечения
автоматизированных систем
3. Основные тенденции в
области эффективного
использования ресурсов
в IT-отрасли
Итого
Аудиторная работа (час)
Лекции Практ./сем.
Лаб.
занятия
зан.
4
6
СРС
(час)
Колл,
контр.р.
Итог
о
18
Входной
контроль
Коллоквиум 1
28
8
6
30
Коллоквиум 2
44
6
6
24
Аналитический
обзор
36
18
18
72
108
4.3. Распределение компетенций по разделам дисциплины приведено в табл. 2.
Таблица 2.
Распределение компетенций по разделам дисциплины
№ п\п
Формируемые
компетенции
Разделы дисциплины
1
2
1
3.2.3.1
+
2
З.2.3.2
+
3
З.2.3.3
+
4
З.2.3.4
+
5
З.2.3.5
6
У.2.3.1
+
7
У.2.3.2
+
8
У.10.1
9
В.2.3.1
10
В.10.1
3
+
+
+
+
+
+
4
5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
В таблице 3 приведено описание образовательных технологий, используемых
в данной дисциплине.
Таблица 3.
Методы и формы организации обучения (ФОО)
ФОО
Лекц.
Методы
IT-методы
Работа в команде
Case-study
Игра
Методы проблемного
обучения
Обучение
на основе опыта
Опережающая
самостоятельная работа
Проектный метод
Поисковый метод
Исследовательский метод
Другие методы
Лаб. раб.
Пр. зан./
Сем.,
Тр*.,
Мк**
СРС
К. пр.
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
* - Тренинг, ** - Мастер-класс
6. ОРГАНИЗАЦИЯ И УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
6.1 Самостоятельную работу студентов (СРС) можно разделить на текущую и
творческую (исследовательскую).
Текущая СРС – работа с лекционным материалом, подготовка к
практическим (семинарским) занятиям; опережающая самостоятельная работа;
изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку; выполнение домашних
заданий; подготовка к зачету.
Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа
(ТСР) – поиск, анализ научных публикаций, структурирование, составление
аналитического обзора, доклад по заранее определенной преподавателем теме.
6.2
Содержание самостоятельной работы студентов по дисциплине
Тематика аналитических обзоров представлена в табл. 4.
Таблица 4
Темы аналитических обзоров
№
1.
Темы аналитических обзоров
Способы представления и управления знаниями.
5
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17 .
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
Методы Data Mining.
Модели и языки метаданных и онтологий.
Эволюционные вычисления. Генетические методы и алгоритмы.
Синергетика – новое научное междисциплинарное направление.
Нейроинформатика и нейросистемы.
Геоинформатика и геоинформационные системы.
Современное состояние и перспективы развития ОС, используемых в ПК,
мобильных устройствах, серверах, мэйнфреймах, суперЭВМ (кластерах).
Современное состояние и перспективы развития телекоммуникационных
систем и технологий.
Современное состояние и тенденции развития методов кодирования и
сжатия данных.
Тенденции развития методов проектирования автоматизированных
систем.
Тенденции развития интегрированных автоматизированных систем.
Методы, средства и технологии облачных вычислений.
Современное состояние и перспективы развития графических
процессоров.
Современное состояние и перспективы развития процессоров ЦОС.
Современное состояние и тенденции развития квантовых процессоров.
Современное состояние и тенденции развития оптических процессоров.
Современное состояние и тенденции развития ассоциативных
процессоров.
Современное состояние и перспективы использования мэйнфреймов или
клиент-серверной архитектуры в информационных системах.
Сравнительный анализ.
Современное состояние и тенденции развития элементной базы
вычислительной техники.
Современное состояние и тенденции развития универсальных
микропроцессоров.
Современное состояние и тенденции развития микропроцессоров,
используемых в мобильных ПК.
Современные микропроцессорные комплекты и их применение при
создании микропроцессорных систем различного назначения.
Методы построения и программное обеспечение вычислительных
кластеров.
Архитектуры и технологии Grid.
Современное состояние и перспективы развития методов и средств
защиты информации в компьютерных сетях.
Тенденции использования энергосберегающих технологий в
микропроцессорах, персональных компьютерах и серверах.
Технологии виртуализации. Современное состояние и перспективы
развития.
Современное состояние и перспективы развития методов и средств
проектирования ЦОДов.
Тенденции эффективного использования ресурсов в ЦОДах.
6
Список тем, вынесенных
представлен в табл. 5.
на
самостоятельную
проработку,
Таблица 5
Список тем, вынесенных на самостоятельную проработку
№
Темы, вынесенные на самостоятельную проработку
1.
2.
3.
4.
Эволюционные вычисления. Генетические методы и алгоритмы.
Синергетика – новое научное междисциплинарное направление.
Облачные вычисления.
Архитектурные особенности и области применения современных
графических процессоров.
Архитектурные особенности и области применения современных
процессоров цифровой обработки сигналов (ЦОС).
Современные телекоммуникационные системы и технологии.
Энергосберегающие технологии, используемые в ПК и серверах.
Эффективное использование ресурсов в ЦОД.
5.
6.
7.
8
6.3 Контроль самостоятельной работы
Оценка результатов самостоятельной работы организуется как единство двух
форм: самоконтроль и контроль со стороны преподавателя.
Самоконтроль осуществляется с помощью тестов, разработанных для второго
раздела дисциплины.
Текущий контроль изучения дисциплины состоит из следующих видов:
- контроль за освоением теоретического материала, вынесенного на
самостоятельную проработку (выступления на семинарских занятиях);
- рубежный контроль в виде двух коллоквиумов по теоретической части;
- выполнение индивидуального задания (аналитический обзор по выданной
теме) и его защита (выступление с докладом на семинаре).
По результатам проведенного текущего контроля формируется допуск
магистранта к итоговому контролю – зачету.
6.4 Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
Для самостоятельной работы студентов используются сетевые образовательные
ресурсы, представленные на кафедральном сервере (тесты самоконтроля; список
тем аналитических обзоров; список тем, вынесенных на самостоятельную
проработку; перечень вопросов для сдачи зачета и т.д.), сеть Internet для работы с
мировыми библиотечными фондами научной информации, а также с Web-серверами
ведущих фирм IT- отрасли.
7. СРЕДСТВА (ФОС) ТЕКУЩЕЙ И ИТОГОВОЙ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА
ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Для организации самоконтроля полученных знаний по второму разделу
дисциплины используются 3 теста. Каждый вопрос теста самоконтроля содержит 3
7
варианта ответа, из которых студент должен выбрать один правильный вариант
ответа.
Текущий контроль по освоению теоретического материала, вынесенного на
самостоятельную проработку (табл. 5), осуществляется на практических занятиях по
результатам выступлений магистрантов.
Вопросы для коллоквиумов формируются в процессе изучения данной
дисциплины.
8. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ДИСЦИПЛИНЫ
1.
2.
3.
4.
1.
2.
3.
4.
 основная литература:
Гагарина Л.Г., Петров А.А. Современные проблемы информатики и
вычислительной техники: Учебное пособие. Серия: Высшее образование.
Изд. Форум Инфра-М, 2011, 368 с.
Асмаков С.В., Пахомов С.О. Железо 2008. Компьютер Пресс рекомендует. –
СПб.: Питер, 2008.
Чередов А.Д. Организация ЭВМ и систем: Учеб. пособие. – 3-е изд. – Томск:
Изд. ТПУ, 2011 (электронный вариант).
Норенков И.П. Современные проблемы информатики и вычислительной
техники. Адрес доступа: http://bigor.bmstu.ru.
 дополнительная литература:
Журналы PC Weck за 2008 – 2011 г.г.
Журналы Computer World. Россия за 2008 – 2011 г.г.
«Журнал сетевых решений» за 2008 – 2011 г.г.
Журналы «Системный администратор» за 2008 – 2011 г.г.






 программное обеспечение и Internet-ресурсы:
Официальный сайт компании Intel, США. – http:// www.intel.com
Официальный сайт компании AMD, США. – http:// www.amd.com
Официальный сайт компании HP, США. – http:// www.hp.com
Официальный сайт компании IBM, США. – http:// www.ibm.com
Cайт информационных технологий. – http:// www.ixbt.com
Cайт высоких технологий IT-индустрии. – http://citforum.ru
10. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Лекционные и практические занятия проводятся в аудитории, оснащенной
мультимедийной техникой (компьютер, проектор, экран).
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с
требованиями ФГОС по направлению 230100 «Информатика и вычислительная
техника», магистерская подготовка.
Программа одобрена на заседании кафедры вычислительной техники
(протокол № 12 от « 26 »
05
2011 г.).
8
Автор – доцент кафедры вычислительной техники
Чередов Андрей Дмитриевич
Рецензент – профессор, зав. кафедрой вычислительной техники
Марков Николай Григорьевич
9