Коммуникационный сервер (Сервер-шлюз)

Жоғары оқу орындарында ақпараттық технологияларды оқыту сапасын жақсарту: 

жолдары мен мүмкіндіктері 

 

145

 

Рисунок 2- Коммуникационный сервер 

 

Концентратор (Сервер данных) 

Изучение и исследование информационных подсистем и SCADA систем - 

назначение  сервера  данных  включает  в  себя  функции  ,  такие    как  сбор  и 

первичная обработка данных от группы контроллеров нижнего уровня, а также 

обеспечивают  информационный  канал  к  системам  верхнего  уровня 

(архивирование и визуализация данных) (Рисунок 3). 

 

 

Рисунок 3 - Сервер данных 

 

 

 

Интеграционный сервер 

Представляет  собой  исследовательский  комплекс,  который  обеспечивает 

интеграцию  различных  подсистем  в  единую  АСУТП.    Обеспечивает 

Жоғары оқу орындарында ақпараттық технологияларды оқыту сапасын жақсарту: 

жолдары мен мүмкіндіктері 

 

146

выполнение  широкого  набора  специальных  функций  и  функций  по  обработке 

данных.  Реализует  комплексные  алгоритмы  управления,  обеспечивает 

синхронизацию работы подсистем и поддержку единого времени в системе .  

Рисунок 4 –  Интеграционный сервер 

Необходимо  отметить,  что  полная  реализация  такого  подхода  позволит 

обеспечить  базу  подготовки  специалистов  по  автоматизации  и  управлению,  в 

рамках квалификации, отвечающей требованиям современного уровня. 

 

Список литературы 

 

1.  Анфилатов В.С. Системный анализ в управлении. - 2003 

2. 

Е.Баран, 

П.Захаров, 

А.Любенко. 

Web_лаборатория 

«Микроконтроллеры и сигнальные процессоры», СТА 1/2005 

 

 

РАЗРАБОТКА ГОСО ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ «ИНФОРМАЦИОННЫЕ 

СИСТЕМЫ» С ПОЗИЦИЙ СОВРЕМЕННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ 

ТЕХНОЛОГИЙ 

 

Шукаев Д.Н., Абдуллина В.З. 

Казахский национальный технический университет 

  

им. К.И. Сатпаева 

     

 

Современные  информационные  технологии  (ИТ)  привели  к  реальным 

качественным  изменениям  жизни  человечества  в  практически  во  всех  сферах, 

что 

особенно 

коснулось 

управления, 

экономики 

и 

образования. 

Информационные  технологии      сегодня  доминируют  не  только  среди  всех 

высоких  технологий,  но  и  оказывают  серьезное  влияние  на  общественные  и 

экономические  отношения  в  мире.  Развитые  страны  мира  создали  мощную 

информационную структуру и высокими темпами осуществляют формирование 

единого  информационного  пространства.  Сегодня  имеет  место  массовое 

использование    ИТ  во  всех  сферах  деятельности  человека  и  создание 

информационных 

систем 

(ИС), 

эффективно 

поддерживающих 

функционирование  любой  экономической,  организационной  или  социальной 

структуры.  Вследствие  этого  подготовка  специалистов  по  специальности 

«Информационные системы» должна ориентироваться на активное применение 

в  учебном  процессе  и  освоение  в  ходе  учебы  современных  ИТ, 

ориентированных на решение самых разных задач. 

Коллектив кафедры технической кибернетики КазНТУ им. К.И. Сатпаева 

является  разработчиком  государственных  общеобязательных  стандартов 

образования 

(ГОСО) 

Республики 

Казахстан 

по 

специальности 

«Информационные  системы»  для  бакалавриата  (050703),    магистратуры 

(6М0703)  и  докторантуры  (6D0703)  [1-3].  При  разработке  ГОСО  упор  делался 

Жоғары оқу орындарында ақпараттық технологияларды оқыту сапасын жақсарту: 

жолдары мен мүмкіндіктері 

 

147

на  современные  ИТ,  что  позволяет  реализовать  на  практике  подготовку 

востребованных специалистов в области информационных систем, обладающих 

нужными сегодня умениями и навыками в области ИТ и ИС. 

Объектами  профессиональной    деятельности  специалистов  по  ИС   

являются 

 

компьютерные 

и 

информационные 

службы 

органов 

государственного  управления,  научно-исследовательских,  проектных  и  

финансовых организаций, промышленных предприятий и учебных  заведений. 

При  этом  выпускники  этой  специальности  могут    выполнять    такие  виды 

профессиональной 

деятельности 

как 

организационно-технологическая, 

расчетно-проектная, 

сервисно-эксплуатационная, 

производственно-

технологическая, 

организационно-управленческая 

и 

 

научно-

исследовательская. 

Как  указывается  в  ГОСО,  основными  задачами  вузовского  и 

послевузовского  обучения  по  специальности  «Информационные  системы» 

является углубленная теоретическая и практическая подготовка в области ИТ и 

ИС,  выработка  способности  к  самосовершенствованию  и  саморазвитию, 

выработка  потребности  и  навыков  самостоятельного  творческого  овладения 

новыми  знаниями  в  области  ИТ  и  ИС  в  течение  всей  активной 

жизнедеятельности, 

выработка 

у 

выпускников 

высокого 

уровня 

профессиональной  культуры,  в  том  числе  и  культуры  профессионального 

общения, формирование способностей, ориентированных на решение научных 

и  практических  проблем  с  помощью  современных  ИТ,  способностей 

осуществлять  исследовательскую  и  управленческую  деятельность  в  области 

ИС. Это подтверждается выбором базовых дисциплин. 

Так в бакалавриате базовыми дисциплинами являются следующие курсы: 

«Информатика»,  «Алгоритмизация  и  языки  программирования»,  «Основы 

информационных систем», «Схемотехника», «Технология программирования», 

«Информационная  безопасность  и  защита  информации»,  «Архитектура 

компьютерных  систем»,  «Системы  баз  данных»,  «WEB-технологии», 

«Компьютерные 

сети»,  «Основы  компьютерного  моделирования».  В 

магистратуре  базовыми  являются  такие  дисциплины  как  «Теоретические 

основы информационных процессов», «Архитектура информационных систем», 

«Инфраструктура  информационных  систем»,  «Анализ  и  моделирование 

информационных процессов», «Проектирование приложений информационных 

систем», «Управление данными в информационных  системах». В докторантуре 

базовыми 

являются 

курс 

«Теоретическая 

информатика» 

и 

курс 

«Оптимизационные методы в информационных системах». 

Выпускник вуза по специальности «Информационные системы» должен:  

-  иметь  представление  о  современном  состоянии  и  тенденциях  развития 

ИТ и ИС в исследуемой предметной области и смежных областях; 

- должен знать основные типы и классификацию ИС и ИТ,  современные 

достижения  в  области  ИТ,    закономерности  протекания  информационных 

процессов,    методы  поиска,  обработки  и  представления  профессионально 

значимой информации;  

Жоғары оқу орындарында ақпараттық технологияларды оқыту сапасын жақсарту: 

жолдары мен мүмкіндіктері 

 

148

-  уметь  осуществлять    эффективное  планирование,  внедрение, 

конфигурирование  и  поддержку  компьютерной  инфраструктуры  организации,  

разрабатывать  программное  обеспечение,      управлять  процессом      поддержки 

информационных  систем на всех стадиях жизненного цикла;  

- 

уметь  формулировать  инновационные  задачи  и  применять 

эвристические  методы  для  их  реализации,    разрабатывать  и  использовать 

современные  программные  пакеты    и  современные  ИТ  для  выполнения 

инновационных  проектов,  уметь  доводить  результаты  инженерных  и  научных 

исследований до практического  использования; 

-  иметь  навыки  углубленного  анализа  информационных  требований  и 

бизнес-процессов при проектировании информационных систем;  

- 

быть 

компетентным 

в 

решении 

профессиональных 

задач 

проектирования    и    разработки  информационных    систем  и  информационных 

технологий  различных  классов,  в  методологии  разработки  и  внедрения 

инновационных проектов. 

В  области  образования  появление  современных  ИТ  также  предъявляет 

новые  требования  к  организации  учебного  процесса  при  подготовке  будущих 

специалистов.  Одной  из  важнейших  задач  высшего  образования  является 

выработка  у  будущих  специалистов  навыков  по  самостоятельному 

приобретению  и постоянному  углублению  своих знаний, формирование  у  них 

познавательных  мотивов,  формирование  умений  и  навыков  по  освоению, 

оценке  и  практическому  использованию  современных  ИТ  и  программных 

пакетов.  При  этом  основной  вклад  в  развитие  умственной  активности, 

творческой  самостоятельности  студента,  готовности  к  самообразованию  и  

приобретению новых знаний вносят активные методы и формы обучения. 

Использование  активных  методов  обучения  становится  жизненно 

важным, что позволяет перейти от модели информативного обучения к модели 

активного  усвоения  знаний.  Внедрение  в  учебный  процесс  активных  методов 

обучения, основанных на ИТ,  сопряжено  с глубоким изменением организации 

учебного  процесса  в  целом.  Студент  должен  быть  переориентирован  с 

заучивания  информации  на  приобретение  навыков  самостоятельного 

нахождения, освоения и использования знаний. 

Основная задача применения  активных методов обучения и современных 

ИТ  в  учебном  процессе  –  заставить  студента  не  только  активно  думать,  но  и 

научиться  применять  полученные  знания  в  конкретных  ситуациях.  При  этом 

преподаватель должен стремиться к тому, чтобы студенты приобрели навыки и 

способности  в  обобщении  разрозненных  факторов  и  явлений,  учились 

размышлять, постигая глубинные связи. Аналитические навыки и способности, 

сформированные  и  развитые  в  процессе  обучения,  будут  использоваться 

выпускниками  в  будущем  в  своей  профессиональной  деятельности.  К  числу 

активных методов обучения относятся чтение проблемных лекций, постановка 

проблемных  ситуаций,  решение  нестандартных  задач  творческого  характера, 

содержание  элементов  исследования,  обобщение   проблемности  и  новизны  на 

Жоғары оқу орындарында ақпараттық технологияларды оқыту сапасын жақсарту: 

жолдары мен мүмкіндіктері 

 

149

лабораторных 

занятиях, 

приобщение 

обучаемых 

к 

творчеству 

и 

самостоятельной  работе.  В  процессе  обучения    студенты  должны  учиться 

давать  оценку  используемым  программным  пакетам  с  точки  зрения 

современных  требований  к  ИТ,  их  диалоговых  характеристик  и  качества 

реализации сервиса для пользователя.  

Студентам  и  магистрантам  специальности  «Информационные  системы» 

необходимо  давать  представление  о  ряде  передовых  инструментальных  и 

программных  средств,  методов  и  технологий  в  ходе  изучения  различных 

дисциплин,  помочь  детально  в  них  разобраться.  Однако  изучение  их  должно 

быть  проникнуто  критическим  духом.  Студенты  должны  учиться 

анализировать  достоинства  и  ограничения  используемого  в  каждой  среде 

инструментария  и  представлять,  какими  должны  быть  лучшие  решения  в 

области ИТ.  

Предлагаемая 

методология 

постановки 

учебного 

процесса 

с 

привлечением современных ИТ положительно сказывается на уровне освоения 

теоретического  материала.  Построение  лабораторных  работ,  выполнение  

самостоятельной работы обучаемых на основе  активных методов обучения на 

базе современных ИТ с элементами исследования, обобщения, проблемности и 

новизны  дают  толчок  к  росту  творческой  активности  студентов.  Непрерывная 

компьютерная  подготовка  на  основе  современных  ИТ    как  активных  методов 

обучения  способствует  усилению  познавательной  деятельности  студентов, 

прививает  и  развивает  профессиональные  навыки  работы  на  персональном 

компьютере  с  современными  программными  пакетами  и  технологиями, 

развивает познавательный интерес в выбранной профессиональной сфере.   

Именно  на  такую  постановку  учебного  процесса  в  вузовском  и 

послевузовском 

образовании 

ориентированы 

государственные 

общеобязательные  стандарты  образования  Республики  Казахстан  по 

специальности «Информационные системы» для бакалавриата,  магистратуры и 

докторантуры. 

 

Список литературы 

 

1.  Шукаев Д.Н., Жумагалиев Б.И., Косников В.А. и др. Государственный 

общеобязательный  стандарт  образования  республики  казахстан.  Образование 

высшее  профессиональное.    Бакалавриат.  Специальность  050703    - 

Информационные системы. ГОСО РК 3.08.329 – 2006. Астана. 27 стр. 

2.  Шукаев 

Д.Н.,  Абдуллина 

В.З., 

Жумагалиев 

Б.И. 

и 

др. 

Государственный  Общеобязательный  Стандарт  Образования  Республики 

Казахстан.  Послевузовское  образование.    МАГИСТРАТУРА.  Специальность 

6N0703 - Информационные системы. ГОСО РК 7.09.037 – 2009. Алматы. 22 стр. 

3.  Шукаев 

Д.Н., 

Абдуллина 

В.З., 

Жумагалиев 

Б.И. 

и 

др. 

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ОБЩЕОБЯЗАТЕЛЬНЫЙ  СТАНДАРТ  ОБРАЗОВАНИЯ 

РЕСПУБЛИКИ  КАЗАХСТАН.  Послевузовское  образование.    ДОКТОРАНТУРА. 

Жоғары оқу орындарында ақпараттық технологияларды оқыту сапасын жақсарту: 

жолдары мен мүмкіндіктері 

 

150

Специальность  6D0703  -  Информационные  системы.  Алматы.  2009.  20  стр.               

(в печати) 

4.  Абдуллина  В.З.  Активизация  обучения  на  основе  современных 

информационных  технологий.  Труды  межд.  конф.  «Информационно-

инновационные  технологии:  Интеграция  науки,  образования  и  бизнеса». 

Алматы, 2008. С. 14-16.   

 

 

МЕТОДЫ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ  

АЛГОРИТМА ГАУССА 

 

Члимова А.С. 

Казахский национальный технический университет  

им. К.И.Сатпаева, Алматы  

 

Одним  из  активно  развивающихся    направлений  в  области 

вычислительной  техники  являются  параллельные  вычислительные  системы. 

Параллелизм  становится  основой  роста  производительности  вычислительных 

систем (ВС). 

Статья  посвящена  методам  параллельных  алгоритмов  для  создания 

современных  эффективных  программных  решении,  таких  как,  научно-

исследовательских, технических, экономических, военных задач.  При решения 

вышеизложенных  задач  может  быть  положена  гипотеза  линейного 

представления реального мира. 

Математические  модели  таких  задач  представляются  линейными 

уравнениями.  Если  задача  многомерна,  то  ее  математическая  модель 

представляется системой линейных уравнений.  

Алгоритм    Гаусса  [1]  является  широко  известным  алгоритмом  решения 

систем линейных уравнений. 

В общем виде система линейных уравнений имеет вид: 

 

 

 

где  aij-  коэффициенты  при  неизвестных  системы,  bi-  свободные  члены, 

xj- неизвестные системы,  

- номер строки, 

- номер столбца, n - 

порядок системы. 

Рассматривается один из основных этапов проектирования параллельных 

методов алгоритма Гаусса – параллельная декомпозиции или разбиение задачи 

на  ряд  фрагментов,  которые  могут  выполнятся  параллельно.  На  этом  этапе 

Жоғары оқу орындарында ақпараттық технологияларды оқыту сапасын жақсарту: 

жолдары мен мүмкіндіктері 

 

151

основной  упор  делается  на  обеспечение  масштабируемости  за  счет    выбора 

соответствующего способа распараллеливания. 

При  формировании  параллельных  методов  и  оптимальным  образом 

отобразить  его  на  вычислительную  архитектуру,  эксплуатируя  внутренние 

особенности алгоритма Гаусса можно выделить этапы показанной на рисунке – 

1. 

 

 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1. Этапы разработки параллельного алгоритма

 

 

Универсальным  критерием,  при  реализации    параллельного  алгоритма 

Гаусса,  является  минимум  времени  выполнения  совокупности  работ, 

распределяемых между процессорами.  

Для этого рассматривается методы распараллеливания алгоритма Гаусса: 

− 

на уровне процедур (первый уровень распараллеливания); 

− 

на уровне операций (второй уровень распараллеливания). 

Первый 

уровень 

распараллеливания 

алгоритма 

Гаусса

  можно 

осуществлять  на  однородных  многопроцессорных    ВС  с  общей  (разделяемой) 

оперативной памяти [2]. 

 

 

                      

а) 

 

                  

б) 

 

Рисунок 2. а) Многопроцессорные ВС с общей памятью и  

б) его вычислительный модель 

 

Проц. 

Проц. 

Проц. 

Память  

Декомпозиция 

Связывания и  

агломерация 

Отображения на 

архитектуру 

Формулировка 

естественных способов 

распараллеливания 

Построение 

количественных 

моделей 

производительности в 

Реализация принципа 

конкуренции. 

Измерения параметров 

модели 

Выявления устранения 

возможного дисбаланса 

нагрузки в системе 

Жоғары оқу орындарында ақпараттық технологияларды оқыту сапасын жақсарту: 

жолдары мен мүмкіндіктері 

 

152

При  распараллеливания  на  первом  уровне  (по  процедурам)  можно 

выделить  следующие  процедуры:  процедура  обнуление  столбца;  процедура 

перестановок  строк;  процедура  сдвига  строки;  процедура  обнуление  строки; 

процедура решения уравнения 

Соответственно  исходная  матрица  коэффициентов  A  и  вектор  правых 

частей  F  разрезаны  горизонтальными  полосами,  как  показано  на  рисунке  3. 

Каждая  процедура  (полоса)  загружается  в  соответствующий  компьютер: 

нулевая полоса - в нулевой компьютер, первая полоса - в первый компьютер, и 

т. д., последняя полоса - в p1 компьютер.  

 

 

Рисунок 3. Распределения  процедур для  метода 1 на уровне процедур 

 

При любых методах учитывается

 

коэффициент полезной загрузки k

з

. Этот 

коэффициент 

является 

важной 

характеристикой 

эффективности 

(производительность,  надежность,  стоимость)  ВС  состоящих  из  нескольких 

процессоров. Для его определения находят коэффициент загрузки процессоров:  

реш

i

З

T

T

k

i

=

  

                                

 

(1) 

где  Тi,  i=1,  …,  n  –  суммарное  время  занятности  каждого  процессора 

решением задачи на всем отрезке полного решения задачи, длиной Треш. Тогда  

∑

=

=

n

i

i

З

k

n

k

1

1

                                    

 

(2) 

Если  Ро  –  производительность  одного  процессора,  то  реальная 

производительность РВС определяется следующим образом: 

о

З

ВС

Р

nk

Р

=

 

                             

(3)

 

При прямом ходе матрица приводится к треугольному виду последовательно 

по  компьютерам.  Вначале  к  треугольному  виду  приводятся  столбцы  в  нулевом 

компьютере,  при  этом  нулевой  компьютер  последовательно,  строка  за  строкой, 

передает  свои  сроки  остальным  компьютерам,  начиная  с  первого.  Затем 

переставляются строки и т. д. Процесс деления строк на коэффициенты при x

i

  не 

требует информации от других компьютеров. 

После прямого хода полосы матрицы A в каждом узле будут иметь вид:  

 

 Строки матрицы

ккккк

Пр 

            

F 

A 

 

1

 

 

2

 

 

   

N 

 

Р

0

 

 

Р

1

 

 

   

Р

Жоғары оқу орындарында ақпараттық технологияларды оқыту сапасын жақсарту: 

жолдары мен мүмкіндіктері 

 

153

 

 

Рисунок 4.  Вид полос после прямого хода в методе 

 1 решения алгоритма  Гаусса. 

 

Пример приведен для четырех узлов; $ - вещественные числа.  

Аналогично, последовательно по компьютерам, начиная с последнего по 

номеру компьютера, осуществляется обратный ход.  

Особенностью  этого  алгоритма  является  то,  что  как  при  прямом,  так  и 

при обратном ходе, компьютеры, завершившие свою часть работы, переходят в 

состояние  ожидания, пока  не  завершат  эту  работу  другие  компьютеры.  Таким 

образом,  вычислительная  нагрузка  распределяется  по  компьютерам 

неравномерно,  не  смотря  на  то,  что  данные  изначально  распределяются  по 

компьютерам  приблизительно  одинаково.  Простои  компьютеров  значительно 

уменьшаются  при  распределении  матрицы  циклическими  горизонтальными 

полосами. Этот метод представлен в следующей секции.  

Второй метод распараллеливания алгоритма Гаусса. 

Второй  уровень  распараллеливания,  т.е.  распараллеливания  на  уровне 

операции можно реализовать на ВС с распределенной памятью. 

 

 

 

 

а)  

                          б) 

Рисунок 5. а) Многопроцессорные ВС с распределенной памятью и  

б) его вычислительный модель

 

 

В  данном  методе  исходная  матрица  коэффициентов  распределяется  по 

компьютерам  циклическими  горизонтальными  полосами  с  шириной  полосы  в 

Проц

. 

Пам. 

Проц

. 

Пам. 

Проц. 

Пам. 

Коммуникационная среда 

Жоғары оқу орындарында ақпараттық технологияларды оқыту сапасын жақсарту: 

жолдары мен мүмкіндіктері 

 

154

одну строку, как показано ниже на рисунке 6 и распараллеливания ведутся по 

операциям.  Т.е.  каждая  операция  выполняется  в  каждом  строке.  В  алгоритме 

Гаусса  используется  следующие  арифметическо-логические  операций: 

сложения; вычитания; деления; сдвига и т.д. 

Первая  строка  матрицы  помещается  в  компьютер  0,  вторая  строка  -  в 

компьютер 1, и т.д., p1-1-я строка в узел p1(где p1 количество узлов в системе). 

Затем, p1-я строка, снова помещается в узел 0, p1+1-я строка - в узел 1, и т. д.  

При 

таком 

распределении 

данных, 

соответствующим 

этому 

распределению  должен  быть  и  алгоритм.  Строку,  которая  вычитается  из  всех 

остальных строк (после предварительного деления на нужные коэффициенты), 

назовем  текущей  строкой.  Алгоритм  прямого  хода  заключается  в  следующем. 

Сначала текущей строкой является строка с индексом 0 в компьютере 0, затем 

строка с индексом 0 в компьютере 1 (здесь не нужно путать общую нумерацию 

строк  во  всей  матрице  и  индексацию  строк  в  каждом  компьютере;  в  каждом 

компьютере индексация строк в массиве начинается с нуля) и т. д., и наконец, 

строка  с  индексом  0  в  последнем по  номеру  компьютере.  После  чего  цикл  по 

компьютерам повторяется и текущей строкой становится строка с индексом 1 в 

компьютере 0, затем строка с индексом 1 в компьютере 1 и т. д. После прямого 

хода  полосы  матрицы  в  каждом  компьютере  будут  иметь  вид,  показанный  на 

рисунке 6. Пример приведен для четырех узлов; $ - вещественные числа.  

 

 

Рисунок 6.  Распараллеливания по операциям для параллельного  

метода  2 алгоритма Гаусса. 

 

Аналогично, последовательно по узлам, начиная с последнего по номеру 

компьютера, осуществляется обратный ход.  

Особенностью  этого  алгоритма  является  то,  что  как  при  прямом,  так  и 

при  обратном  ходе  компьютеры  являются  более  равномерно  загруженными, 

жүктеу/скачать 11,62 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: