Свод знаний и умений

Методика формирования Свода знаний и умений

Разработка Свода проводилась в 2010-2012 гг. в рамках проекта «Создание системы подготовки высококвалифицированных кадров в области суперкомпьютерных технологий и специализированного программного обеспечения» Комиссии при Президенте РФ по модернизации и технологическому развитию экономики России (http://hpc-education.ru). Выполнение данного проекта осуществлялось Московским госуниверситетом при привлечении ведущих вузов страны (ННГУ, ТГУ, ЮУрГУ, СПбГУ ИТМО, МФТУ, ДФУ, ЮФУ) и участия многих других членов Суперкомпьютерного консорциума университетов России.

Разработанный Свод является основой работ по анализу и расширению государственных образовательных стандартов, по разработке учебных планов и учебных курсов  и по реализации программ подготовки, переподготовке и повышения квалификации в области суперкомпьютерных технологий и высокопроизводительных вычислений.

При разработке Свода широко использовался опыт исполнителей проекта по подготовке кадров в области СКТ. В значительной степени учитывался также опыт разработки рекомендаций по составлению учебных планов в области информатики ComputingCurricula международных сообществ ACM и IEEE.

На самом верхнем уровне рассмотрения в составе Свода были выделены 5 основных областей знаний, представляющих весь спектр проблематики компьютерных вычислений:

  1. Математические основы параллельных вычислений.
  2. Параллельные вычислительные системы (компьютерные основы).
  3. Технологии параллельного программирования (основы программной инженерии).
  4. Параллельные алгоритмы решения задач.
  5. Параллельные вычисления, большие задачи и конкретные предметные области.

 

Приведем состав сформированного Свода знаний и умений до уровня тематических разделов включительно.

Область знаний, раздел
1 Математические основы параллельных вычислений
   1.1 Графовые модели программ
   1.2 Концепция неограниченного параллелизма
   1.3 Тонкая информационная структура программ
   1.4 Эквивалентные преобразования программ
   1.5 Модели вычислений для компьютерных систем
   1.6 Математические модели параллельных вычислений
2 Параллельные вычислительные системы (компьютерные основы)
   2.1 Основы машинных вычислений
   2.2 Основы построения компьютерных систем
   2.3 Параллельные вычислительные системы
   2.4 Многопроцессорные вычислительные системы
   2.5 Многопроцессорные вычислительные системы с общей памятью
   2.6 Многопроцессорные вычислительные системы с распределенной памятью
   2.7 Графические процессоры
   2.8 Вычислительные системы транспетафлопсной и экзафлопсной производительности
   2.9 Распределенные вычислительные системы
   2.10 Проблемы функционирования суперкомпьютерных центров и центров обработки данных
3 Технологии параллельного программирования (основы программной инженерии)
   3.1 Общие принципы разработки параллельных программ
   3.2 Основы параллельного программирования
   3.3 Методы и технологии разработки параллельных программ
   3.4 Параллельные проблемно-ориентированные библиотеки и комплексы программ
   3.5 Инструментальные среды для разработки параллельных программ
   3.6 Методы повышения эффективности параллельных программ
4 Параллельные алгоритмы решения задач
   4.1 Общие принципы разработки параллельных алгоритмов
   4.2 Учебные алгоритмы параллельного программирования
   4.3 Параллельные алгоритмы матричных вычислений
   4.4 Параллельные алгоритмы сортировки и поиска данных
   4.5 Параллельные алгоритмы обработки графов
   4.6 Параллельные алгоритмы решения дифференциальных уравнений в частных производных
   4.7 Параллельные алгоритмы решения оптимизационных задач
   4.8 Параллельные алгоритмы Монте-Карло
   4.9 Параллельные алгоритмы для других классов вычислительно-трудоемких задач
5 Параллельные вычисления, большие задачи и конкретные предметные области
   5.1 Параллельные методы решения вычислительно сложных задач наук о Земле
   5.2 Параллельные методы решения вычислительно сложных задач наук о жизни
   5.3 Параллельные методы решения вычислительно сложных задач инженерных расчетов
   5.4 Параллельные методы решения вычислительно сложных задач квантовой химии
   5.5 Параллельные методы решения задач атомистического моделирования
   5.6 Параллельные методы решения вычислительно сложных задач оборонной тематики
   5.7 Прямые и обратные задачи механики реагирующих сред

После подготовки начального варианта Свод прошел тщательную экспертизу в Научно-образовательных центрах суперкомпьютерного образования, созданных в рамках выполнения проекта. Разработанный Свод был представлен и активно обсуждался на основных российских конференциях суперкомпьютерной тематики.

См. Полное описание Свода знаний и умений