Серия издания«Кафедры и факультетыМГТУ им. Н.Э. Баумана — национального исследовательского университетатехники и технологий» Кафедра ИУ-7«Программное обеспечение ЭВМ и информационные технологии»МГТУ им. Н.Э. Баумана2011 Кафедра «Программное обеспечение ЭВМ и информационные технологии» была организована в 1989 году. К этому времени в передовых областях науки и промышленности уже сформировалась серьезная потребность в использовании бурно развивавшихся информационных технологий на базе средств вычислительной техники. Перед кафедрой была поставлена задача теоретически и практически знакомить всех студентов университета с возможностями применения компьютеров в будущей профессиональной деятельности выпускников. Однако уже через год кафедра стала выпускающей. Она начала готовить высококвалифицированных специалистов в области разработки сложных системных и прикладных программных комплексов, информационных систем и баз данных, бакалавров и магистров по направлению «Информатика и вычислительная техника». Подготовка бакалавров и магистров была организована на кафедре с первого набора и реализуется по настоящее время. Кафедра была первой, взявшейся за подготовку дипломированных специалистов по двухуровневой системе обучения, не только в университете, но и в Учебно-методическом объединении. В настоящее время кафедра готовит как бакалавров и магистров, так и дипломированных специалистов – инженеров по специальности 2204 «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем», продолжая обучать практически всех первокурсников университета основам информатики. Кафедра входит в состав Научно-исследовательского комплекса и факультета «Информатика и системы управления». Заведующий кафедрой доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки Российской Федерации Трусов Борис Георгиевич. Заместитель заведующего кафедрой – доцент Комалов Сергей Сергеевич. В момент образования коллектив кафедры состоял из восемнадцати преподавателей, которые вели курс «Алгоритмические языки и программирование». В настоящее время на кафедре работает 42 штатных преподавателя и 20 высококвалифицированных специалистов, преподающих на условиях совместительства. В число штатных преподавателей входит 3 доктора технических наук, профессора, 28 доцентов (в том числе, 24 кандидата наук) и 11 старших преподавателей. Состав преподавательского коллектива стабильный. Это относится не только к основным, штатным преподавателям, но и к педагогам, работающим на условиях совместительства. За последние несколько лет членами педагогического коллектива стали молодые выпускники кафедры: Быстрицкая А.Ю., Григорьев А.С., Шиваров А.С., Пескова О.В., Шляева А.В., Ломовской И.В., Кузнецова А.В. Они подключились к преподаванию новых специальных дисциплин и к руководству выпускными работами бакалавров и магистров. Ежегодно преподаватели кафедры входят в число победителей общеуниверситетского конкурса на звание «Лучший преподаватель». За последние три года это звание получили Ломовской И.В., Пескова О.В., Крищенко В.А., Силантьева А.В. Две трети объема педагогической деятельности кафедры приходится на общеуниверситетский курс «Основы информатики». Эта дисциплина отличается по объему и содержанию в зависимости от факультета, на котором она преподается. В самом большом объеме Информатика преподается студентам кафедр ИУ-7 и ФН-2. Чуть меньше объем дисциплины на факультете ИУ. Самой востребованной является программа, предлагаемая студентам машиностроительных специальностей и факультетов РЛ, БМТ и ИБМ. В то же время, в разных потоках программа излагается по-разному, в зависимости от целевого заказа. В первую очередь, может изменяться язык программирования, на базе которого осваиваются основы алгоритмизации. Так, для студентов факультета ИБМ основным является Visual Basic, на кафедрах РЛ-1, ИУ-1, ИУ-3 изучается язык программирования С (С++). Программа этого курса включает в себя как лекционный материал (1 семестр), так и практические занятия на семинарах и в компьютерных классах (1 и 2 семестры). Общетеоретические вопросы рассматриваются на лекциях. Студенты знакомятся с принципами построения и функционирования ЭВМ, способами представления, хранения и передачи информации, основами организации вычислительных и информационных процессов, методами программирования, принципами управления вычислительными процессами с помощью операционных систем. В курсе студентам предоставляются сведения о базах данных, телекоммуникационных системах и средствах, методах защиты информации. Практические занятия в аудитории и компьютерном классе призваны познакомить студентов с офисными, математическими и коммуникационными программами. Там же вырабатываются практические навыки построения и отладки простейших компьютерных программ. Тематика решаемых студентами задач по мере возможности увязывается с дальнейшим направлением профессиональной деятельности и учитывает входные требования дисциплин старших курсов. Это обеспечивается методической проработкой курса применительно к запросам отдельных факультетов. Содержание и методика преподавания курса «Основы информатики» постоянно совершенствуются в связи с непрерывным обновлением и совершенствованием вычислительных устройств, появлением новых информационных технологий, программных систем и инструментальных средств программирования. В настоящее время студенты первого курса всего университета во время проведения лабораторных работ работают исключительно в среде операционной системы Windows и используют графические среды программирования (Visual Studio, Delphi, CBuilder). Для проведения практических (лабораторных) работ кафедре предоставлено восемь общеуниверситетских компьютерных классов, оборудованных современными компьютерами, объединенных в локальные сети и подключенных к Internet. В каждом из таких классов установлено по 28 компьютеров, что гарантирует во время занятий индивидуальное рабочее место для каждого студента. Это очень важно, так как гарантирует равные условия для каждого студента.Подготовка специалистов с высшим образованием по направлению «Информатика и вычислительная техника» является вторым, но от этого не менее важным направлением деятельности кафедры. Как уже упоминалось, разрешение на обучение специалистов было получено уже в 1990 году, и к настоящему времени кафедра подготовила 17 выпусков бакалавров и 15 выпусков магистров. Ежегодно на кафедру поступают учиться три группы студентов, набираемые в соответствии с правилами приема. Первоначально они пишут заявление о приеме на специальность «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем» и учатся по общей программе до четвертого курса. В начале четвертого курса кафедра проводит комплексную оценку успеваемости всех студентов и выстраивает их по рейтингу. В результате лучшей трети студентов предоставляется возможность перейти на программу обучения бакалавр-магистр. Таким способом кафедра стремится повысить общий уровень подготовленности магистров, ориентированных в будущем на научно-исследовательскую работу. Начиная с 2011/2012 учебного года все абитуриенты, поступающие на кафедру будут учиться по программе бакалавратуры, а набор в магистратуру будет производиться на конкурсной основе. В течение первых четырех лет студенты кафедры получают широкий спектр знаний в области информационных технологий и основательные практические навыки работы на ЭВМ и вычислительных системах различных классов с тем, чтобы создавать прикладные программно-информационные системы, разрабатывать информационные технологии с элементами искусственного интеллекта, проектировать элементы операционных и управляющих сред, создавать экспертные системы, базы данных и знаний и т.д. По многолетнему опыту для выпускников кафедры существует обширный рынок труда во всех сферах производственной, экономической и научной деятельности. В качестве специалистов, владеющих информационными технологиями, они создают собственные компьютерные средства и участвуют в разработке крупных распределенных программных и информационных систем. В процессе обучения студенты кафедры получают знания и практические навыки по широкому спектру фундаментальных и специальных дисциплин. Полный курс обучения составляет 5 лет и 10 месяцев 12 семестров для специалистов или 8 семестров + 4 семестра для бакалавров-магистров. В первом случае полный срок обучения завершается защитой дипломной работы и получением квалификации дипломированного специалиста (инженера). По второй первые восемь семестров отводятся на подготовку на степень бакалавра, а четыре последних на степень магистра. Рекомендация кафедры на получение степени магистра дается студентам, проявившим к четвертому курсу склонность к творческой исследовательской работе. Подготовка специалистов кафедры основана на сочетании передовых методов фундаментального университетского и инженерно-технического образования. Студенты изучают общеобразовательные и общеинженерные дисциплины, в том числе: математику со специальными разделами дискретной математики, теории вероятностей и математической статистики, теории формальных языков, исследования операций, методов вычислений (всего 7 семестров, 1200 часов); общую физику со специальным курсом физических основ электроники (2 семестра, 500 часов); инженерную графику; техническую механику; робототехнические и автоматизированные системы. В программу обучения входят также циклы гуманитарных и экономических дисциплин. В течение первых четырех лет обучения читаются следующие курсы специальных дисциплин: 1. Основы информатики (доц. Борисов С.В.) Изучение основ алгоритмизации, методов и средств программирования, получение устойчивых навыков программирования типовых задач. 2. Инженерная графика (доц. Момджи Т.Д.) Изучение правил и норм выполнения конструкторской документации; изучение способов выполнения чертежей с помощью автоматизированной графической системы; изучение способов трехмерного графического моделирования. 3. Типы и структуры данных (ст.преп. Силантьева А.В.) Изучение современных способов организации памяти ЭВМ на логическом уровне, а также изучение методов представления данных в памяти и алгоритмов их обработки. 4. Язык программирования Си (доц. Шикуть А.В.) Изучение программирования на языке Си в приложении к проблемам системного программирования. 5. Системное программирование (доц. Алексеев Ю.Е.) Изучение программирования на языке Ассемблера; использование средств отладки системных программ, системных ресурсов. 6. Машинная графика (доц. Куров А.В.) Изучение математических методов и алгоритмов построения реалистических изображений объёмных и плоских объектов. Применение программ машинной графики. По дисциплине предусмотрен курсовой проект. 7. Операционные системы. (доц. Рязанова Н.Ю.) Изучение принципов построения операционных систем и их компонентов. По дисциплине предусмотрен курсовой проект. 8. Обьектно-ориентированное программирование (ст.преп. Тассов К.Л.) Освоение методики разработки программных средств с использованием технологии объектно-ориентированного программирования. 9. Логическое и функциональное программирование (доц. Толпинская Т.Б.) Изучение основ логического вывода с использованием формальной логики и логики предикатов; применение декларативной парадигмы программирования; 10. Защита информации (доц. Григорьев А.С.) Изучение современных методов защиты информации и программных средств от несанкционированного доступа. 11. Периферийные устройства ЭВМ (ст.преп. Василенко М.В.) Подготовка специалистов к деятельности по разработке и сопровождению новых программных и аппаратных средств ВТ. 12. Моделирование (проф. Градов В.М., доц. Рудаков И.В.) Изучение численных методов решения задач вычислительной математики, а также эффективных алгоритмов, применяемых в практических расчетах. Исследование аналитических и имитационных моделей и методов, применяемых при проектировании дискретных систем, информационно-вычислительных комплексов, автоматизированных систем исследований и комплексных испытаний. 13. Экспертные системы (доц. Рогозин О.В.) Изучение структур и методов построения баз знаний, содержащих совокупность правил вывода и эвристических методов решения проблем в предметно-ориентированных областях деятельности с учетом опыта экспертов-профессионалов. 14. Базы данных (доц. Просуков Е.А.) Изучение методологии проектирования баз данных, особенностей создания структур баз данных в сетевой и реляционной моделях; физическая организация баз данных. Знакомство с работой баз данных в среде реляционной СУБД. Четырехлетний цикл обучения завершается курсовой работой по специальности либо защитой выпускной квалификационной работы на степень бакалавра техники и технологии по направлению «Информатика и вычислительная техника». Тематика выпускных работ разнообразна и, как правило, связана с решением актуальных научно-практических задач. Вот для примера темы нескольких бакалаврских выпускных работ, защищенных в 2010 году: Разработка программных средств создания и визуализации многоагентной системы, основанной на нечеткой логике (Фиров Н.В.) Семантическая информационно-поисковая система (Коренастов М.Е.) Программное обеспечение для системы отслеживания перемещения объектов с использованием управляемых камер видеонаблюдения (Егоров А.В.) Распределенная отказоустойчивая СУБД (Ковега Д.Н.) Программно-алгоритмический комплекс голосовой аутентификации пользователя (Захаров Н.И.) Расширение поисковых запросов энциклопедическими знаниями (Багаутдинов Т.М.) Магистратура на кафедре является продолжением бакалаврской подготовки и организуется для целой студенческой группы. Магистерская подготовка на кафедре ориентирована на выпуск высококвалифицированных специалистов в области информационных технологий, занимающихся исследовательской работой. Доля НИРС в учебном процессе магистров составляет не менее 40% учебного времени. Проведенные исследования ложатся в основу будущей диссертации, защищаемой на степень магистра. В остальное время студенты продолжают изучать специальные дисциплины, углубляющие их профессиональную подготовку: Конструирование компиляторов (доц. Просуков Е.А.) Изучение теории и практики построения компиляторов: лексический анализ, синтаксический анализ, генерация и оптимизация объектного кода. Ознакомление с системами построения трансляторов с использованием методов формальной семантики. По дисциплине предусмотрен курсовой проект Цифровая обработка сигналов (доц. Филиппов М.В.). Знакомство с цифровым кодированием сигналов, прикладным спектральным анализом и цифровыми фильтрами. Изучение работы в реальном масштабе времени с использованием цифровых процессоров сигналов; распознавание и обработка изображений, распознавание и синтез речевых сообщений. Технология программирования (доц. Романова Т.Н.) Изучение жизненного цикла программных продуктов; методы проектирования программных систем; структурный системный анализ; изучение существующих CASE-систем; тестирование, отладка и сборка программных пакетов. Распределенные системы обработки информации (доц. Крищенко В.А.). Изучение методологии проектирования распределенных банков данных; особенностей создания структур баз данных в сетевой и реляционной моделях; физическая организация баз данных. Проектирование операционных систем (доц. Горин С.В.) Изучение основ проектирования компонентов операционных систем, принципов функционирования современных многопользовательских, многозадачных операционных систем. Программирование параллельных процессов (доц. Ковтушенко А.П.) Изучение языков и сред программирования современных многопроцессорных вычислительных систем. О разнообразии выполняемых тем дипломных проектов можно судить по названиям магистерских диссертаций, защищенных в 2010 году: Каталогизация электронных библиотек и их ресурсов, разработка алгоритмов и средств (Швалев А.Е.) Разработка и исследование модифицированного алгоритма с динамическим ключом формирования ЭЦП в мобильных Интернет-терминалах (Григорян А.Г.) Система анализа информации при построении системы безопасности при доступе к мобильным носителям информации (Мингулов Т.Л.) Добавление поддержки долговременного хранения образа процесса в ядро ОС (Синцов С.В.) Моделирование процессов разрушения твердых деформируемых тел при ударном столкновении (Кравцова И.Е.) Применение методов машинного обучения для адаптивной настройки параметров оптимизирующей компиляции программ (Старостин А.Н.) Исследование функционирования интеллектуальных имитационных моделей, формализованных в виде вероятностных автоматов с нечеткой функцией переходов (Ребриков А.В.)В последние два года кафедра уделяет большое внимание полному переходу на двухуровневое образование по направлению «Программная инженерия» в соответствии с Федеральными образовательными стандартами третьего поколения. Проект нового стандарта был создан преподавателями кафедры совместно с Высшей школой экономики и принят Министерством образования и науки. В рамках программы исследовательского университета был создан новый стандарт МГТУ им. Н.Э.Баумана по направлению «Программная инженерия» и новая учебная программа, ориентированная на выпуск высококвалифицированных специалистов (бакалавров и магистров) для индустрии программного обеспечения. Решением УМО вузов по университетскому политехническому образованию кафедра назначена головной среди родственных кафедр технических университетов, ведущих подготовку по направлению «Программная инженерия».^ Специализация «Библиотечные информационные системы» Более пятнадцати лет на кафедре ежегодно со второго курса формируется специализированная учебная группа, обучающаяся по направлению «Библиотечные информационные системы». Ее особенность заключается в том, что студенты этой специализации получают дополнительный практический опыт коллективной разработки большого проекта. Им является проект создания и эксплуатации электронной библиотеки МГТУ им. Н.Э. Баумана.В рамках курсовых и дипломных проектов, в ходе научно-исследовательской работы студенты кафедры при участии сотрудников библиотеки постоянно совершенствуют отдельные подсистемы, используя новейшие информационные технологии. К этому процессу ежегодно подключается новая группа студентов второго курса в количестве 10-15 человек, которые под руководством старшекурсников и аспирантов продолжают развивать библиотечную систему. Первая версия библиотечной системы, введенная в эксплуатацию в 1998 году, была создана студентами П.Антоновым, А.Патриным и А.Чубуковым. Следующая версия, названная авторами «L2K», введена в эксплуатацию в 2000 году. Она была разработана с использованием технологии Microsoft.NET следующим поколением студентов под руководством аспиранта кафедры П.Юрасова. В настоящее время посетители сайта научно-технической библиотеки МГТУ им. Н.Э. Баумана имеют дело с последней версией библиотечной системы, получившей название «Яуза». Наибольший вклад в ее разработку внесли А.Шиваров, Г.Абрамов, О.Пескова, Н.Белостоцкий, А.Соловьев. Как уже упоминалось, весь процесс совершенствования АБИС ведется в тесной связи с учебным процессом. Достаточно назвать только некоторые темы защищенных дипломных и курсовых проектов, связанных с электронной библиотекой университета: «Разработка автоматизированной системы научной обработки документов» (Абрамов Г.В.) «Разработка подсистемы комплектования АБИС библиотеки МГТУ им. Н.Э. Баумана» (Максимчук Т.И.) «Разработка подсистемы книгообеспеченности АБИС МГТУ им. Н.Э. Баумана» (Соловьев А.А) «Организация фонда электронных документов в библиотеке МГТУ им. Н.Э. Баумана» (Шиваров А.Е.) «Разработка электронного каталога библиотеки МГТУ им. Н.Э. Баумана» (Яснев М.И.) Результаты этих работ не только нашли практическое применение, но и высоко оценены специалистами информационного и библиотечного сообществ, которым довелось познакомиться с созданной системой по публикациям и выступлениям разработчиков на ряде конференций.В настоящее время созданная электронная библиотека состоит не только из Интернет-сайта и электронного каталога. Она включает в себя подсистемы комплектования библиотечного фонда, каталогизации, генерации и печати карточек, систематизации, ретрорегистрации, каталога читателей, обслуживания фонда электронных документов, приема и обработки заказов, средств сопровождения и эксплуатации системы. Еще одна задача, недавно решенная студентами кафедры в рамках специализации «Библиотечные информационные системы», создание электронного читального зала с литературой по дисциплинам специальности. Программный комплекс позволяет обеспечить доступ студентов и сотрудников МГТУ им. Н.Э. Баумана к электронным версиям учебных и научных материалов, таких как: учебники, методические пособия, статьи и справочные материалы. Встроенная система аутентификации позволяет создавать в рамках кафедры учетные записи пользователей, дающие конкретный набор прав доступа. Возможности пользователя, зарегистрировавшегося в электронном читальном зале, определяется типом читательского билета в библиотеке МГТУ им. Н.Э. Баумана (студент или преподаватель). Читателю предоставляется доступ к электронному каталогу библиотеки кафедры, к спискам рекомендованной литературы, возможность выбора и просмотра документа из каталога, открытие выбранного документа либо скачивание его на компьютер пользователя, полнотекстовый поиск, поиск по спискам рекомендованной литературы. Преподавателю дополнительно разрешается добавление и редактирование документов, создание, редактирование и удаление списков литературы.^ Работа с абитуриентами Более пятнадцати лет назад в МГТУ им. Н.Э. Баумана была создана программа «Шаг в будущее, Москва», цель которой - организация конкурса исследовательских работ школьников с тем, чтобы привлечь в университет наиболее способных из них . Кафедра ИУ-7 представлена в этой программе в рамках симпозиума «Современные информационные технологии» секцией «Программное обеспечение и информационные технологии». В работе секции обычно принимают участие школьники десятых -одиннадцатых классов из школ Москвы и Подмосковья. Обычно на конкурс ежегодно подается около пятидесяти работ. Они проходят предварительное рецензирование и выставляются на публичное обсуждение во время специально организованной выставки – Программно-компьютерного салона. Победители выставки награждаются призами, которые выделяют спонсоры – компании Microsoft, Intel, IBM, Диалог-Наука и др. В компьютерных разработках школьников находят свое рассмотрение самые разнообразные вопросы, такие как: компьютерное моделирование, игры, графические системы, информационные системы, средства удаленного доступа через Интернет.Высшую награду рекомендацию на льготное зачисление в МГТУ им. Н.Э. Баумана получают участники, представившие лучшие законченные исследования, представляющие практическую значимость и ценность.^ Научная работа Студенты кафедры имеют возможность вести научную работу под руководством опытных преподавателей и научных сотрудников докторов и кандидатов технических наук по следующим направлениям: Разработка методических и программных средств компьютеризации учебного процесса. Создание и внедрение проблемно-ориентированных программных комплексов, баз данных, средств телекоммуникации и дружественных пользовательских интерфейсов. 3. Разработка программных средств автоматизации научных исследований на базе новых информационных технологий. Наиболее значительной научной работой кафедры, к которой ежегодно привлекаются не менее трех десятков студентов, является разработка и совершенствование компонентов автоматизированной библиотечной системы университета. www.library.bmstu.ru. В 2003 году эта работа на всероссийском конкурсе, проведенном корпорацией Майкрософт, заняла первое место. В результате, группе студентов кафедры (руководитель доц. Горин С.В.) дали возможность представить этот проект на международном конкурсе в Барселоне (Испания). Кафедра и ее студенческий коллектив тесно сотрудничают с компанией Майкрософт. Они выступают с докладами и презентациями на конференциях и выставках. В 2004 году два десятка студентов старших курсов принимали участие в работах по локализации (русификации) программной системы Visual Basic.net. По контракту с компанией Майкрософт был выполнен большой проект по разработке примеров в справочную систему Visual Studio 2005. Ведущие преподаватели кафедры занимаются научной работой по широкому спектру направлений научной и производственной деятельности: Повышение эффективности и экологической безопасности угольных электростанций за счет внедрения плазменных технологий при организации растопки и «подсветки» котлов. В ходе решения этой проблемы созданы физические модели воспламенения пылеугольного потока с помощью воздушного плазмотрона, которые были положены в основу компьютерных программ для выбора конструктивных параметров устройств плазменно-угольных горелок; разработанные программы моделирования используются на практике при проектировании и переводе котлов угольных электростанций с устройств мазутной растопки на плазменно-угольные на ГРЭС в нашей стране и за рубежом (рук. проф.Трусов Б.Г.). Создание программно-математического обеспечения для компьютерного моделирования облучательных систем широкого назначения с высокой эффективностью преобразования электрической энергии в энергию излучения в УФ, видимой и ИК областях спектра. В рамках этого направления создаются реалистичные математические модели радиационных и плазмодинамических процессов в сильноизлучающей пространственно неоднородной разрядной плазме в нестационарных режимах работы с неравновесностью разного типа, реализованные в соответствующих вычислительных методах, алгоритмах и математических пакетах программ (рук. проф. Градов В.М.). Исследования по разработке адаптивных методов и алгоритмов управления фазированными антенными решетками для широкополосного радиодоступа мобильных интернет-терминалов. Разрабатывается модель многолучевой апертуры антенной решетки (технологии MIMO) с полосковыми активными излучателями. Проводятся исследования методов и алгоритмов фонетической аутентификации операторов мобильных Интернет-терминалов с широкополосными каналами радиодоступа. Разрабатывается аппаратно-программный комплекс для исследования методов и алгоритмов повышения достоверности решений в условиях воздействия возмущающих внешних факторов. (рук. проф. Майков К.А.) Проведение работ по созданию многофункциональных программных комплексов моделирования фазовых и химических равновесий в сложных гетерогенных системах; для произвольных систем с высокой точностью рассчитывается состав продуктов термического превращения, а также их термодинамические и транспортные свойства; программные средства снабжаются удобным графическим интерфейсом, позволяющим строить графики, таблицы, двойные и тройные фазовые диаграммы; создаются и постоянно расширяются базы данных термодинамических и термохимических свойств индивидуальных веществ. Созданные в рамках этих работ программные средства эксплуатируются на нескольких десятках российских предприятий, а также в Украине, Белоруссии, Казахстане, Киргизстане, США, ЮАР, Тайване. В МГТУ им. Н.Э. Баумана программные средства используются в учебном процессе на кафедрах СМ1, СМ4, Э1, МТ8 (рук.проф.Трусов Б.Г.). Иерархическое исследование сложных дискретных структур. В рамках этих работ созданы: методика иерархического исследования сложных дискретных структур, комбинированный алгоритм протяжки модельного времени при моделировании сложных дискретных структур, средства визуального отображения и построения топологии сложных дискретных структур. Ведутся исследования, связанные с иерархическим анализом и контролем правильности функционирования сложных дискретных устройств, структурным и параметрическим синтезом сложных дискретных устройств (рук. доц. Рудаков И.В.).