Методы параллельной обработки информации как компонент содержания подготовки будущих учителей информатики Козвонина Анастасия Валерьевна

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. МЕСТО И РОЛЬ МЕТОДОВ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ В СОВРЕМЕННОЙ ИНФОРМАТИКЕ 12

1.1. Обзор развития методов параллельной обработки информации 12

1.1.1. Причины появления и особенности многопроцессорных вычислительных систем 12

1.1.2. Области применения параллельных методов вычислений 16

1.1.3. Краткий обзор использования параллелизма в архитектуре ЭВМ...25

1.1.4. Классификация средств параллельного программирования 31

1.2. Фундаментальные основы методов параллельной обработки информации 40

выводы по первой главе 43

ГЛАВА 2. ПРИНЦИПЫ ОТБОРА СОДЕРЖАНИЯ ПОДГОТОВКИ БУДУЩИХ УЧИТЕЛЕЙ ИНФОМАТИКИ ПО МЕТОДАМ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ 44

2.1. Анализ стандартов высшего профессионального образования по информатике 45

2.1.1. Государственный стандарт России 46

2.1.2. Рекомендации специальной комиссии АСМ и IEEE 52

2.2. Модели содержания образования 60

2.3. Принципы отбора содержания 68

2.4. Изучение опыта преподавания курсов, связанных с параллельными вычислениями, преподаваемых в различных вузах россии и сша 83

2.5. Отбор содержания по курсу «методы параллельной обработки информации» 103

выводы по второй главе 107

ГЛАВА 3. СОДЕРЖАНИЕ КУРСА «МЕТОДЫ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОМАЦИИ» 108

3.1. Место курса «методы параллельной обработки информации» в системе подготовки учителей информатики 109

3.2. Задачи курса 113

3.3. Структура курса 115

3.4. Экспериментальная проверка эффективности разработанного курса

126

Выводы по третьей главе 137

Заключение 138

• Обзор развития методов параллельной обработки информации
• Анализ стандартов высшего профессионального образования по информатике
• Место курса «методы параллельной обработки информации» в системе подготовки учителей информатики

Введение к работе

Современный этап развития общества характеризуется постоянной необходимостью решения проблем, связанных с обработкой значительных объемов данных, представленных в электронном виде. Прошло немногим более полувека с момента появления первых электронных вычислительных машин. За это время сфера их применения охватила практически все области человеческой деятельности. Компьютеры оказались настолько эффективным инструментом, что очень крупные новые задачи стали возникать не только в традиционных для вычислений областях, но даже в таких, где раньше вычислительные работы не производились. Потребность в решении сложных задач заставила разрабатывать более совершенные компьютеры, поскольку вычислительных мощностей традиционных однопроцессорных компьютеров для решения таких задач оказалось недостаточно. В конечном итоге этот процесс привел к созданию многопроцессорных вычислительных систем, также называемых параллельными компьютерами. Это инициировало развитие алгоритмов с параллельной структурой вычислений. Использование многопроцессорных систем, т. е. вычислительных систем, построенных на базе отдельных процессоров, является одним из способов рационализации выполнения вычислений на компьютере.

Принцип распараллеливания работ приводит к двум достаточно сложным проблемам: способ организации взаимодействия компонентов системы и ее программное обеспечение. Причем чем более производительную систему необходимо получить, тем сложнее решить эти проблемы. Проектирование и применение вычислительных систем с параллельной обработкой требуют больших знаний по аппаратному обеспечению и структурам программного обеспечения. В настоящее время возможности параллельной обработки информации значительно опережают тот уровень подготовленности большинства специалистов и пользователей, который требуется для их эффективного использования.

Меняющиеся информационная среда, средства обработки информации становятся причиной изменения системы подготовки учителей информатики, в главной мере ее содержания. Разработка и совершенствование параллельных алгоритмов относятся к перспективным тенденциям развития информатики, которые должны найти отражение в содержании подготовки учителей информатики.

Вопрос соответствия подготовки учителей информатики перспективам и тенденциям развития этой отрасли научного знания, тенденциям развития методической системы обучения информатике поднимался многократно (Т. А. Бороненко, 10. С. Брановский, Я. А. Ваграменко, Т. В. Добудько, С. А. Жданов, А. А. Кузнецов, Т. А. Лавина, М. П. Лапчик, И. В. Марусева, А. В. Могилев, И. В. Роберт, Н. И. Рыжова, Н. В. Софронова, М. В. Швецкий и

ДР-) Проводились многочисленные исследования вопросов, связанных с

методами параллельной обработки информации в России (А. Н. Андреев,

А. С. Антонов, К. Ю. Богачев, В. В. Воеводин, Вл. В. Воеводин, В. П. Гергель,

Б. А. Головкин, В. А. Крюков, Р. Г. Стронгин, Д. К. Фаддеев и др.) и за рубежом

(Л. Боксер, А. Грама, А. Гупта, М. Гэри, Д. Джонсон, Д. Карипис, В. Кумар,

Р. Миллер, Ф. Г. Энслоу и др.).

Несмотря на большое количество исследований, посвященных вопросам развития методической системы обучения информатике в педагогическом вузе, работ с обоснованием и разработкой содержания подготовки будущих учителей информатики по методам параллельной обработки информации практически нет.

Содержание подготовки учителей информатики должно носить опережающий характер по отношению к содержанию школьного курса, поскольку учитель выступает носителем знаний, умений и навыков по преподаваемому им предмету, который постоянно развивается и изменяется. Вопросы совершенствования содержания подготовки учителей информатики приобретают особую актуальность при переходе к профильному обучению. Это

обусловлено, главным образом, тем, что учитель информатики должен знать не только базовую часть дисциплины, но и быть знакомым с содержанием разнообразных профильных и элективных курсов. Кроме того, учитель информатики должен не только работать с учащимися в рамках учебных занятий, но и являться организатором внеучебной деятельности по предмету (кружковой работы, факультативов, подготовки олимпиадной команды), требующей от него достаточно глубоких знаний.

В настоящее время в современном школьном обучении в предметной области «Информатика» значительное внимание уделяется программированию, но изучаются практически только последовательные алгоритмы. Анализ содержания Государственного стандарта и программ подготовки будущих учителей информатики в области параллельной обработки информации и использования многопроцессорных ЭВМ показывает, что этот вопрос не рассматривается в достаточной мере. В системе подготовки учителя информатики вопросы, связанные с параллельными алгоритмами, не изучаются. Вместе с тем при введении профильного обучения со специализацией по информатике идеи параллельного программирования могут стать предметом обучения в школе уже в ближайшие годы, что обусловлено их высокой важностью и потенциалом.

По мере того как параллельные вычисления все шире охватывают различные сферы жизнедеятельности современного общества, становится ясно, что специалист по информатике должен знать и понимать возможности применения и анализа алгоритмов как в традиционной последовательной модели вычислений, так и в различных параллельных моделях. Перспективы развития вычислительной техники и информатики обусловили необходимость преподавания будущим учителям информатики фундаментального курса по параллельным алгоритмам.

Можно сказать, что существует два основных подхода к прогнозу содержания подготовки учителя: прогноз развития науки и изменения в содержании профессиональной деятельности специалиста. Если рассмотреть

модель готовности учителя информатики к профессиональной деятельности на ближайшие 5-Ю лет, то в нынешней системе подготовки можно отметить необходимость изучения методов параллельной обработки информации. Этим определяется актуальность данного диссертационного исследования.

Таким образом, проблема исследования обусловлена существующим противоречием между современным состоянием подготовки будущих учителей информатики и перспективным развитием информатики, связанным с постоянным ростом значимости методов параллельной обработки информации.

Объект исследования: профессиональная подготовка студентов педагогических вузов с основной специальностью «учитель информатики».

Предметом исследования является содержание курса «Методы параллельной обработки информации».

Гипотеза исследования: курс «Методы параллельной обработки информации» внесет существенный вклад в подготовку учителей информатики к будущей профессиональной деятельности, если при его разработке исходить из следующих положений:

- содержание курса должно быть отобрано в соответствии с синергетическим принципом, т. е. соответствовать идеям фундаментальности, сложности, открытости и нелинейности;

- структура курса должна отражать фундаментальные принципы параллельной обработки информации, существующие в Computer Science;

- содержание и деятельность студентов по освоению содержания курса должны допускать нелинейную динамику развития.

Целью исследования является научное обоснование необходимости введения курса «Методы параллельной обработки информации» в систему подготовки учителей информатики, а также научно-обоснованный отбор содержания курса.

Для реализации этой цели необходимо последовательно решить следующие задачи:

1. Определить место и роль методов параллельной обработки информации в системе подготовки учителей информатики.

2. Обосновать критерии отбора содержания при подготовке учителя информатики и определить процедуру отбора.

3. Определить структуру и разработать содержание учебной дисциплины «Методы параллельной обработки информации».

4. Экспериментально проверить эффективность разработанного курса «Методы параллельной обработки информации».

Для достижения поставленной цели использовались следующие методы: изучение отечественных и зарубежных научных трудов по информатике, в частности по методам параллельной обработки информации; изучение научных трудов по педагогике, психологии, философии, касающихся информатизации образования; анализ стандартов профессионального высшего образования; изучение фундаментальных научных работ, связанных с содержанием образования и концепциями его отбора (С. А. Бешенков, С. В. Богданова, Т. В. Добудько, В. А. Извозчиков, В. В. Краевский, А. А. Кузнецов, Э. И. Кузнецов, Т. А. Лавина, М. П. Лапчик, В. С. Леднев, И. В. Марусева, Д. Ш. Матрос, И. В. Роберт, М. В. Рыжакова и др.); анализ учебных программ, пособий, диссертаций, материалов конференций; разработка педагогических средств, беседа, наблюдение; проведение эксперимента в ходе лекционных и практических занятий со студентами; анализ тенденций и закономерностей развития информатики как науки и вычислительной техники, интерпретация экспериментально полученных результатов.

Базой экспериментальной проверки работы явилась кафедра информатики и методики обучения информатике Вятского государственного гуманитарного университета.

Теоретической и методологической основой исследования являются:

- труды педагогов, психологов по проблемам образования, его роли в развитии личности обучаемого (Ю. К. Бабанский, В. П. Беспалько,

П. Я. Гальперин, Б. С. Гершунский, В. В. Давыдов, В. В. Краевский, В. С. Леднев, И. Я. Лернер и др.);

- работы в области развития концепции, структуры и содержания высшего профессионального образования (А. Н. Афанасьев, Ю. С. Брановский,

B. Г. Кинелев, А. А. Кузнецов, М. П. Лапчик, В. С. Леднев, В. Л. Матросов, А. В. Могилев, В. И. Пугач, И. В. Роберт, М. В. Швецкий и др.);

- работы по методологии обучения информатике (С. А. Бешенков,

C. Г. Григорьев, С. А. Жданов, А. П. Ершов, Н. Б. Захарова, А. А. Кузнецов, М. П. Лапчик, Е. А. Ракитина, А. Л. Семенов, С. М. Окулов, Н. Д. Угринович, Е. К. Хеннер и др.);

- работы по информатике, в частности методам параллельной обработки информации (С. А. Абрамов, А. Ахо, Д. Баррон, Ф. Л. Бауэр, К. Ю. Богачев, Н. Вирт, В. В. Воеводин, Вл. В. Воеводин, В. П. Гергель, Г. Гооз, А. Грама, А. Гупта, Э. Дейкстра, А. П. Ершов, Д. Карипис, Д. Кнут, Т. Кормен, В. Кумар, А. Г. Кушниреико, Ч. Лейзерсон, В. Липский, Р. Миллер, С. М. Окулов, К. Ривест, Р. Г. Стронгин, Дж. Ульман, А. X. Шень и др.).

Организация и этапы исследования. Работа над диссертацией продолжалась с 2002 по 2006 годы, и в ней можно условно выделить три основных этапа.

На первом этапе (2002-2003 гг.) исследования изучалось состояние рассматриваемой проблемы. На основании анализа научно-методической литературы на русском и английском языках сформулированы первоначальные гипотеза, цели и задачи исследования.

На втором этапе работы (2003-2004 гг.) определены тема исследования, его объект и предмет. Кроме того, этот этап был посвящен теоретико-экспериментальной работе, в ходе которой уточнялась гипотеза, разрабатывались основные разделы содержания подготовки учителей информатики. На основании результатов, полученных в ходе исследования, было определено содержание курса «Методы параллельной обработки информации» и разработана методика его изучения.

На третьем заключительном этапе (2004-2006 гг.) продолжалась теоретико-экспериментальная работа, а также была проведена систематизация и обобщение результатов исследования. Сформированы выводы, завершено оформление результатов исследования в виде диссертационной работы.

Научная новизна и теоретическая значимость исследования заключаются в том, что:

1. Обоснована необходимость введения новых компонент содержания профессиональной подготовки учителей информатики.

2. Выявлены место и роль методов параллельной обработки информации в системе подготовки учителей информатики.

Практическая значимость исследования состоит в том, что в учебный процесс обучения учителей информатики нового поколения внедрен курс «Методы параллельной обработки информации».

Достоверность исследования обеспечивается методологической обоснованностью определенной в диссертационном исследовании проблемы, целенаправленным использованием системы взаимодополняющих методов исследовательской и диагностической работы адекватно поставленным задачам, сопоставлением полученных результатов с теоретическими положениями исследования.

Апробация и внедрение результатов исследования: опытно-экспериментальная работа проводилась на базе Вятского государственного гуманитарного университета в период с 2002 по 2005 годы. В ней участвовали студенты, обучающиеся по специальности «информатика» с квалификацией «учитель информатики и английского языка». Основные результаты проведенного исследования апробировались через опубликованные автором научно-методические работы, а также докладывались и обсуждались на 55, 56, 57-й научных сессиях по итогам научно-исследовательской работы за 2003, 2004, 2005 годы в ВятГГУ (секция теории и методики обучения информатике в высшей и средней школе, 2003,2004, 2005 годы).

На защиту выносятся следующие положения:

1. Одним из ведущих направлений совершенствования содержания подготовки учителей информатики, отражающим опережающий принцип

обучения, является изучение методов параллельной обработки информации.

2. Изучение методов параллельной обработки информации позволяет вырабатывать, развивать и совершенствовать у обучаемых способности,

которые являются неотъемлемой частью подготовки учителей информатики, а именно, алгоритмическое мышление, способность анализа алгоритмов, способность эффективного решения сложных задач. 3. Структура и содержание курса «Методы параллельной обработки

информации» формируются в соответствии с синергетическим подходом к отбору содержания, основными характеристиками которого являются фундаментальность, открытость, сложность, нелинейность, т. е. соответствуют следующим принципам:

- отражение в содержании курса наиболее фундаментальных методов параллельной обработки информации;

- проблемный подход к изучению всех разделов курса;

- оптимальная взаимосвязь содержания курса с другими разделами

системы подготовки учителя информатики.

Обзор развития методов параллельной обработки информации

Решение на компьютере любой вычислительной задачи по определенному алгоритму предполагает выполнение некоторого фиксированного объема арифметических операций. Ускорить решение задачи можно одним из трех способов: либо использовать более производительную ф вычислительную систему с более быстрым процессором и более скоростной системной шиной; либо оптимизировать программу, например, в плане более эффективного использования скоростной кэш-памяти; либо же распределить вычислительную работу между несколькими процессорами, т. е. перейти на использование параллельных технологий. С момента появления первых компьютеров производительность микропроцессоров всегда возрастала достаточно быстро. В 1965 г. создатель фирмы Intel Гордон Мур заметил, что степень интеграции деталей минимальной стоимости (плотность транзисторов на кристалле микропроцессора) возрастает за год примерно в два раза, и можно ожидать, что в ближайшее время, по крайней мере в течение 10 лет, эта скорость останется такой же, если не увеличится. На более длительный срок, по мнению Мура, скорость увеличения была не так очевидна. Это означало, что к 1975 году количество деталей на интегральную схему минимальной стоимости должно было составить 65000. Рассуждение Гордона Мура было основано на эмпирическом логарифмическом отношении между сложностью устройства и временем. Он использовал это отношение, чтобы доказать, что к 1975 г. появятся устройства с 65000 компонентами на одном чипе, занимающие ,ш площадь примерно в одну четвертую квадратного дюйма. Этот прогноз оказался точным: в 1975 г. был выпущен прибор примерно с 65000 компонентами, объемом 16 кб. В своей следующей работе в 1975 г. Мур Л пересмотрел скорость удвоения сложности схем до 18 месяцев и запланировал с 1975 г. продвижения вперед на такой скорости. Эта характеристика стала известна как «Закон Мура». Формально закон Мура утверждает, что сложность схем удваивается каждые восемнадцать месяцев, или скорость и ф производительность микропроцессоров увеличиваются вдвое каждые 18 месяцев (примерно на 60 % в год). Это опытное отношение удивительно точно подходило в течение многих лет как для микропроцессоров, так и для динамических ОЗУ. Последние несколько лет ограничения закона Мура являются предметом всеобщих дебатов. В настоящее время компьютеры с одним процессором уже достигли больших скоростей и продвинули технологию к физическим ограничениям в производстве микросхем, но очень скоро этот процесс прекратится, поскольку существуют физические и архитектурные ограничения, которые задают предел вычислительной мощности, которая может быть достигнута системой с одним процессором. Чтобы обойти такое ограничение на скорость работы одного процессора, процессоры можно объединить и сделать так, чтобы они работали одновременно или параллельно. Чтобы достичь максимального эффекта от компьютерных систем с внутренним (многопроцессорные ЭВМ) или внешним параллелизмом (кластеры, компьютерные сети), проектировщики и разработчики программного обеспечения должны понимать особенности взаимодействия между такими частями системы как аппаратное и программное обеспечение.

Всегда существовали задачи, решение которых находилось на грани возможностей существовавших средств [32]. Вплоть до середины XX века практически единственным вычислительным средством был человек. Решение наиболее крупных задач требовало привлечения большого числа расчетчиков. Поскольку они проводили вычисления одновременно, по сути такой коллектив своими действиями моделировал работу многопроцессорной вычислительной системы. Роль отдельного процессора в этой системе выполнял отдельный человек. В качестве исторического примера можно привести работу академика А. А. Самарского, который в начале 50-х годов выполнял расчеты, необходимые для моделирования ядерных взрывов. Он посадил за столы несколько десятков человек и снабдил их арифмометрами. Эти люди передавали данные друг другу (на словах) и откладывали необходимые цифры на арифмометрах. Таким образом, в частности, была рассчитана эволюция взрывной волны. Можно сказать, что это была модель параллельной системы. Хотя расчеты водородной бомбы были проведены мастерски, точность их была очень низкая, потому что «узлов» в используемой «параллельной системе» было мало, а время подсчета получалось слишком большим.

При подобной организации вычислений никак не могло появиться большое число крупных задач, в этом просто не было бы смысла, потому что их некому бы было считать. Поэтому еще 50-60 лет назад весьма распространенным являлось мнение, что несколько мощных компьютеров смогут решить все практически необходимые задачи. История опровергла эти прогнозы. Компьютеры оказались настолько эффективным инструментом, что новые и очень крупные задачи стали возникать не только в традиционных для вычислений областях, но даже в таких, где раньше большие вычислительные работы не проводились. Кроме того, использование компьютеров освободило человека от нудного и скрупулезного труда, связанного с выполнением операций. Это позволило ему направить свой интеллект на постановку новых задач, построение математических моделей, разработку алгоритмов и при этом не бояться больших объемов вычислений.

Потребность в решении больших задач заставляет создавать более совершенные компьютеры. В свою очередь, более совершенные компьютеры позволяют улучшать математические модели и ставить еще большие задачи. В конце концов, кроме последовательных, появились параллельные компьютеры. Задачи от этого параллельными не стали, но начали развиваться алгоритмы с параллельной структурой вычислений. В результате опять появилась возможность увеличить размеры решаемых задач.

Многопроцессорные вычислительные системы - это компьютерные системы, состоящие из нескольких процессорных элементов, соединенных с помощью некоторой сети внутренних соединений плюс программное обеспечение, необходимое для того, чтобы процессорные элементы работали вместе.

Анализ стандартов высшего профессионального образования по информатике

Государственный образовательный стандарт по информатике должен отражать существующее на определенный момент понимание предмета информатики и соответствующих ему знаний. В связи с бурным развитием образовательной информатики в 80-х годах XX в. появилась потребность в создании и внедрении государственных стандартов. Наиболее распространенным стандартом обучения информатике долгое время был учебный план по специальности 220400, описанный в статье С. С. Лаврова, А. О. Слисенко и Г. С. Цейтина «Проект учебного плана по специальности: "информатика и системное программирование"» [86]. Эта специальность просуществовала без значительных изменений до 2000 г., когда была заменена похожей по содержанию специальностью 351500. Названные специальности не являются «учительскими», а предметом нашего исследования сейчас является стандарт по специальности Информатика с квалификацией выпускника -учитель информатики, поэтому рассмотрим Государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования, одобренный на заседании учебно-методического совета по информатике 16 декабря 1999 г., протокол №3.

Анализируемым государственным образовательным стандартом определяются требования к обязательному минимуму содержания основной образовательной программы подготовки учителя информатики, а также к условиям ее реализации и срокам ее освоения.

Специальность 030100 Информатика утверждена приказом Министерства образования Российской Федерации № 686 от 02.03.2000 г., квалификация выпускника - учитель информатики. Нормативный срок освоения основной образовательной программы будущими учителями информатики по этой специальности при очной форме обучения составляет 5 лет.

Выпускник, получивший квалификацию «учитель информатики», в соответствии со стандартом должен быть готовым осуществлять обучение и воспитание учеников с учетом специфики преподаваемого предмета; способствовать их социализации. Кроме того, он должен знать «основы общетеоретических дисциплин в объеме, необходимом для решения педагогических, научно-методических и организационно-управленческих задач» [168, С. 5], а также «основные направления и перспективы развития образования и педагогической науки» [168, С. 6]. Выпускник по названной специальности подготовлен для работы в образовательных учреждениях различного типа, а также к продолжению образования в аспирантуре. Специалист должен уметь «анализировать собственную деятельность с целью ее совершенствования и повышения своей квалификации» [168, С. 47]. Кроме того, выпускник должен иметь «целостное представление об информатике как науке, ее месте в современном мире и в системе наук». Также специалист, подготовленный по специальности 030100 Информатика, «владеет системой знаний о теоретических основах информатики. Знает устройство ЭВМ, тенденции развития архитектуры ЭВМ. Обладает навыками программирования на нескольких проблемно- и машинно-ориентированных языках. Имеет навыки работы на компьютере, с различными вспомогательными устройствами, с системными и прикладными программными средствами общего назначения. Знает возможности использования вычислительной техники в управлении учебными заведениями, для создания банка данных педагогической информации. Знает новые информационные технологии в образовании, умеет внедрять их в практику работы учебного заведения. Владеет умениями работы в локальных сетях, системах телекоммуникаций» [168, С. 48].

Как указано в общих требованиях к основной образовательной программе подготовки выпускника по специальности 030100 Информатика, основная образовательная программа подготовки учителя информатики включает в себя дисциплины федерального компонента, дисциплины национально-регионального (вузовского) компонента, дисциплины по выбору студента, а также факультативные дисциплины. Дисциплины по выбору студента должны содержательно дополнять дисциплины федерального компонента. Основная образовательная программа подготовки учителя информатики предусматривает изучение следующих циклов дисциплин: общие гуманитарные и социально-экономические дисциплины (цикл ГСЭ); общие математические и естественнонаучные дисциплины (цикл ЕН); общепрофессиональные дисциплины (цикл ОПД); дисциплины предметной подготовки (цикл ДПП); дисциплины специализации (ДС); факультативы (ФТД); а также итоговую аттестацию.

В соответствии с требованиями к разработке основной образовательной программы подготовки выпускника по специальности 030100 Информатика, высшее учебное заведение самостоятельно разрабатывает и утверждает основную образовательную программу вуза для подготовки учителя информатики на основе государственного стандарта, при этом дисциплины по выбору являются обязательными, а факультативные дисциплины, предусматриваемые учебным планом вуза, не являются обязательными для студентов.

Место курса «методы параллельной обработки информации» в системе подготовки учителей информатики

Предлагаемый нами для введения в систему подготовки учителя информатики курс имеет широкие внутрипредметные, межпредметные и межцикловые дидактические связи. Проанализируем их.

Внутрипредметные дидактические связи. Сквозными идеями курса являются фундаментальные понятия и алгоритмы информатики: матричные алгоритмы, алгоритмы сортировки, алгоритмы поиска, алгоритмы на графах. Все алгоритмы анализируются на возможность эффективного распараллеливания.

Учебная дисциплина «Методы параллельной обработки информации» имеет межпредметные дидактические связи со многими курсами [98]. Перечислим основные из этих курсов, а также их темы или разделы, наиболее тесно связанные с методами параллельной обработки информации.

- «Теория алгоритмов»

Данный курс относится к дисциплинам предметной подготовки федерального компонента (ДПП.Ф.04) Государственного стандарта по специальности 030100 Информатика [168]. На его изучение в 6 семестре выделяется 130 часов, из них 72 ч. аудиторных, 58 ч. - на самостоятельную работу, в конце курса предусмотрен экзамен.

Некоторые из тем курса «Теория алгоритмов», связанные с методами параллельной обработки информации, таковы: основные меры сложности вычисления, основы теории NP-полноты, применение теории NP-полноты для анализа сложности проблем и т. д.

- «Теоретические основы информатики»

Данный курс также относится к дисциплинам предметной подготовки федерального компонента (ДПП.Ф.08) Государственного стандарта по специальности 030100 Информатика. На его изучение в 6 семестре выделяется часа, из них 72 ч. аудиторных и 72 ч. на самостоятельную работу, в конце курса предусмотрен экзамен.

Основные темы курса «Теоретические основы информатики», связанные с методами параллельной обработки информации, следующие: ЭВМ как универсальное средство обработки информации; понятие алгоритма, его основные свойства, способы представления алгоритмов; рекурсия и итерация; понятие сложности алгоритма, полиномиальные алгоритмы; основные методы разработки эффективных алгоритмов (метод балансировки, динамическое программирование, изменение представления данных); исчерпывающий поиск; сложность задачи; верхние и нижние оценки; понятие трудной задачи; алгоритмы оптимизации на сетях и графах; понятие жадного алгоритма и т. д.

- «Программирование»

Данный курс изучается по Государственному стандарту (ДПП.Ф.14) в 1 и 2 семестрах, на него выделяется 370 ч. (216 ч. аудиторных, 154 ч. -самостоятельная работа), форма итогового контроля - экзамен.

- «Практикум по решению задач на ЭВМ»

Данный курс изучается по Государственному стандарту (ДПП.Ф.19) в 3 и 4 семестрах, на него выделяется 214 ч. (108 ч. аудиторных, 106 ч. -самостоятельная работа), форма итогового контроля - зачет.

Темы курсов «Программирование» и «ПРЗ», имеющие межпредметные дидактические связи с предлагаемым курсом «Методы параллельной обработки информации»: обработка чисел, числовых последовательностей, строк, массивов, записей, множеств; подпрограммы, рекурсия; указатели динамические структуры данных, методы сортировки и поиска данных.

- «Компьютерные сети, Интернет и мультимедиа-технологии» (ДПП.Ф.17), 190 ч., из них 106 ч. аудиторных, 84 ч. самостоятельной работы, изучается в 7 и 8 семестрах, форма итогового контроля - экзамен. В курсе по архитектурам компьютерных сетей изучаются в частности темы: модель OSI, протокол TCP/IP. Их знание будет фундаментом при изучении курса «Методы параллельной обработки информации», особенно при реализации параллельных алгоритмов на кластере рабочих станций.

- «Элементы абстрактной и компьютерной алгебры» (ДПП.Ф.ОЗ), 130 ч. (72 ч. аудиторных, 58 ч. самостоятельная работа), изучается в 4 семестре, в конце курса предусмотрен экзамен.

- «Численные методы» (ДПП.Ф.07), 260 ч. (144 ч. аудиторных, 116 ч. -самостоятельная работа), изучается в 5 и 6 семестрах, форма итогового контроля - экзамен.

Учебный материал, изучаемый по двум последним названным курсам, важен в курсе «Методы параллельной обработки информации» для эффективного составления алгоритмов, обрабатывающих большие объемы данных.

- «Архитектура компьютера» (ДПП.Ф.13) 144 ч. (72 ч. аудиторных, 72 ч.

- самостоятельная работа), изучается в 8 семестре, в конце курса предусмотрен зачет. В курсе изучаются кроме прочего современные тенденции развития архитектуры ЭВМ.