8D06105 Системная инженерия в КазНУ им. аль-Фараби

В этом курсе докторанты понимают и осваивают методологию исследования, используемую в IT. Курс будет охватывать темы, начиная от принципов проектирования эксперимента, статистики и заканчивая различными аспектами чтения, оценки научных работ и представления результатов исследований. Будут выполняться задания, позволяющие докторантам практиковать различные исследовательские навыки и методики, описанные в лекциях. Докторанты будут выбирать источники, разрабатывать и определять алгоритмы выполнения и делать прогнозы для своего докторского исследовательского проекта, а также представлять исследовательское предложение.

Цель дисциплины состоит в формировании способности реализовывать параллельные и распределенные алгоритмы, запускать их в реальных высокопроизводительных вычислительных системах. В результате изучения дисциплины сформировать у докторантов способности: - разрабатывать, реализовывать и анализировать параллельные алгоритмы; - выполнять вычисления в современных системах HPC, таких как OpenMP на узлах с общей памятью, CUDA для графических сопроцессоров и модели MPI и PGAS для систем с распределенной памятью; - разрабатывать масштабируемые параллельные алгоритмы, эффективные при увеличении размера задачи и эффективные при увеличении размера системы; - анализировать возможности по уменьшению асимптотической сложности задач, сокращению коммуникаций и перемещения данных; - разрабатывать и анализировать алгоритмы для трех основных классов вычислительных систем: многоядерных с общей памятью, систем с распределенной памятью, таких как кластеры и суперкомпьютеры, последовательных или параллельных систем с глубокими иерархиями памяти. В рамках дисциплины рассматриваются следующие аспекты: Введение в архитектуру HPC и параллельное программирование. Базовая архитектура и организация: иерархия памяти, архитектура с распределенной и распределенной памятью, многопроцессорная архитектура. Введение в параллелизм на уровне потоков. Ускорители (GPU, Xeon-Phi). Прогнозирование и оценка эффективности. Параллельное программирование / вычисления: введение в MPI / OpenMP, основы программирования CUDA. Оптимизация работы кластера: выполнение заданий в среде HPC, планировщик заданий, балансировка нагрузки на уровне кластера. Программное обеспечение с открытым исходным кодом. Распараллеливание в программном обеспечении: доменная / пространственная декомпозиция, распределение несвязанного взаимодействия, динамическая балансировка нагрузки, многопроцессорная связь.

Цель дисциплины состоит в формировании способности применять различные методы моделирования инженерных систем, а также методы численных и компьютерных решений, используемые в промышленных и инженерных средах. В результате изучения дисциплины сформировать у докторантов способности: - выполнять численное моделирование линейных и нелинейных обыкновенных дифференциальных уравнений и детерминированных систем; - прогнозировать поведение модели на основе новых входных данных и проверки выходных данных; - планировать и выполнять задачи оценки, основанные на исследованиях, с творческим подходом и инициативой в новых ситуациях в профессиональной практике и с высоким уровнем личной автономии и подотчетности; - разрабатывать креативные и инновационные решения инженерных задач; - создавать системные отчеты и системные спецификации в среде моделирования. В рамках дисциплины рассматриваются следующие аспекты: Основные аспекты моделирования и симуляции. Процесс моделирования. Модели и системы. Статистические проблемы, связанные с моделированием. Дискретное и непрерывное имитационное моделирование. Приложения моделирования. Введение в среду моделирования программного обеспечения. Сетевое моделирование. Основные технологические модули. Моделирование подробных операций. Принятие решения с помощью симуляции. Моделирование процессов. Продвинутые методы моделирования. Анализ процесса моделирования. Калькуляция и анимация.

Цель дисциплины состоит в формировании способности выполнять групповые проекты, в рамках которых докторанты должны работать с внешним клиентом для разработки и выпуска работающего приложения. В результате изучения дисциплины сформировать у докторантов способности: - роектировать и реализовывать объектно-ориентированные программы, эффективно используя большой выбор библиотек; - использовать инструменты программирования, такие как интегрированная среда разработки, отладчик и репозиторий кода; - разрабатывать, документировать и внедрять программное обеспечение для реального клиентского приложения, которым может быть мобильное приложение, облачное приложение или веб-сервис; - проектировать и реализовывать графические пользовательские интерфейсы, подходящие для масштабирования на нескольких устройствах и разрешениях; - применять эффективные методы командной работы и навыки организации проектной деятельности. В рамках дисциплины рассматриваются следующие аспекты: Модели программных процессов. Рациональный единый процесс. Гибкая разработка программного обеспечения. Масштабирование гибких методов. Системное моделирование. Модельно-ориентированное проектирование. Разработка программного обеспечения, внедрение, тестирование. Разработка с открытым исходным кодом. Тестирование программного обеспечения. Эволюция программного обеспечения. Обслуживание программного обеспечения. Компонентная программная инженерия. Виды компонентного состава. Распределенная разработка программного обеспечения. Аспектно-ориентированная разработка программного обеспечения.

Цель дисциплины состоит в формировании способности строить решение крупномасштабных задач с применением объектно-ориентированной парадигмы. В результате изучения дисциплины сформировать у докторантов способности: - использовать преимущества и критические атрибуты объектно-ориентированного подхода к разработке оконных и веб-приложений; - применять ключевые атрибуты инструменты анализа / проектирования программного обеспечения; - повторно использовать программный код, компоненты и модули; - строить диаграммы с использованием языка графического описания для объектного моделирования UML для различных этапов проектирования;  разрабатывать объектно-ориентированные модели для разработки программного обеспечения. В рамках дисциплины рассматриваются следующие аспекты: Объектно-ориентированная разработка программного обеспечения. Объектно-ориентированное моделирование с помощью UML. Объектно-ориентированное программирование, инкапсуляция модели, сокрытие информации, полиморфизм, наследование. Документирование кода. Модульное тестирование. Графический пользовательский интерфейс. Проектирование и разработка программного обеспечения с использованием принципов модульности, инкапсуляции, сокрытия информации, абстракции и полиморфизма.

Цель дисциплины состоит в формировании способности применять методы и технологии оценки надежности элементов и систем при исследовании и проектировании современных компьютерных систем. В результате изучения дисциплины сформировать у докторантов способности: - описывать методы и технологии оценки надежности элементов компьютерных систем; - выполнять формальную постановку задач, возникающих при повышении надёжности компьютерных систем; - разрабатывать алгоритм решения поставленной задачи на основе наиболее подходящего метода оценки надежности и отказоустойчивости компьютерных систем; - реализовывать разработанный алгоритм с использованием языков программирования; - проводить анализ корректности и вычислительной сложности алгоритмов и программ. В рамках дисциплины рассматриваются следующие аспекты: Проблема надежности в современном мире. Оценка надежности невосстанавливаемых систем различной конфигурации. Количественные показатели надежности. Непрерывные и дискретные законы надежности. Связанные распределения. Испытания на надежность в ускоренном режиме. Расчет надежности в условиях неполной информации. Байесовский подход. Надежность невосстанавливаемых систем. Расчет с помощью логической алгебры. Резервирование как метод повышения надежности. Выбор элементов и схем. Оптимизация стоимости резервированных объектов. Надежность восстанавливаемых систем. Расчет коэффициентов готовности. Оценка надежности программного обеспечения. Контроль, доработка и приемка программ. Служба надежности на предприятиях. Задачи. Структура и документы.

Цель дисциплины состоит в формировании способности создавать системы управления ИТ-инфраструктурой и сервисами на основе современных технологий. В результате изучения дисциплины сформировать у докторантов способности: – обработать научные статьи в области управления ИТ-инфраструктурой; – проводить анализ последних достижений в области управления ИТ-инфраструктурой и сервисами, представленных в современных исследованиях; – планировать и осуществлять исследовательский процесс с учетом требований научного направления; – выбирать технологии, программные средства и компьютерное оборудование для анализа управления ИТ-инфраструктурой и услугами; – организовать эффективное взаимодействие с научным сообществом в создании и распространении исследований и разработок, высокотехнологичных продуктов. В рамках дисциплины рассматриваются следующие аспекты: Сервисная стратегия. Ключевые идеи. Ключевые процессы и виды деятельности. Проектирование сервисов. Перемещение сервисов. Управление сервисами. Постоянное улучшение сервиса. Процессы и функции управления сервисами. Стандарты облачных вычислений. Стратегические последствия облачных вычислений. Облачная архитектура. Моделирование в облачных вычислениях. Проектирование в облачных вычислениях. Типы распределенных систем. Анализ управления ИТ-инфраструктурой.

Цель дисциплины состоит в формировании способности создавать системы баз данных с акцентом на такие технологии, как сенсорные сети, персональные базы данных и управление информацией в Интернете. В результате изучения дисциплины сформировать у докторантов способности: - излагать фундаментальные теоретические и методологические положения для академического изучения технологий проектирования баз данных, включая некоторые из наиболее важных и актуальных научных работ; - обрабатывать научные статьи в этой области; - планировать и осуществлять исследовательский процесс с учетом требований научной определенности; - выбирать технологию, программные средства и компьютерное оборудование для анализа технологий проектирования систем баз данных; - разрабатывать компоненты для интеллектуального решения задач или принятия решений, компоненты для специализированной обработки данных и компоненты для управления общей информацией. В рамках дисциплины рассматриваются следующие аспекты: Эволюция системы баз данных. Системы реляционных баз данных. Информационная интеграция. Обработка транзакций. Реляционная модель данных. Определение схемы отношений в SQL. Алгебраический язык запросов. Ограничения на отношения. Теория проектирования для реляционных баз данных. Правила о функциональных зависимостях. Модели базы данных высокого уровня. От UML-диаграмм к отношениям. Программирование реляционных баз данных. Реляционная алгебра и журнал данных. Представления и индексы. Хранимые процедуры. Моделирование и программирование слабоструктурированных данных.

Цель изучения дисциплины: приобрести необходимые знания и навыки для академического письма на уровне PhD. Этот курс посвящен трем основным вопросам академического письма студентов: 1. написание академических текстов по системной инженерии; 2. написание научных статей на английском языке в иностранных журналах; 3. написание докторской диссертации. В результате курса докторант развивает и формирует точный, четкий, компактный и объективный академический стиль письма в области системной инженерии.

Цель дисциплины состоит в формировании способности применять вычислительную технику, системное программное обеспечение в науке и технике для решения практических задач. По успешному завершению данного модуля докторанты должны быть способны: - описывать способы разработки системного программного обеспечения с учетом аппаратно-программных особенностей; - выполнять отладку и тестирование программных продуктов; - разрабатывать программные модули на современных языках программирования; - реализовывать отладку и тестирование программы на уровне модуля; - проводить анализ корректности и вычислительной сложности алгоритмов и программ. При изучении дисциплины студенты будут изучать следующие аспекты: Освоение основного вида профессиональной деятельности. Основные подходы программирования в компьютерных системах. Работа с файловой системой и символьный ввод и вывод. Работа с реестром. Обработка исключений. Управление памятью. Динамически компонуемые библиотеки. Управление процессами. Потоки и планирование выполнения. Синхронизация потоков. Взаимодействие между процессами. Отладка программных модулей с использованием специализированных программных средств. Тестирование программных модулей.

Критически анализировать, оценивать и синтезировать новые сложные идеи, которые находятся на самом передовом рубеже науки в профессиональной деятельности

Рассматривать и объединять в единое целое все возможные аспекты проекта или системы, такие как разработка требований, надежность, логистика, координация действий различных групп, тестирование и оценка, ремонтопригодность

Излагать основные принципы проектирования и управления крупномасштабными инженерными системами на протяжении всего жизненного цикла, демонстрировать междисциплинарное понимание концепций систем

Выстраивать исследовательский процесс по теме диссертации, аргументированно и обоснованно представлять научные результаты для обсуждения в научных дискуссиях и публикациях в национальных и международных рецензируемых изданиях

Презентовать результаты учебной и научно-исследовательской деятельности в виде научных отчетов, тезисов статей, докторских диссертаций, учебно-исследовательских и научных проектов

Использовать инструменты из различных областей, включая системы управления, исследование операций, надежность и производительность, анализ рисков, разработку программного обеспечения, а также сетевое взаимодействие и безопасность при планировании научных исследований и проведении вычислительных экспериментов

Быть готовым к корректному и толерантному взаимодействию в обществе, к работе в команде, к социальному взаимодействию и сотрудничеству для решения научно-технических задач

Проводить критический анализ, оценку и выбор элементов системной инженерии, методов и стандартов, архитектуры, компьютерных инструментов, поддерживающих системную инженерию, с целью их дальнейшего применения при разработке крупномасштабных инженерных систем

Решать задачи оценки рисков, расчета затрат, управления инженерными программами

Применять различные методы моделирования инженерных систем, а также методы численных и компьютерных решений, используемых в промышленных и инженерных средах

Планировать и выполнять учебно-образовательную, учебно-исследовательскую деятельность в организациях высшего образования с использованием традиционных, инновационных, интерактивных, личностно-ориентированных технологий и методов обучения

Генерировать новые и сложные цели, предлагать новые гипотезы и решения научных проблем в области системной инженерии на основе самостоятельного оригинального подхода