УЧЕБНО-НАУЧНЫЙ ЦЕНТР КОМПЬЮТЕРНОЙ ФИЗИКИ ФИЗИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТА
Из истории создания центра и вехи его развития
Центр компьютерной физики (ЦКФ) физического факультета МГУ создан в соответствии с приказом по МГУ № 791 от 10 декабря 1991 г. Директором ЦКФ был назначен профессор А.В. Тихонравов. Основными задачами ЦКФ, определенными на момент его создания, являлись сопровождение и развитие программных средств, используемых для работы общефакультетских подразделений физфака (деканат, плановый отдел, отдел кадров, бухгалтерия, отдел аспирантуры, ИТС), поддержка работоспособности и обновление баз данных, создание условий доступа сотрудников, аспирантов и студентов физического факультета к вычислительным мощностям МГУ. Для выполнения этих задач ЦКФ была передана вычислительная техника в составе двух ЭВМ ЕС-1011 и ЭВМ ЕС-1045 и сформирован соответствующий штат из сотрудников кафедры математики физфака.
За первые 2 года работы сотрудниками ЦКФ была создана собственная локальная сеть на базе имеющейся вычислительной техники с возможностью доступа к вычислительным мощностям НИВЦ МГУ. В течение ряда лет эта сеть активно использовалась сотрудниками ряда кафедр физического факультета для проведения вычислительных экспериментов, требовавших значительных затрат счетных ресурсов. В дальнейшем в состав сети была включена рабочая станция DEC-3000, полученная факультетом и переданная для эксплуатации в ЦКФ, на которой были установлены пакеты прикладных программ для научных вычислений, разработанные в НИВЦ МГУ.
В середине 90-х годов, в связи с началом активного использования персональных ЭВМ в учебном процессе, научных исследованиях и информационном обеспечении подразделений физического факультета, перед ЦКФ была поставлена задача перевода информации с устаревшей к тому времени техники на персональные компьютеры. С этой целью группой сотрудников и студентов под руководством зам. директора ЦКФ доцента В.Т. Волкова было создано оригинальное математическое обеспечение, позволившее осуществить перенос факультетских баз данных, используемых бухгалтерией, отделом кадров, плановым отделом и рядом кафедр физфака с ЭВМ ЕС-1011 на персональные компьютеры. Параллельно были разработаны комплексы программ для эксплуатации этих баз данных на ПК и печати больших объемов информации на быстродействующих АЦПУ ЕС-1011. Силами сотрудников ЦКФ было организовано обучение персонала общефакультетеских подразделений работе на персональных компьютерах с использованием как оригинального, так и стандартного математического обеспечения. Все это время ЦКФ обеспечивал также контроль за техническим состоянием вычислительных средств подразделений деканата и осуществлял необходимый ремонт и обновление вычислительной техники.
В течение всего времени существования ЦКФ его сотрудники проводили научные исследования в области вычислительной физики и математического моделирования в соответствии с планами научных работ физического факультета. Сотрудниками ЦКФ получен ряд новых результатов по синтезу многослойных зеркал для рентгеновской оптики с помощью метода игольчатых вариаций. Проведено систематическое исследование плёнок фторидов, нанесённых на кварцевые и кальциевые подложки, в дальней ультрафиолетовой области спектра, проведены расчёты принципиально новых многослойных систем для различных применений в оптических системах фемтосекундных лазеров, созданы новые алгоритмы и пакеты программ для решения задач прикладной электродинамики, молекулярной кинетики, диффузии и сорбции. На основе численно-асимптотических алгоритмов исследован ряд свойств контрастных структур в сингулярно-возмущенных дифференциальных уравнениях.
К концу 90-х годов бурный рост парка персональных ЭВМ и создание на физическом факультете нескольких компьютерных классов для учебного процесса и общего доступа потребовали значительной корректировки задач, решаемых ЦКФ, и приведения их в соответствие с новыми условиями. Сам Центр в 2000 году был преобразован в Учебно-научный центр компьютерной физики физического факультета МГУ, основные функции которого определены приказом по физическому факультету № 3 осн от 11 января 2000 г. Директором ЦКФ был назначен зав. кафедрой математики профессор В.Ф. Бутузов, а затем с 2001 г. по 2005 г. - доцент П.К. Сенаторов. Целями и задачами обновленного ЦКФ были определены обеспечение компьютерного сопровождения практикумов по программированию, компьютерной математике и математическому моделированию для студентов младших курсов, создание условий для доступа сотрудников, аспирантов и студентов физического факультета к вычислительным мощностям через компьютерные классы общего пользования, а также консультационная помощь и сопровождение программных продуктов, используемых общефакультетскими подразделениями.
Обслуживание учебного процесса. Лицензионное программное обеспечение
С 2005 г. директором Центра был назначен доцент В.Н.Задков. С этого времени в компьютерных классах вводится в эксплуатацию новая технология терминального доступа к вычислительным ресурсам. Для этих целей был приобретен мощный сервер, на который было установлено серверное программное обеспечение Windows Server 2003 и ряд программ необходимых для обеспечения учебного процесса. Данная технология была протестирована в течении года и расширенна на все компьютерные классы. Данный подход позволил существенно снизить расходы на поддержание компьютерных классов и в разы увеличить срок службы техники.В 2007 году был введен в учебный процесс Линукс терминальный сервер для расширения учебной программы компьютерных курсов и расширения кругозора студентов. Данные технологии являются свободно распространяемыми и дают возможность освоить студенту мощный инструментарий, разработанный мировым Линукс-сообществом. Факультет также начал регулярную подписку на лицензию фирмы Microsoft MSDNAA, которая позволила обеспечить лицензионно-чистым программным обеспечение Microsoft (за исключением пакета Microsoft Office) весь учебный процесс и научные исследования на факультете. Этот успешный опыт позволил серьезно поставить вопрос о легальном лицензионно-чистом матобеспечении в учебном процессе на физическом факультете МГУ. В этой связи был издан приказ декана физического факультета о переходе на факультете на лицензионно-чистое программное обеспечение. Для его выполнения ЦКФ было приобретено и установлено лицензионное и свободно-распространяемое программное обеспечение используемое в учебном процессе. Таким образом студенты физического факультета имеют возможность изучать такие программные продукты как OpenOffice, MatLab, Mathematica, VisualStudio и т.д. Надо отметить, что эта инициатива факультета получила большой положительный резонанс во всем Университете и даже в прессе.
В 2006-2007 гг. ЦКФ при всесторонней помощи руководства факультета полностью отремонтировал учебные компьютерные классы и полностью их переоборудовал современным оборудованием. Это позволило с 2006 г. перевести занятия из корпуса нелинейной оптики на физический факультет, что существенно упростило жизнь студентам. В настоящее время ЦКФ обсдуживает проведение занятий в двух современных компьютерных классах, оснащенных терминальными станциями (тонкий клиент), обеспечивающими бесперебойную работу, мультимедийными проектами для возможности проведения лекций и семинаров, что представляет огромный интерес не только для проведения стандартных занятий по программированию, но и проведения спецкурсов для старшекурсников по численным методам и узкоспециализированному программированию.
ЦКФ принял активное участие в технической поддержке работы Центра контроля качества образования (ЦККО) с момента его создания в 2005 г. В ЦККО была введена в эксплуатацию технология терминального доступа и разработана система проведения тестирования. Уникальность системы состоит в возможности экспорта большого числа тестов и тестировании по задачам с аналитическими формулами.
Создание пилотной системы безопасности (видеонаблюдение и контроль доступа) физфака
В 2007-2008 гг. ЦКФ подключился к решению пилотного проекта по организации системы видеонаблюдения и контроля доступа в аудиториях Надстройки факультета. Все аудитории с компьютерами в Надстройке снабжены камерами видеонаблюдения с инфракрасной подсветкой и электронными замками системы контроля доступа. Для доступа в помещения всему персоналу и ответственным лицам выданы персональные электронные карточки. Все входы и выходы из помещений фиксируются в электронном журнале системы контроля доступа. Наработка опыта работы с такой системой будет чрезвычайно полезной для расширения системы видеонаблюдения и контроля доступа на другие подразделения факультета.Разработка административной системы управления факультетом
В виду отсутствия централизованной административной системы в службах деканата физического факультета, ЦКФ было предложено начать процесс внедрения системы 1С для планово-финансово отдела, отдела кадров и бухгалтерии. Данная инициатива была поддержана руководством факультета и начата работа по созданию системы. Для этих целей были созданы защищенные сервера с системой 1С и организован защищенный доступ к ним. Было проведено обучение сотрудников данных отделов по работе с системой. Также была организованна помощь в сборе и вводе первичной информации для работы в системе 1С. Внедрение единой системы управление в административных отделах деканата позволит в ближайшем будущем получать единую сводку по всем хозяйственно-административным вопросам для стратегического управления факультетом. Формирование отчетов по необходимым критериям даст возможность оперативно получать информацию о работе факультета и подразделений. Частичный перевод отделов кадров, финнансо-планового и бухгалтерии на новую систему уже произведен в настоящее время.Разработка и чтение курса по параллельному программированию
Современные научные и прикладные исследования в физике часто требуют проведения масштабных ресурсоемких вычислений. Стремительный рост производительности современных вычислительных систем достигается за счет использование параллельно работающих процессоров или многоядерных систем. Традиционные суперкомпьютеры с оригинальной архитектурой значительно повышают производительность вычислений, однако имеют существенный недостаток – большую цену, чем серьёзно уступают кластерным системам. При существенном снижении стоимости производительность кластерной системы в большом классе задач остается весьма высокой. В тоже время стандартный вычислительный узел уже давно не является однопроцессорной машиной, и эффективность использования многопроцессорной/многоядерной архитектуры для решения одной ресурсоемкой задачи зависит от применяемых средств разработки и методов распараллеливания. Технологией ставшей де-факто стандартной в научных ресурсоёмких приложениях является OpenMP, поддерживаемая всеми современными разработчиками компиляторов. Центром был предложен курс, цель которого, побудить студентов-физиков к «параллельному размышлению» над численным решением физической задачи, снабдить их в рамках лекционно-практического курса технологиями и навыками распараллеливания задач. Поскольку не каждую задачу удается эффективно распараллелить, то отдельно в курсе стоит проблема анализа возможных физических задач и поиска таких алгоритмов их решения, которые допускают одновременное использование нескольких узлов кластера. Практические занятия на учебном кластере и современной суперкомпьютере позволят студентам приобрести навыки удаленного использования мощных вычислительных ресурсов и откроют широкие перспективы в научно-исследовательской работе.Таким образом организован альтернативный спецкурс по программированию высокого уровня для студентов второго курса «Основы параллельного программирования для решения ресурсоёмких физических задач». Спецкурс содержит 12 лекций, 15 практических заданий на вычислительном кластере, 15 домашних заданий и задание для выполнения курсовой работы. Курс создан с использованием технологий дистанционного обучения, что позволяет выполнять задания в любом удобном для слушателей месте, имеющем подключение в интернет.
Корпоративная интернет-среда для студентов, аспирантов и сотрудников физфака
Летом 2008 г. ЦКФ совместно с компанией GOOGLE была создана информационная среда для студентов и преподавателей на физическом факультете в домене @physics.msu.ru. В данной системе были созданы учетные записи для всех студентов и ряда сотрудников факультета. Теперь каждый студент и сотрудник факультета имеет возможность использовать в своей учебе, работе и свободном времяпрепровождении все достоинства самых современных технологий!Почтовый ящик @physics.msu.ru - это 6 Гб места для хранения сообщений, это встроенный чат, это упорядочение сообщений в цепочки, это эффективный спам-фильтр, это возможность сортировки сообщений и пересылки на другие адреса, это автоматический сбор почты с существующих ящиков. А многочисленные службы Google помогут эффективнее реализовывать совместные учебные и исследовательские проекты, планировать учебные и внеучебные мероприятия и просто общаться!
С Календарем Google можно планировать свою общественную и академическую жизнь, создавать личные календари, приглашать знакомых на мероприятия и намечать время встреч со своими одногруппниками и коллегами. Документы Google отлично подходят для работы над групповыми проектами: можно создать документ или таблицу, предоставить к ним доступ всем участникам проекта и сотрудничать в реальном времени, находясь при этом в вузе, дома или любом другом месте. Google Talk позволит обмениваться мгновенными сообщениями, бесплатно разговаривать через Интернет и передавать файлы (удобнее и проще, чем ICQ). А еще можно создавать страницы или целые сайты, используя удобные и мощные инструменты Google, не тратя время на программирование и решение вопросов с их размещением.
Вот список адресов всех служб:
• Электронная почта: http://mail.physics.msu.ru
• Календарь: http://calendar.physics.msu.ru
• Сайты: http://sites.physics.msu.ru
• Документы Google: http://docs.physics.msu.ru
• Стартовая страница: http://start.physics.msu.ru
• Google Talk (чат): встроен в интерфейс почты или устанавливается в виде клиента (скачать можно здесь: http://www.google.com/talk/intl/ru/).
Развитие дистанционного образования на факультете
В связи с мировой тенденцией перехода на дистанционное образование, силами Центра был создан портал по дистанционному обучению http://distant.phsy.msu.ru. Данный портал предназначен для проведения удаленных занятий между слушателями и преподавателями средствами интернет. Механизм портала был основан на открытых технологиях системы MOODLE и адаптирован под специфику преподавания на физическом факультете. Для поддержки портала была создана рабочая группа и сформирован Центр Дистанционного Образования. Также были проведены работы по размещению информации о портале в сети Интернет для увеличения индекса цитируемости сайта. В рамках стратегии развития ДО были созданы подготовительные курсы для абитуриентов по физике и математике. Для увеличения привлекательности физического факультета в рамках дополнительного образования подготовлены технические курсы по информатике, параллельному программированию и системе LabView. Данный проект был награжден дипломом "Инновационный проект - 2008".
Д.Н. Янышев выступает с докладом на конкурсе инновационных проектов 2008.
14-го декабря 2008 г. физический факультет совместно с комапанией Google организовал и провел первую дистанционную олимпиаду «Шаг в физику» среди учеников старших классов.
Организация подобного рода проекта продиктована сегодняшним днём, в котором стремительно развивающиеся технологии, предоставляют все новые и новые возможности во всех сферах деятельности человека, в том числе и науке. Современное образование в наше время становится неразрывно связанным с информатизацией общества, возможность использования ресурсов Интернет в образовательных целях превращается в необходимость.
Организация дистанционной олимпиады позволила существенно расширить круг ее участников за счет привлечения школьников из удаленных районов России. В Олимпиаде участвовало более полутора тысяч участников из более чем восьмидесяти регионов страны. Около шестидесяти участников стали победителями и будут приглашены в Москву для участия во втором (очном) туре Московской региональной олимпиады по физике.
В.Н.Задков, директор ЦКФ физического факультета МГУ,
Д.Н.Янышев, зам. директора ЦКФ физического факультета МГУ
Д.Н.Янышев, зам. директора ЦКФ физического факультета МГУ