Рабочая программа, методические указания и контрольные задания для студентов специальности 230101 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» icon

Рабочая программа, методические указания и контрольные задания для студентов специальности 230101 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»


Смотрите также:
Рабочая программа...
Методические указания и контрольные задания для студентов заочников Специальности 230101...
Рабочая программа...
Рабочая программа...
Методические указания и контрольные задания Для студентов специальности 230101 «Вычислительные...
Методические указания и контрольные задания Для студентов специальности 230101 «Вычислительные...
Методические указания и контрольные задания Для студентов специальности 230101...
Программа итоговой государственной аттестации выпускников по специальности 230101 Вычислительные...
Рабочая программа и общие методические указания для студентов II и III курсов...
«Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»...
Методические указания для студентов по прохождению производственной (профессиональной) практики...
«Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»...



Загрузка...
скачать


Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»


УТВЕРЖДАЮ                       

Директор ИДО


________________ С.И. Качин


«_____»_____________2010 г.


СИСТЕМНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ


Рабочая программа, методические указания и контрольные задания для студентов специальности

230101 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»

Института дистанционного образования



Семестр

9

10

Лекции, часов

2

8

Лабораторные занятия, часов




10

Практические занятия, часов




4

Контрольная работа




1

Самостоятельная работа, часов




120

Формы контроля




экзамен



Издательство

Томского политехнического университета

2010

УДК 681.3


Системное программное обеспечение: рабочая программа, методические указания и контрольные задания для студентов спец. 230101 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» ИДО./ сост. Ю.Я. Кацман, А.Г. Столяров. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. – 12с.


Рабочая программа, методические указания и контрольные задания рассмотрены и рекомендованы к изданию методическим семинаром кафедры вычислительной техники – протокол №8 от 12 ноября 2009 г.


Зав. кафедрой, д.т.н., профессор Н.Г. Марков


Аннотация

Рабочая программа учебной дисциплины «Системное программное обеспечение» предназначена для подготовки инженеров по специальности 230101 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети».

Содержание программы соответствует ГОС ВПО и предназначено для изучения функций и алгоритмов управления ОС в современных ЭВМ, комплексах и вычислительных системах.

Теоретическая часть изучаемой дисциплины включает следующие разделы: «Классификация системного программного обеспечения», «Управление процессами, потоками и заданиями», «Управление ресурсами», «Файловые системы», «Поддержка сетей», ...

Лабораторный практикум посвящен практическому ознакомлению с функциями и возможностями среды графического программирования LabVIEW 8 для решения задач системного программирования. Лабораторные занятия проводятся на персональных компьютерах с операционной системой Windows.


Разработчики:




доцент кафедры ВТ

Кацман Ю.Я.

старший преподаватель кафедры ВТ

Столяров А.Г.

E–mail: katsman@tpu.ru

E–mail: sta@tpu.ru

^ 1 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

    1. Цели преподавания дисциплины

Целью преподавания дисциплины «Системное программное обеспечение (СПО)» является изучение организации функционирования (алгоритмов функционирования ОС) вычислительных процессов в современных ЭВМ, комплексах и вычислительных системах.

В результате изучения дисциплины студент должен знать структуру и характеристики системного ПО, проблемы, связанные с функционированием совместно протекающих процессов.

Пользуясь полученными знаниями, студент должен уметь выбирать и использовать алгоритмы планирования задач, использовать конструкции и примитивы, предназначенные для описания и управления вычислениями с различной степенью параллельности, строить корректные схемы вычислений.

Содержание дисциплины «Системное программное обеспечение» по специальности 230101 базируется на материале ряда дисциплин: «Теория автоматов», «Операционные системы», «Программирование на языке высокого уровня», «Организация ЭВМ и систем».

Курс «Системное программное обеспечение» относится к числу общепрофессиональных дисциплин специальности 230101 и занимает в подготовке инженеров важное место. Он является базовым для изучения последующих дисциплин: «Сети ЭВМ и средства телекоммуникаций», «Микропроцессорные системы», «Методы проектирования систем логического управления». Данный курс определяет профессиональную направленность подготовки специалистов.

    1. Задачи изложения и изучения дисциплины

Преподавание данной дисциплины предусматривает следующие конкретные средства, способы и организационные мероприятия, обеспечивающие достижение целей:

  • проведение лекций;

  • проведение лабораторных занятий;

  • проведение консультаций;

  • разработка методических указаний к лабораторным работам;

  • разработка учебных пособий;

  • текущий и итоговый контроль.

^ 2 СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛА ДИСЦИПЛИНЫ

2.1 Введение

2.1.1 Вводная информация: предмет курса; содержание теоретического материала курса; содержание цикла лабораторных работ, список литературы для изучения.

2.1.2 Системное программное обеспечение: основные понятия и их определения; расположение СПО в общей структуре ЭВМ, классификация и структура СПО; организация взаимодействия между аппаратурой ЭВМ, СПО и ППО (прикладное программное обеспечение).

2.1.3 Классификация системных программ: ОС, загрузчики, трансляторы, компиляторы и интерпретаторы, отладчики и утилиты.

2.1.4 Интерфейс операционной системы: основные принципы и стандарты; системные вызовы; интерфейсы WinAPI, POSIX API; 32 и 64 разрядные интерфейсы; проблема локализации, стандарты ANSI и UNICODE.

2.1.5 Средства разработки Windows-программ, используемые при изучении дисциплины: LabVIEW 8.

^ 2.2 Особенности выполнения программ

2.2.1 Объекты ядра: создание, уничтожение, таблица описателей, учет пользователей объектов ядра, наследование.

2.2.2 Процесс выполнения программ: создание, завершение процессов и потоков.

2.2.3 Синхронизация потоков: механизмы синхронизации (семафоры, мониторы, сообщения, барьеры).

2.2.4 Решение классических проблем синхронизации: проблема обедающих философов, проблема читателей и писателей, проблема спящего брадобрея.

2.2.5 Реализация синхронизации: синхронизация потоков в пользовательском режиме; синхронизация потоков с использованием объектов ядра

2.2.6 Межпроцессные взаимодействия (IPC): механизмы, каналы, очереди сообщений, разделяемые сегменты памяти, сокеты, вызов удаленных процедур (RPC).

2.3 Ввод-вывод

2.3.1 Аппаратура ввода-вывода: устройства, контроллеры устройств; ввод-вывод, отображаемый на адресное пространство памяти; прямой доступ к памяти (DMA); настройка адресов и защита.

2.3.2 Программное обеспечение ввода-вывода: задачи ПО; управляемый прерываниями ввод-вывод; использование DMA.

2.3.3 Программные уровни ввода-вывода: обработчики прерываний, драйверы устройств, независимое от устройств ПО ввода-вывода; ПО ввода-вывода пространства пользователя.

2.3.4 Подсистема ввода-вывода в MS Windows 2000: компоненты ввода-вывода и их взаимодействие.

^ 2.4 Файловые системы

2.4.1 Файлы: структура и типы файлов; доступ к файлу; атрибуты файла; операции с файлами; файлы, проецируемые в память. Синхронный и асинхронный ввод/вывод.

2.4.2 Каталоги: одноуровневые, двухуровневые и иерархические системы каталогов; операции с каталогами

2.4.3 Реализация файловой системы: структура файловой системы, реализация файлов и каталогов; совместно используемые файлы; надежность и производительность файловой системы

2.4.4 Взаимоблокировки, их обнаружение. Избежание взаимоблокировок; безопасные и небезопасные состояния.

^ 2.5 Драйверы устройств

2.5.1 Драйверы: задачи, классификация и особенности их функционирования, основные свойства и характеристики; драйверы в OC MS Windows и Unix.

2.5.2 Организация работы подсистемы управления внешними устройствами в MS Windows 2000, Windows XP, Windows Server 2003: типы драйверов; стек драйверов; загрузка, инициализация и выгрузка драйверов; инсталляция драйверов; синхронный и асинхронный ввод-вывод; выполнение операций ввода-вывода; Plug and Play.

2.5.3 Унифицированная модель разработки драйверов для Windows платформ (WDM): свойства; структура драйвера и принципы функционирования; интерфейс Native API методы и средства разработки; управление памятью, работа со строками, осуществление операций ввода-вывода; драйвер-фильтр.

2.6 Защита

2.6.1 Классы безопасности. Компоненты системы защиты. Проверка прав доступа; дескрипторы защиты и управления доступом.

2.6.2 Права и привилегии учетных записей, суперпривилегии. Аудит безопасности. Вход в систему; Инициализация Winlogon; этапы входа пользователя. Политика ограниченного использования программ.

^ 2.7 Поддержка сетей

2.7.1 Сетевая архитектура Windows: эталонная модель OSI; сетевые компоненты.

2.7.2 Сетевые API. Разрешение имен (DNS, WINS). Драйверы протоколов; расширения TCP/IP.

^ 3 СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛА ДИСЦИПЛИНЫ

3.1 Тематика лабораторных работ

Лабораторные работы проводятся на IBM-совместимых компьютерах под управлением MS Windows NT/2000. Среда разработки – LabVIEW 8.

3.1.1 Введение в понятие «виртуальный инструмент», знакомство со средой графического программирования LabVIEW (2 часа).

3.1.2 Исследование особенностей программирования интерфейса RS-232 на примере манипулятора «мышь» в среде графического программирования LabVIEW (4 часа).

3.1.3 Исследование файловой системы Windows с использованием средств LabVIEW (4 часа).

3.1.4 Изучение принципов параллельных вычислений (потоков) в ОС Windows (4 часа).

^ 3.2 Тематика практических занятий

1. Основные принципы эффективного программирования в среде LabVIEW.

2. Интеграция стороннего программного обеспечение в программы, созданные в среде LabVIEW.

^ 4 КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

4.1 Общие методические указания

Контрольная работа выполняется в виде написания реферата. Каждый студент получает вариант индивидуального контрольного задания (тему реферата) либо у преподавателя на установочной сессии, либо определяет самостоятельно, как число, составленное из двух последних цифр зачетной книжки.

Тематика рефератов связана с современным состоянием и перспективами развития СПО, поэтому она может ежегодно обновляться. Информационные материалы для реферата необходимо брать из монографий, периодической технической литературы (журналов), а также с Web-серверов сети Internet. Объем реферата – не более 20 страниц машинописного текста, включая рисунки, таблицы и библиографические ссылки.

Реферат можно послать по электронной почте (katsman@tpu.ru, либо sta@tpu.ru). В письме студент должен указать (фамилию, имя, отчество, номер группы), название дисциплины, тему реферата и предоставить сам реферат. При отсутствии электронной почты, реферат необходимо сдать преподавателю на проверку в начале сессии.

Для сдачи экзамена наличие проверенного и принятого преподавателем реферата обязательно!

^ 4.2 Варианты контрольных заданий (темы рефератов)

Варианта

Тема реферата

1

Классы программных продуктов (системное ПО, пакеты прикладных программ, инструментарий программирования).

2

Проектирование информационных систем (жизненный цикл ПО, технология «водопада» для построения сложных систем, основные этапы и их характеристика).

3

Проектирование информационных систем (ИС) (этапы проектирования и их характеристика, ограничения, выявление критических участков и уязвимостей ИС).

4

Проектирование информационных систем (ИС) (архитектура и интерфейс ИС, тестирование ИС).

5

Проектирование баз данных (БД) (распределенные БД и хранилища данных).

6

Современные архитектуры построения ИС (технология «клиент-сервер», достоинства и недостатки двухуровневой и трехуровневой модели).

7

CASE-средства автоматизации этапов разработки ИС (основные характеристики и типовые решения).

8

Трехуровневая архитектура современных ИС (достоинства и недостатки расширяемой трехуровневой архитектуры по сравнению с технологией клиент-сервер).

9

ER-диаграммы. Сущности и связи. Диаграммы потоков данных.

10

Диаграммы изменения состояний. Проверка качества и полноты информационной модели.

11

Общие свойства и характеристики архитектуры ОС (масштабируемость, переносимость и распределенность).

12

Общие требования, свойства и характеристики архитектуры ОС (защищенность, надежность и производительность ОС).

13

Компоненты ОС (основные программные интерфейсы ОС, интерфейсы прикладного программирования API).

14

Управление памятью и алгоритмы планирования процессов в ОС.

15

Методы шифрования в современных информационных системах (классификация, симметричные и асимметричные алгоритмы шифрования.)

16

Алгоритмы архивации данных (сжатие способом кодирования серий RLE, алгоритм Хаффмана).

17

Алгоритмы архивации данных (арифметическое кодирование, алгоритм Лемпеля-Зива-Велча).

18

Типовые алгоритмы шифрования (криптосистема RSA. механизм шифрования DES).

19

Типовые алгоритмы шифрования (понятие электронной подписи, методы защищенной аутентификации).

20

Протоколы защищенных каналов передачи данных: SSL, PPTP, IPSec (особенности данных протоколов, спецификация, принцип работы, архитектура).

21

Анализ сетевой архитектуры Windows (защита и анализ сетевого трафика, средства защиты информации на пользовательском уровне и уровне ядра).

22

Анализ сетевой архитектуры Windows (реализация защиты на уровне системных DLL-библиотек, защита на уровне сетевых сервисов).

23

Поддержка сетей в Windows Vista (эталонная модель OSI, реализация защиты на уровне API).

24

Внутреннее устройство ядра Windows Vista (на основе сравнения с архитектурой Windows NT).

25

Внутреннее устройство ядра Windows Vista (новые службы и компоненты, безопасность, надежность и производительность).

26

Библиотеки динамической компоновки DLL (основные типы библиотек DLL, применение библиотек в архитектуре Windows).

27

Организация системы прерываний (характеристика системы прерываний, аппаратные и программные прерывания).

28

Файловые системы Windows 2000.

29

Windows 2000, Windows Vista – диспетчер кэша.

30

Windows Vista – подсистема ввода – вывода.

^ 5 ИТОГОВЫЙ КОНТРОЛЬ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«СИСТЕМНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ»


5.1 Перечень вопросов для подготовки к экзамену

  1. ОС – как расширенная (виртуальная) машина.

  2. ОС – как менеджер ресурсов.

  3. Что такое СПО (определение)? Место СПО в обеспечении функционирования вычислительной системы.

  4. Расположение СПО в общей структуре ЭВМ. Классификация и структура СПО – основные термины.

  5. Режим ядра и пользовательский режим.

  6. Интерфейс операционной системы: основные принципы и стандарты. Системные вызовы.

  7. Стандарт и функции Win32 API.

  8. Проблема локализации, стандарты ANSI и UNICODE. Стратегии UNICODE.

  9. Сравните системные потоки режима ядра и потоки пользовательского режима.

  10. Объекты ядра: что такое объект ядра, учет пользователей, защита объектов.

  11. Объекты ядра: что такое объект ядра, таблица описателей объектов. Создание и закрытие объектов ядра.

  12. Совместное использование объектов ядра несколькими процессами. Наследование описателя объекта.

  13. Совместное использование объектов ядра несколькими процессами. Именованные объекты.

  14. Ядро различает прерывания и исключения. В чем заключается их сходство и различие?

  15. Обработка аппаратных прерываний: IRQ, IDT?

  16. Совместное использование объектов ядра несколькими процессами. Дублирование описателей объектов.

  17. Состояние состязания. Критические области.

  18. Взаимное исключение с активным ожиданием: запрещение прерываний, строгое чередование.

  19. Проблемы синхронизации в Windows: Interlocked-функции и критические секции.

  20. Синхронизация при помощи объектов ядра: события и ожидаемые таймеры.

  21. Синхронизация при помощи объектов ядра: мьютексы и семафоры.

  22. Проблемы синхронизации в Windows: Waitable-функции.

  23. Межпроцессное взаимодействие: проблема производителя и потребителя.

  24. Межпроцессное взаимодействие: проблема обедающих философов.

  25. Межпроцессное взаимодействие: проблема читателей и писателей.

  26. Межпроцессное взаимодействие: проблема спящего брадобрея.

  27. Межпроцессное взаимодействие в Windows 2000: общий обзор.

  28. Межпроцессное взаимодействие в Windows 2000: сообщения WM_COPYDATA и память общего доступа (DLL и файловые проекции).

  29. Межпроцессное взаимодействие в Windows 2000: анонимные каналы. Переопределение стандартных потоков ввода/вывода при помощи анонимных каналов.

  30. Межпроцессное взаимодействие в Windows 2000: именованные каналы.

  31. Межпроцессное взаимодействие в Windows 2000: почтовые слоты, сокеты.

  32. Межпроцессное взаимодействие в Windows 2000: RPC, MSMQ.

  33. Устройства ввода-вывода, их классификация. Контроллеры устройств ввода-вывода.

  34. Отображаемый на адресное пространство памяти ввод-вывод: использование портов ввода-вывода.

  35. Отображаемый на адресное пространство памяти ввод-вывод: отображение управляющих регистров в память.

  36. Прямой доступ к памяти (DMA).

  37. Задачи программного обеспечения ввода-вывода.

  38. Программный ввод-вывод.

  39. Управляемый прерываниями ввод-вывод, ввод-вывод с использованием DMA.

  40. Файловые системы. Файлы, их именование и структура.

  41. Типы файлов, доступ к файлам, файловые атрибуты.

  42. Файлы, отображаемые на адресное пространство памяти.

  43. Каталоги, одноуровневые, двухуровневые и иерархические системы каталогов.

  44. Имя пути к каталогу. Операции с каталогами.

  45. Драйверы Windows, классификация драйверов.

  46. WDM. Требования к WDM-драйверам. Основные процедуры, входящие в состав драйвера.

  47. Стеки драйверов.

  48. Доступ к файлам в среде LabVIEW.

  49. Каким образом обеспечивается доступ к портам персонального компьютера в среде LabVIEW?

  50. Каким образом обеспечивается диспетчеризация потоков под управлением среды программирования LabVIEW?

^ 6 УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

6.1 Литература обязательная

1. Таненбаум Э. Современные операционные системы, 2-е изд.: Пер. с англ. – СПб: Питер, 2003. – 1040 с.: ил.

2. Гордеев А. В., Молчанов А. Ю. Системное программное обеспечение: Учебник для вузов – СПб: Питер, 2003. – 736 с.: ил.

3. Вильямс А. Системное программирование в Windows 2000 для профессионалов – СПб: Питер, 2003. – 624 с.: ил.

4. Джонсон М. Системное программирование в среде Win32, 2-е изд.: Пер. с англ. – M.: Издательский дом “Вильямс”, 2001. – 464 с.: ил.

5. Рихтер Дж. Windows для профессионалов: создание эффективных Win32 приложений с учетом специфики 64-разрядной версии Windows, 4-е изд.: Пер, англ – СПб: Питер; М.: Издательско-торговый дом "Русская Редакция", 2001. - 752 с.; ил.

6. Документация Win32 API (MSDN).

7. Документация по разработке драйверов в MS Windows (DDK).

8. А. Я. Суранов, LabVIEW 8.20., Справочник по функциям, М: «ДМК Пресс», 2007.

9. Дж. Трэвис, Дж. Кринг, LabVIEW для всех, М: «ДМК Пресс», 2008.

10. Питер Блюм, LabVIEW. Стиль программирования, М: «ДМК Пресс», 2008.

^ 6.2.2 Литература дополнительная (Электронная)

  1. Справочник по WinAPI. Режим доступа: http://www.cracklab.ru/pro/api.php, вход свободный.

  2. Programming the Microsoft Windows Driver Model/Walter Oney - Режим доступа: ftp://ftp.vt.tpu.ru/study/Katsman/public/SPO/BOOKS, вход свободный.

  3. Джеффри Рихтер. WINDOWS, Создание эффективных WIN32-приложений с учетом специфики 64-разрядной версии Windows. - Режим доступа: ftp://ftp.vt.tpu.ru/study/Katsman/public/SPO/BOOKS, вход свободный.

  4. Таненбаум Э. Современные операционные системы, 2-е изд.:
    Пер. с англ. – СПб: Питер, 2003. – 1040 с.: ил. Режим доступа: ftp://ftp.vt.tpu.ru/study/Katsman/public/SPO/BOOKS, вход свободный.

  5. Русинович М. и Соломон Д. Внутреннее устройство Microsoft Windows: Windows Server 2003, Windows XP, Windows 2000. Мастер-класс./ Пер. с англ. – 4-е изд. – М.: Издательско-торговый дом «Русская редакция»; СПб.: Питер; 2005. – 992 стр. ил. Режим доступа: ftp://ftp.vt.tpu.ru/study/Katsman/public/SPO/BOOKS, вход свободный.


6.3 Перечень используемых информационных продуктов

  • Среда графического программирования LabVIEW 8.


Учебное издание


^ СИСТЕМНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ


Рабочая программа, методические указания и контрольные задания



Составители



КАЦМАН Юлий Янович

СТОЛЯРОВ Андрей Геннадиевич

Рецензент

доктор технических наук,

профессор кафедры ВТ АВТФ



В.Г. Спицын




Подписано к печати Формат 60х84/16. Бумага «Снегурочка».

Печать Xerox. Усл. печ. л. 0,7. Уч.-изд. л. 0,63.

Заказ . Тираж экз.



Томский политехнический университет

Система менеджмента качества

Томского политехнического университета сертифицирована

NATIONAL QUALITY ASSURANCE по стандарту ISO 9001:2000



. 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30.






Скачать 163,93 Kb.
оставить комментарий
Дата03.10.2011
Размер163,93 Kb.
ТипРабочая программа, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

наверх