Программа дисциплины «Операционные среды, системы и оболочки» для направления 080700. 62 Бизнес-информатика (вторая ступень высшего профессионального образования) Пермь 20

Вид материала

Содержание

Цель дисциплины
Итоговый контроль
Тема 2. Концептуальные основы построения ОС
Тема 3. Реализация основных функций ОС: управление процессами, памятью ВС.
Тема 4. Управление процессами
Тема 5. Управление памятью ВС
Тема 6. Прерывание как основной механизм ОС
Дополнительная литература
Рекомендованная литература
Перечень вопросов для самоконтроля студентов
Тематика практических занятий
Методические рекомендации (материалы) преподавателю

Подобный материал:

Одобрена на заседании кафедры ___________________________________________

Зав. кафедрой ______________________Казаченко Т.А.

“______”_____________________________ 2010 г.

Программа дисциплины

«Операционные среды, системы и оболочки»

для направления 080700.62 – Бизнес-информатика
(вторая ступень высшего профессионального образования)

Пермь 2010

Обязательный минимум содержания дисциплины по ГОС

ОПД.Ф.04

Принципы построения операционных систем (ОС), вычислительный процесс и его реализация с помощью ОС; основные функции ОС; обзор современных ОС и операционных оболочек; стандартные сервисные программы; машинно-зависимые свойства ОС; управление вычислительными процессами, вводом-выводом, реальной памятью; управление виртуальной памятью; машинно-независимые свойства ОС; способы планирования заданий пользователей; динамические последовательные и параллельные структуры программ; способы построения ОС; сохранность и защита программных систем; интерфейсы и основные стандарты в области системного программного обеспечения.

Пояснительная записка

Авторы программы:
Требования к студентам:

Приступая к изучению данной дисциплины, студент должен обладать знаниями информатики в объеме учебных курсов «Информатика и программирование» и «Вычислительные системы и телекоммуникации» образовательной программы.

Аннотация:

Программа составлена в соответствии с требованиями ГОС к обязательному минимуму содержания основной образовательной программы подготовки бакалавра бизнес-информатики. Освоение данной дисциплины позволит студентам через овладение теоретических знаний о принципах построения и архитектуре современных операционных систем и сред, обеспечивающих организацию вычислительных процессов в корпоративных информационных системах экономического, управленческого, производственного, научного и др. назначения, приобрести необходимые компетенции по проектированию, внедрению, анализу и сопровождению корпоративных информационных систем.

Дисциплина «Операционные среды, системы и оболочки» относится к циклу «Общие профессиональные дисциплины» и связана с дисциплинами учебного плана «Информатика и программирование», «Теория систем и системный анализ», «Основы программирования в VS.Net».

Цель дисциплины – дать целостное представление о концепциях построения операционных систем, их роли и задачах, выполняемых в рамках функционирования современных информационных систем.

Задачи:

познакомить студентов с основными принципами создания и функционирования операционных сред и систем;

познакомить с особенностями протекания вычислительных процессов;

формировать исследовательские компетенции в процессе изучения и сопоставления различных операционных сред, систем и оболочек;

отработать навыки инструментального использования системных программных средств.

Курс должен способствовать общему развитию студентов, формированию и развитию исследовательских компетенций отрабатываемых в деятельностном режиме.

Учебная задача курса:

В результате изучения курса студент должен:

иметь представление:

о назначении операционных сред, систем и оболочек;
о видах современных операционных систем и оболочек;
о тенденциях развития операционных систем.

знать:

определение и функции операционных систем, основные задачи, решаемые при выполнении этих функций и подходы к их решению;
аппаратные возможности и средства поддержки функций операционных систем;
вопросы эффективности, безопасности, диагностики, восстановления, мониторинга и оптимизации операционных систем и сред;
основные принципы организации и функционирования операционных систем различных классов;
особенности реализации вычислительного процесса с помощью операционной системы;
различные стандартные сервисные программы;
машинно-зависимые свойства ОС.

уметь:

сравнивать и выделять особенности эффективной работы различных ОС по обслуживанию задач пользователей;
диагностировать и восстанавливать операционные системы при сбоях и отказах;
выполнять обоснованный выбор ОС для поддержки проектируемых информационных технологий и компьютерных информационных систем;
управлять вычислительными процессами, вводом-выводом, реальной и виртуальной памятью.

обладать навыками:

описания интерфейсов и основных стандартов в области системного программного обеспечения;
разработки программных моделей вычислительного процесса многопрограммных операционных систем с детализацией уровней задач, процессов, потоков и взаимоблокировок.
обеспечения сохранности и защиты программных систем.

Формы контроля:

Текущий контроль: выполнение лабораторных работ сопровождается проведением контрольных опросов, согласно графику контрольных мероприятий выполняются домашние задания и контрольная работа.
Итоговый контроль: зачет проводится в соответствии с учебным планом в конце восьмого модуля. Изучение дисциплины завершается сдачей экзамена. Итоговая оценка: складывается в соответствии с «Положением о рейтинге», принятом в ПФ ГУ-ВШЭ. Формы проведения определяются учебным планом.

Содержание программы

Тема 1. Функции и структура операционной системы

1.1. Операционные системы как ядро системного программного обеспечения: классификация, общие принципы, архитектура

1.2. Определение операционной системы (ОС) и ее функции. Классификация ОС (по структуре, режиму работы). Основы проектирования ОС, общие принципы их построения.

1.3. Обзор современных операционных систем. Способы построения современных ОС (ОС с иерархической структурой, виртуальные машины, ОС мультипроцессорных систем, сетевые ОС, ОС с микроядерной архитектурой).

Тема 2. Концептуальные основы построения ОС

2.1. Основы построения операционных систем:

базовые функции и понятия ОС (процесс, процессор, ресурс);
определение и классификация ресурсов;

— определение процесса и его контекст, состояния процесса, классификация процессов;

— мультипрограммирование и многозадачность, понятие потока; средства ОС для управления процессами и потоками;

— аппаратная поддержка мультизадачности в Intel;

2.2. Компоненты ОС и объекты ядра Windows, используемые для представления процессов и ресурсов, реализации функций управления:

параллельность и проблема синхронизации (примеры):
проблема взаимного исключения и критические секции:
определение и свойства;
программная реализация взаимного исключения, алгоритм Деккера;

— синхронизация с помощью семафоров (определение и свойства семафоров, семафорные примитивы, примеры использования);

— мониторы как средство синхронизации процессов;

2.3. Объекты ядра Windows, используемые для решения задач взаимного исключения и синхронизации процессов. Функции синхронизации. Решение задачи синхронизации в ОС Microsoft Windows и OS/2:

— проблема тупиков:

— определение тупика,

— задачи, связанные с решением проблемы тупика (предотвращение, обходы тупиков, распознавание тупика, вывод системы из тупика и восстановление работоспособности системы);

— модель системы для исследования проблемы тупиков;

— необходимые условия возникновения тупика в системе и методы предотвращения тупиков;

— методы распознавания тупиков в системах с повторно используемыми и потребляемыми ресурсами;

— реализация обходов тупиков;

— вывод системы из тупика и восстановление.

Тема 3. Реализация основных функций ОС: управление процессами, памятью ВС.

3.1. Системные объекты, используемые для управления процессами и ресурсами.

3.2. Структуры данных для реализации функций управления процессами и ресурсами (дескрипторы процессов, ресурсов, обобщенная очередь). Объекты ядра ОС Windows.

3.3. Стратегии и дисциплины выделения ресурсов (определение, цели и критерии выбора).

Тема 4. Управление процессами

4.1. Определение системы планирования. Уровни планирования. Основные дисциплины планирования.

4.2. Управление процессами в современных ОС: диспетчеризация в мультизадачных системах (процессы, потоки и нити (волокна), кооперативная и вытесняющая мультизадачность, приоритетные классы и уровни приоритетов) и организация взаимодействия процессов (сообщения, каналы, сокеты и др.) на примерах ОС Windows NT и Windows 9x, OS/2, Novell NetWare.

Тема 5. Управление памятью ВС

5.1. Память как основной ресурс ВС.

5.2. Иерархия памяти в современных ВС, использование и организация кэш-памяти, расширение физической памяти с помощью дисковых накопителей.

5.3. Фазы управления памятью и задачи, решаемые на каждом этапе (начальное распределение, утилизация, повторное распределение).

5.4. Статическое и динамическое распределение памяти.

5.5. Организация памяти:

— стек и его применение в СП и ОС;

— куча (проблемы утилизации памяти, предотвращения висячих ссылок и сбора мусора, алгоритм уплотнения).

5.6. Реальная и виртуальная память (ВП):

свопинг;
организация оверлеев (структур с перекрытием);

— общие принципы организации ВП и механизм отображения;

— односегментное и многосегментное адресное пространство (страничная и сегментная организация памяти), сегментно-страничная организация памяти;

— основные стратегии загрузки, размещения и выталкивания при реализации виртуальной памяти;

— аппаратная поддержка виртуальной памяти в процессорах Intel: схема трансляции адреса, сегментация и страничная организация памяти.

5.7. Механизмы защиты памяти: разделение адресных пространств, защита по уровням привилегий; механизмы защиты памяти, реализованные в процессорах Intel: использование таблиц LDT и каталогов таблиц страниц для разделения адресных пространств, защита данных и кода по уровням привилегий, использование привилегированных команд и команд, чувствительных к уровням привилегий.

5.8. Архитектура памяти Win32. Основные механизмы управления памятью: стек, куча, файлы, проецируемые в память, виртуальная память. Особенности организации памяти в ОС Windows (NT и 9x), OS/2, Novell NetWare.

Тема 6. Прерывание как основной механизм ОС

6.1. Определение прерывания.

6.2. Классификация прерываний.

6.3. Общая схема обработки прерывания.

6.4. Система прерываний ОС Windows (NT и 95), OS/2, Novell NetWare.

6.5. Структурная схема обработки исключений Win32. Примеры использования фильтров и исключений.

Тема 7. Направления развития операционных сред, систем и оболочек.

7.1. Новые направления в разработке операционных систем: использование идеи микроядра и технологии «клиент-сервер» при разработке ОС, объектно-ориентированный подход и программирование при разработке ОС, реализация множественных прикладных сред (на примерах UNIX (QNX), Windows NT, OS/2).

7.2. Архитектура ОС MS DOS, Windows NT и Windows 9x.

Учебно-методическое обеспечение

Основная литература

Гордеев А.В.. Операционные системы: учебник для студентов вузов / 2007.- 416 с.
Гуров В.В., Чуканов В.О. Основы теории и организации ЭВМ: учеб. пособие. М.: 2006.-272 с.
Лядова Л.Н. Основы операционной системы MS DOS. Пермь: Перм. ун т. 1998.
Лядова Л.Н. Особенности защищенного режима процессоров Intel. Пермь: Перм. ун т. 1998.
Лядова Л.Н. Персональный компьютер: от начинающего пользователя до профессионала. Пермь: Перм. ун т. 1998.

Дополнительная литература

Дейтел Х.М. Операционные системы. Основы и принципы. Т. 1 / 2006.-1024 с.
Макаров А.В., Скоробогатов С.Ю., Чеповский А.М. Common intermediate language и системное программирование в Microsoft. NET: учеб. пособие / А. В. Макаров, ,2006.-328 с.1.
Шилдт Г. Полный справочник по С# /,2007.-752 с.
Леонтьев Б.К. Форматы файлов Microsoft Windows XP: справочник 2005 / 2005.-352 с.
Лядова Л.Н., Фролова Н.В., Замятина Е.Б., Мызникова Б.И. Основы компьютерной грамотности и информационно-коммуникационной компетентности: Часть 1. Введение в информатику / Пермь, Перм. ун т, 2007.
Лядова Л.Н., Фролова Н.В., Замятина Е.Б., Мызникова Б.И. Основы компьютерной грамотности и информационно-коммуникационной компетентности: Часть 1. Введение в информатику. Лабораторный практикум / Пермь, Перм. ун т, 2007.

Рекомендованная литература

Олифер В.Г., Олифер Н.А. Сетевые операционные системы. СПб.: Питер, 2001.
Дейтел Г. Введение в операционные системы: В 2 х томах. Пер. с англ.- М.: Мир, 1987.
Шоу А. Логическое проектирование операционных систем. Пер. с англ. - М.: Мир, 1981.
Бек Л. Введение в системное программирование — М.: Мир, 1988.
Кейлингерт П. Элементы операционных систем. — М.: Мир, 1985.
Соловьев Г.Н., Никитин В.Д. Операционные системы ЭВМ: Учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по специальности «ЭВМ, системы, комплексы и сети» и «Автом. сист. обр. инф. и упр.»—М.: Высшая школа, 1989.
Сломон Д., Руссинович М. Внутреннее устройство Microsoft Windows 2000. СПб.: Издательско-торговый дом «Русская редакция». 2001.
Харт Дж. М. Системное программирование в среде Win32. М.: Издательский дом «Вильямс», 2001.
Рихтер Дж. Windows для профессионалов: создание эффективных Win32-приложений с учетом специфики 64 разрядной версии Windows. СПб.: Питер; М.: Издательско-торговый дом «Русская редакция». 2001.
Вендеров А.М. Проектирование программного обеспечения. М.: «Финансы и статистика». 2000.

Тематика заданий по различным формам текущего контроля:

Тематика заданий для текущего контроля:

Тематика заданий для текущего контроля представлены в Приложении 1 «Тематика заданий текущего контроля по дисциплине «Операционные среды, системы, оболочки» для специальности «Бизнес-информатики».

Перечень вопросов для самоконтроля студентов:

Перечень вопросов для самоконтроля студентов представлен в Приложении 2 «Перечень вопросов для самоконтроля по дисциплине дисциплине «Операционные среды, системы, оболочки» для специальности «Бизнес-информатики».

Тематика практических занятий:

Перечень практических занятий с указанием темы, плана семинара, заданиями для работы на семинаре, домашним заданием и списком литературы представлены в Приложении 3 «Планы лабораторных занятий по дисциплине «Операционные среды, системы, оболочки» для специальности «Бизнес-информатики».

Методические рекомендации (материалы) преподавателю:

На лекциях используется «деятельностный» подход к изложению материала: материал каждой лекции иллюстрируется примерами, рассматриваются нестандартные ситуации, требующие решения с использованием рассматриваемого материала. При этом студенты должны активно участвовать в обсуждении вопросов, выработке решений. Для самостоятельного изучения предлагается использовать электронные ресурсы.

На лабораторных занятиях используются следующие методы обучения и контроля усвоения материала:

выполнение лабораторных работ по теме занятия сопровождается контрольным опросом;
обсуждение различных вариантов решения, предложенных студентами, сравнение решений, анализ возможных ситуаций.

Методические указания студентам:

Студенту рекомендуется следующая схема подготовки к лабораторному занятию:

проработать конспект лекций;
проанализировать основную и дополнительную литературу, рекомендованную по изучаемому разделу;
проанализировать варианты решений, предложенные преподавателем;
при затруднениях сформулировать вопросы к преподавателю.

Рекомендации по использованию информационных технологий:

Все практические занятия проводятся в компьютерном классе. Программное обеспечение сети должно поддерживать

возможность доступа к материалам для подготовки, размещаемым на сервере;
разработки, тестирования, отладки программ, написанных на языке Delphi;
возможность оформления отчетов по выполненным заданиям с помощью текстовых редакторов и электронных таблиц.

Авторы программы:

Blog