Рабочая программа дисциплины «Операционные системы» Блок

3. Требования к результатам освоения дисциплины.

Изучение данной учебной дисциплины направлено на формирование у обучающихся следующих общекультурных (ОК) и профессиональных (ПК) компетенций (см. ФГОС ВПО):

№ п/п	Индекс компетенции	Содержание компетенции (или ее части)	В результате изучения учебной дисциплины обучающиеся должны:
			Знать	Уметь	Владеть
1	2	3	4	5	6
1	ПК-5	способность проводить моделирование процессов и систем	- структуру состав и свойства информационных процессов, систем и технологий, методы анализа информационных систем, модели представления проектных решений, конфигурации информационных систем; - состав, структуру, принципы реализации и функционирования информационных технологий, используемых при создании информационных систем, базовые и прикладные информационные технологии, инструментальные средства информационных технологий; - классификацию информационных систем, структуры, конфигурации информационных систем, общую характеристику процесса проектирования информационных систем; - принципы, базовые концепции технологий программирования, основные этапы и принципы создания программного продукта, абстракция, различие между спецификацией и - состав и структуру инструментальных средств, тенденции их развития (операционные системы, языки программирования, технические средства);	- использовать архитектурные и детализированные решения при проектировании систем, - разрабатывать информационно-логическую, функциональную и объектно-ориентированную модели информационной системы, модели данных информационных систем;	- языками процедурного и объектно-ориентированного программирования; -навыками владения одной из технологий программирования; - методами и средствами проектирования, модернизации и модификации информационных систем; - методами и средствами проектирования, модернизации и модификации информационных систем
2	ПК-11	способность к проектированию базовых и прикладных информационных технологий
3	ПК-12	способность разрабатывать средства реализации информационных технологий (методические, информационные, математические, алгоритмические, технические и программные)
4	ПК-13	способность разрабатывать средства автоматизированного проектирования информационных технологий
5	ПК-15	готовность участвовать в работах по доводке и освоению информационных технологий в ходе внедрения и эксплуатации информационных систем
	ПК-32	способность поддерживать работоспособность информационных систем и технологий в заданных функциональных характеристиках и соответствии критериям качества
	ПК-33	готовность обеспечивать безопасность и целостность данных информационных систем и технологий

Примечание: В данном пункте рабочей программы учебной дисциплины (модуля) раскрываются ожидаемые результаты освоения учебной дисциплины во взаимосвязи с компетентностной моделью выпускника.

4. Объем дисциплины (модуля) и виды учебной работы

Виды учебной работы	Семестры, количество часов в семестре											Всего часов	Всего зач.ед.
	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Общая трудоёмкость		180										144	4
Аудиторные занятия:		72										72	2
Лекции		36										36	1
Практические занятия
Семинары
Лабораторные работы		36										36	1
Самостоятельная работа:		72										36	1
Курсовой проект (работа)		54										54	1.5
Расчетно-графические работы
Реферат
Другие виды самостоятельной работы		18										18	0.5
Экзамен		36										36	1
Зачет с оценкой
Зачет

5. Тематика лекционных занятий (с указанием наименования и краткого содержаний лекций, количество часов).

№ раздела курса	№ лекции	Тема лекции, содержание лекции	Кол-во часов
1. Введение в ОС	1	Введение в ОС Появление первых ОС. Появление мультипрограммных ОС для мэйнфреймов. Особенности современного этапа развития ОС. Семейство операционных систем UNIX. Общая характеристика семейства OC UNIX, особенности архитектуры. Основные понятия системы UNIX. Функционирование системы UNIX. Операционная система Linux. Семейство операционных систем OS/2 Warp компании IBM. Особенности архитектуры и основные возможности OS/2 Warp 4.5. (Warp-основа). Сетевая ОС реального времени QNX (разработка канадской фирмы QNX Software Systems Limited 1999).	2
	2	Назначение и функции ОС Понятие операционной среды. Понятие вычислительного процесса и ресурса. Диаграмма состояний процесса. Реализация понятия последовательного процесса в ОС. Процессы и треды. Классификация ОС. ОС для автономного компьютера - ОС как виртуальная машина, ОС как система управления ресурсами. Функциональные компоненты ОС. Управление процессами. Управление памятью. Управление файлами и внешними устройствами.	2
	3	Принципы построения ОС Основные принципы построения ОС: принцип модульности, функциональной избыточности, генерируемости ОС, функциональной избирательности, виртуализации, независимости программ от внешних устройств, совместимости, открытой и наращиваемой ОС, мобильности (переносимости), обеспечения безопасности вычислений. Требования, предъявляемые к многопользовательским ОС: мультипрограммность и многозадачность, приоритеты задач (потоков), наследование приоритетов, синхронизация процессов и задач.	2
	4	Ядро ОС Ядро и вспомогательные модули ОС. Ядро в привилегированном режиме. Многослойная структура ОС. Микроядерная архитектура ОС. Концепция. Преимущества и недостатки. Монолитные ОС. Распределение и использование ресурсов в ОС. Переменные оболочки ОС UNIX, ограничивающие ресурсы. Совместимость и множественные прикладные среды. Способы реализации прикладных программных сред.	2
2. Компоненты ОС	5	Управление процессами в ОС Мультипрограммирование в системах пакетной обработки, в системах разделения времени, в системах реального времени. Мультипроцессорная обработка. Понятие "процесс" и "поток". Создание процессов и потоков. Планирование и диспетчеризация. Состояния потока, процесса. Планирование и диспетчеризация процессов и задач. Стратегии планирования. Дисциплины диспетчеризации. Качество диспетчеризации и гарантии обслуживания. Диспетчеризация задач с использованием динамических приоритетов. Вытесняющие и невытесняющие алгоритмы планирования. Алгоритмы планирования, основанные на квантовании. Алгоритмы планирования, основанные на приоритетах. Смешанные алгоритмы планирования. Моменты перепланировки. Планирование в системах реального времени.	2
	6	Управление памятью в ОС Фунлции ОС по управлению памятью. Память и отображение, виртуальное адресное пространство. Алгоритмы распределения памяти. Простое непрерывное распределение и распределение с перекрытием (оверлейные структуры). Распределение статическими и динамическими разделами. Разделы с фиксированными и подвижными границами. Свопинг и виртуальная память. Сегментный, страничный, сегментно-страничный способ организации памяти. Алгоритмы обработки запросов на выделение памяти. Алгоритмы "откачки" и "подкачки" страниц. Простой свопинг, свопинг с ограниченной перекачкой. Защита памяти. Распределение оперативной памяти в Microsoft Windows NT. Распределение оперативной памяти в OC UNIX.	2
	7	Управление вводом-выводом Система ввода – вывода. Подсистема буферизации. Буферный КЭШ. Драйверы. Организация связи ядра ОС с драйверами. Ввод – вывод в системе UNIX	2
	8	Графический интерфейс пользователя	2
	9	Механизм прерываний Назначение и типы прерываний. Программные прерывания. Диспетчеризация и приоритезация прерываний в ОС. Очереди обработки прерываний. Fork - уровень программы обработки прерывания. Функции центрального диспетчера прерываний на примере Windows NT. Процедуры обработки прерываний и текущий процесс. Системные вызовы.	2
	10	Интерфейс прикладного программирования	2
3. Архитектура ОС	11	Тупики в ОС Понятие тупиковой ситуации при выполнении параллельных вычислительных процессов и потоков. Разделение ресурсов системы на два класса - повторно используемые (или системные) ресурсы (типа RR или SR -rensable resource или system resourse) и потребляемые (или расходуемые) ресурсы (типа CR - comsumable resourse). Пример тупика на ресурсах типа CR, на ресурсах типа CR и SR, на ресурсах типа SR. Методы борьбы с тупиками. Предотвращение тупиков. Обнаружение тупиков. Выход из тупика.	2
	12	Виртуализация в ОС	2
	13	Сетевые возможности ОС	2
	14	Синхронизация в ОС Независимые и взаимодействующие вычислительные процессы и потоки. Цели и средства синхронизации. Необходимость синхронизации и «гонки». Критические секции. Блокирующие переменные. Средства синхронизации и связи при проектировании взаимодействующих вычислительных процессов. Использование блокировки памяти при синхронизации. Синхронизация процессов посредством операции "ПРОВЕРКА" и "УСТАНОВКА". Семафорные примитивы Дейкстры. Использование семафоров при проектировании взаимодействующих вычислительных процессов и потоков. Мьютексы.	2
4. API прикладного уровня	15	Классификация API	2
	16	API графического интерфейса	2
	17	API интерфейса ввода-вывода Мониторы Хоара. Почтовые ящики. Конвейеры и очереди сообщений. Сигналы.	2
	18	API сетевого интерфейса	2

6. Тематика лабораторных занятий (с указанием наименования и краткого содержания, количество часов).

№ раздела курса и темы лекционного курса	№ лабораторной работы	Наименование лабораторной работы	Количество часов
1-4	1	Установка и настройка ОС	4
5-6	2	API управление памятью	4
7	3	API управление вводом-выводом	4
8-10	4	API управление интерфейсом	4
5	5	API обеспечения многопоточности	4
15-16	6	Настройка виртуализации	4
9	7	API работы с файлами	4
16	8	API обмена данными	4
18	9	API сетевого уровня	4

7. Тематика практических (семинарских) занятий (с указанием наименования и краткого содержания, количество часов).НЕТ

8. Тематика самостоятельной работы (с указанием наименования разделов, тем, сроки выполнения, количество часов).

№ раздела курса и темы самостоятельного изучения	Содержание вопросов и заданий для самостоятельного изучения	Сроки выполнения (неделя, месяц и т.п.)	Количество часов
1. Введение в ОС	Эволюция ОС Классификация ОС Принципы построения ОС	1-4 неделю	8
2. Компоненты ОС	Все подсистемы ОС	5-8 неделю	12
3. Архитектура ОС	Виртуализация ОС	12 неделя	2
4. API прикладного уровня	API различного уровня в ОС	1-18	8

9. Тематика рефератов. НЕТ

10. Тематика курсовых проектов (работ). НЕТ

Разработка индивидуального бригадного задания по проектированию законченного программного продукта с графическим интерфейсом, использующего системные API

11. Формы текущего контроля.

Формы контроля (тесты, контрольные работы, опрос и т. п.)	Сроки проведения	Раздел, тема
Контрольная работа	4 неделя	1. Введение в ОС
Контрольная работа	8 неделя	2. Компоненты ОС
Контрольная работа	12 неделя	2. Компоненты ОС (Графический интерфейс пользователя)
Контрольная работа	16 неделя	4. API прикладного уровня

12. Вопросы к экзамену и (или) к зачету.

13. Перечень технических средства обеспечения дисциплины (оборудование, раздаточный материал и т. п.).

• аудитория, оборудованная мультимедиа;
  
• класс ПК (не менее 1 ПК на 2 х студентов);
  
• наличие запасных (вторых HDD) для каждого ПК;
  
• постоянное подключение к Internet.
  

14. Перечень программных средств для обучения студентов и контроля остаточных знаний (компьютерные программы, иллюстративный материал, видеофильмы и т. д.)

• операционная система Windows и Linux;
  
• компилятор C++ (gcc);
  
• среда программирования qtcreator;
  
• средства быстрого (сетевого) восстановления ОС.
  

15. Учебно-методические обеспечение дисциплины.

15.1 Список основной литературы по дисциплине (с указанием автора, названия, места издания, издательства, года издания, количество экземпляров в библиотеке университета).

1. Современные операционные системы. Эндрю Таненбаум. Питер, 2002
   
2. Сетевые операционные системы. Н. А. Олифер, В. Г. Олифер. 2002
   

15.2 Список дополнительной литературы по дисциплине (с указанием автора, названия, места издания, издательства, года издания).

1. Qt 4.5. Профессиональное программирование на C++. Макс Шлее. БХВ-Петербург, 2009
   
2. STL для программистов на С++. Леен Аммерааль. Москва ДМК, 1999
   
3. Руководство по стандартной библиотеке шаблонов (STL). Александр Степанов, Менг Ли. Москва 1999
   

15.3 Список методических указаний к лабораторным занятиям, практическим и семинарским занятиям, самостоятельной работе по дисциплине (с указанием автора, наименования, года издания, издательство (за последние 5 лет)). НЕТ

15.4 Интернет-ресурсы используемые при изучении дисциплины (сайты).

1. GNU Compiler Collection. ссылка скрыта
   
2. ссылка скрыта(GCC) под ссылка скрыта. ссылка скрыта
   
3. Среда программирования Code::Blocks. ссылка скрыта
   
4. Среда программирования QtCreator. ссылка скрыта
   
5. Документация по Qt API. ссылка скрыта
   
6. Документация по кроссплатформенному API. ссылка скрыта
   
7. Соглашения по стилю написания кода в Qt. ссылка скрыта
   
8. Google C++ Style Guide. ссылка скрыта
   
9. Сетевые операционные системы. ссылка скрыта. Н. А. Олифер, В. Г. Олифер, ссылка скрыта
   
10. Основы операционных систем. ссылка скрыта, ссылка скрыта,  ссылка скрыта
    
11. Основы современных операционных систем. ссылка скрыта,  ссылка скрыта
    
12. Операционная система Linux. ссылка скрыта, ссылка скрыта,  ссылка скрыта
    

16. Методы преподавания. (традиционные и (или) инновационные). ИННОВАЦИОННЫЕ.


Перечень используемых инновационных методов и разработок

Электронная рабочая программа и журнал преподавателя в Интернет

Рейтинговая система учета академической активности студентов при изучении дисциплины

Тестовая система ФИСТ

Индивидуальное взаимодействие со студентами по электронной почте для предварительного ознакомления с их разработками при подготовке к аудиторным занятиям

Использование на лекциях и лабораторных занятиях мультимедийного оборудования для демонстрации электронных документов, презентаций, работы программ и пр.

Включение в лабораторные работы индивидуального поиска, систематизации и анализа информации через Интернет

Авторские презентации к лекциям


Методические рекомендации преподавателю дисциплины

Основными видами обучения студентов являются лекции, лабораторные занятия в дисплейном классе и самостоятельная работа студентов.

При чтении лекций особое внимание следует уделить выработке у студентов понимания того, что в современном информационном обществе все сколь-нибудь значимые решения должны приниматься на основе многовариантного выбора, причем, по возможности, с использованием широкого спектра формализованных методов. Компьютерные технологии создают для этого наилучшие возможности. Необходимо широко использовать мультимедийную технику, демонстрировать не только статичные иллюстрационные материалы, но и вести непосредственно компьютерное моделирование, обсуждая с аудиторией его ход и результаты.

Лабораторный практикум ориентируется на использование умения студентов програмировать под контролем преподавателя. Необходимо, чтобы студенты самостоятельно реализовывали изучаемые алгоритмы оптимизации и принятия решений на том языке программирования, который для них наиболее удобен. Очень важно, чтобы результаты каждого занятия оформлялись в соответствии с обычными требованиями и сохранялись студентами до завершения всего курса.

Если студент проявляет недостаточный уровень владения программированием, следует настоятельно порекомендовать ему срочно усилить свою программистскую подготовку, возможно, путем репетиционных занятий с квалифицированным преподавателем.

Самостоятельная работа ориентирована на домашнюю или классную работу как с компьютером, так и без него. Студенты должны систематически работать с литературой и конспектом лекций, с материалами Интернет. Оценка самостоятельной работы должна входить в оценку контрольных точек практикума с учётом контроля остаточных знаний по тестовым вопросам.


Методические указания для студентов


Основными методами обучения являются лекции, лабораторные занятия в дисплейном классе и самостоятельная работа. При этом самостоятельная работа является ведущей.

При прослушивании и проработке лекций особое внимание следует уделить терминологии, используемой в дисциплине, и основным понятиям. Записывать следует только основные положения, формулируемые преподавателем и ссылки на информационные источники, которые вы проработаете самостоятельно. Необходимо активно участвовать в обсуждении предлагаемых преподавателем тем, высказывать собственные соображения.

На практических занятиях необходимо осваивать соответствующие методы в бескомпьютерном, «ручном» варианте, приучаясь при этом грамотно оформлять промежуточные расчеты.

При подготовке к лабораторному практикуму необходимо по заданию сделать заготовки к будущему занятию и согласовать их в начале занятия с преподавателем, чтобы не терять время на переделки и доработки программы. Если в размещенной в Интернете технологической карте указано, что вы должны до занятия отправить преподавателю информацию по электронной почте, нужно сделать это не в последний момент, а заблаговременно, чтобы преподаватель успел с нею ознакомиться.

Следует учесть, что без самостоятельной работы по подготовке выполнить график лабораторного практикума практически невозможно, так как работы достаточно трудоемки, особенно для тех, кто еще не выработал достаточные навыки программирования. Кроме того, лабораторные работы включают элемент творчества и исследований, а не просто демонстрируют возможности какой-либо системы.

Документирование и формирование итоговой отчётности следует начинать заблаговременно и вести в соответствии со стандартами оформления учебных документов и научно-исследовательских отчётов. Без предоставления отчётов студенты не могут быть аттестованы по дисциплине в целом.

Важной частью промежуточной аттестации является контроль остаточных знаний, соответствующие вопросы следует попросить у преподавателя заранее и самостоятельно к ним подготовиться.


17. Дополнения и изменения в рабочей программе за 20___/20___ учебный год

В рабочую программу дисциплины _______________________________________

(наименование дисциплины)


для специальности (направления, профиля подготовки) вносятся следующие дополнения и изменения: __________________________________________________


Дополнения и изменения внес ___________________________________________

(должность, Ф.И.О., подпись)

Рабочая программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры

________________________________________________«____»____________20 __ г.

(наименование кафедры)

протокол № ___от «__»_________20 __ г. ___________________________________

(Ф.И.О. и подпись зав. кафедрой)