Рабочая программа одобрена методической комиссией

Федеральное агентство по образованию
Белгородский государственный технологический университет
им. В.Г. Шухова
Кафедра Информационных технологий
УТВЕРЖДАЮ
Директор института
(декан факультета)
_______________________ Рубанов В.Г.
«______» ___________________2006 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
дисциплины
«Операционные системы»
(наименование дисциплины)
по специальности: 230201 (071900) «Информационные системы и технологии»
(шифр и наименование специальности)
Института: «Информационные технологии и управляющие системы»
Формы обучения
Срок обучения
Курс
Вид учебной нагрузки и контроля знаний:
Трудоемкость по видам учебной работы, ч.
Лекции
Лабораторные работы
Практические занятия
Индивидуальные занятия
Самостоятельная работа
Курсовой проект
Курсовая работа
Расчетно-графическая работа
Контрольные работы
Зачет
Экзамен
Белгород – 2006
Дневная (Заочная)
5 лет
3
Объем, час
Семестр
110
5
17
5
34
5
59
5
РГР
5
Э
5
2
Рабочая программа составлена на основании требований:
 Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 654700 «Информационные системы»
утвержденного 27 марта 2000 года;
 плана учебного процесса БГТУ им. В.Г. Шухова по специальности
230201 «Информационные системы и технологии», введенного в действие 2003 году.
Составитель (составители): ассистент С.С.Трухачев
Рабочая программа согласована с выпускающей кафедрой «Информационные системы и технологии»
Заведующий кафедрой __________________ / И. В. Иванов /
(подпись)
«______» ____________________2006 г.
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры «Информационных
технологий»
«______» ________________2006 г., протокол № __________
Заведующий кафедрой : к.т.н., доцент _________________/ И.В.Иванов /
(ученая степень и звание, подпись)
(инициалы, фамилия)
Рабочая программа одобрена методической комиссией института Информационных Технологий и Управляющих систем
«______» ________________2005 г., протокол № __________
Председатель учебно-методической комиссии института
доцент _______________ / Ю.И.Солопов /
3
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ, ЕЕ МЕСТО В УЧЕБНОМ
ПРОЦЕССЕ
1.1. Цель преподавания дисциплины
Целью изучения дисциплины “Операционные системы” является:
 понять назначение операционных систем и их функций;
 изучить классификацию операционных систем;
 понять принцип мультипрограммирования;
 изучить алгоритмы планирования процессов и потоков;
 изучить алгоритмы распределения памяти;
 изучить устройство файловых систем.
1.2. Задачи изучения дисциплины
Задачами дисциплины «Операционные системы» являются:
 изучение подсистемы управления процессами и потоками;
 изучение подсистемы управления памятью;
 изучение файловых систем.
После изучения дисциплины студент должен знать:






о концептуальных моделях построения операционных систем;
о перспективах развития операционных систем и сред;
состав операционных систем;
типы операционных систем;
принципы работы различных операционных систем;
принципы взаимодействия операционных систем с периферийными
устройствами;
 принципы взаимодействия операционных систем с пользователем;
 машинно-зависимые и машинно-независимые свойства операционных
систем;
 средства защиты информации пользователя.
После изучения дисциплины студент должен уметь:
 использовать средства операционных систем для обеспечения работы
вычислительной техники;
 устанавливать, настраивать и обслуживать различные операционные системы.
4
1.3. Выписка из образовательного стандарта 654700 – Информационные
системы
по
дисциплине
«Операционные
системы».
Индекс ОПД.Ф.11. Трудоемкость 102 часа.
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
1.4. Перечень дисциплин, знание которых необходимо при изучении
данной дисциплины.
Наименование дисциплины
ЕН.Ф.02. Информатика
ОПД.Ф.12. Технология программирования
ОПД.Ф.10. Архитектура ЭВМ и систем
Наименование разделов (тем)
Технические и программные средства
информационных технологий
Процедуры и функции. Динамические
структуры данных
Функциональная и структурная организация ЭВМ
5
2. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЩЕЙ ТРУДОЕМКОСТИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
Вид учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины, час
Аудиторные занятия, в т.ч.:
Лекции
Лабораторные
Практические
Семинары
УИРС
Консультации
Самостоятельная работа студентов
Курсовой проект
Курсовая работа
Расчетно-графические задания
Контрольные работы
Рефераты
Другие виды самостоятельной
работы
Вид контроля (зачет, экзамен)
Обозначение
Всего
часов
110
Л
ЛЗ
ПЗ
СЗ
УИРС
К
СРС
КП
КР
РГЗ
Кр
Р
ДВСР
З, Э
Семестр № 5
Всего
В
часов неделю
110
17
34
17
34
1
2
59
59
3.5
РГЗ
РГЗ
Э
Э
Семестр № 6
Всего
В
часов
неделю
6
3. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
3.1. Наименование тем, их содержание и объем
Курс 3, Семестр № 1
№
Тема лекции
п/п (краткое содержание лекции)
1
2
К-во
лекционных
часов
Объем на тематический
раздел, час
Практические
и др. занятия
3
4
Понятие операционной системы
Лабора
торные
занятия
Само
стоятель
ная
работа
5
6
(наименование тематического раздела)
1
2
Определение ОС. Эволюция ОС.
Классификация ОС.
Функции ОС. Понятие операционной среды. Прерывания. Вычислительный процесс и его реализация
с помощью ОС. Требования,
предъявляемые к современным
ОС. Принципы построения ОС.
1
2
1
2
ВСЕГО
2
4
Архитектура ОС
(наименование тематического раздела)
1
Обзор современных ОС. Способы
построения ОС. Режим ядра и
пользовательский режим. Интерфейсы в области системного программного обеспечения. Архитектура Windows NT.
2
10
2
10
ВСЕГО
Подсистема управление вычислительными процессами
12
12
(наименование тематического раздела)
1
2
Процессы и потоки в ОС. Многопоточность ОС. Дескрипторы и
идентификаторы процессов. Идентификация процесса. Псевдодескрипторы процессов. Состояние
потоков. Дескрипторы и идентификаторы потоков. Планирование
и диспетчеризация потоков. Критерии алгоритмов планирования.
Планирование в системах пакетной обработки данных. Алгоритм
планирования: по сроку завершения. Алгоритм планирования:
FIFO. Алгоритм: Кратчайшая за-
1
2
5
7
3
дача-первая. Алгоритм: Наименьшего оставшегося времени выполнения. Алгоритм: Соотношение
времени наибольшего отклика.
Планирование в системах разделения времени. Циклическое планирование. Приоритетное планирование. Планирование в системах
реального времени. Перечисление
процессов в Windows NT. Перечисление процессов в Windows 9x.
Способы планирования заданий
пользователей. Планирование потоков в Windows NT. Синхронизация процессов и потоков. Понятие гонок в ОС. Критическая секция. Блокирующие переменные.
Мьютекс. Семафоры. События.
Ждущие таймеры.
2
4
6
2
6
8
12
19
2
4
6
3
2
6
5
6
12
5
ВСЕГО
Подсистема управления памятью
(наименование тематического раздела)
1
2
Типы адресов. Типы памяти в ОС.
Совместно используемая физическая память. Адресное пространство процесса
Виртуальная память. Распределение виртуальной памяти. Защита
памяти.
Отображения виртуальной памяти.
Страничное распределение памяти. Страничное распределение памяти с использованием разделов.
Алгоритмы замещения страниц.
Оптимальный алгоритм замещения страниц. Алгоритм замещения
страниц: NRU.Алгоритм замещения страниц: FIFO.Алгоритм замещения страниц: «вторая попытка».Алгоритм замещения страниц:
«часы». Алгоритм замещения
страниц: LRU. Алгоритм замещения страниц: «старение». Алгоритм замещения страниц: «рабочий набор». Алгоритм замещения
страниц: WSClock. Аномалия Билэди.
Сегментное распределение памяти. Сегментно-страничное распределение памяти.
ВСЕГО
8
Управление вводом-выводом. Файловые системы
(наименование тематического раздела)
Логическая организация файловой
системы. Иерархическая структура
файловой системы. Типы файлов.
Имена фалов. Атрибуты файлов.
Логическая организация файла.
Файлы инициализации. Системный реестр. Асинхронные файловые операции. Файловое время.
Функций для работы с файлами и
каталогами. Пометка версии.
Физическая организация файловой
системы. Физическая организация
и адресация файла.
Физическая организация FAT.
Файловая система FAT-12, FAT16, FAT-32. Физическая организация файловых систем S5, UFS,
HPFS, NTFS.
ВСЕГО
1
2
3
1
2
4
1
2
4
2
4
6
12
1
3
3.2. Перечень практических занятий, их наименования и объем в часах
3.3. Перечень лабораторных занятий, их наименования и объем в
часах
Курс 3
№ п/п
№ раздела дисциплины
1
Архитектура ОС.
2
Архитектура ОС.
3
Подсистема управления
процессами и потоками
4
Подсистема управления
памятью
5
6
Семестр № 1
Наименование лабораторной работы
Функции Win32 API для
получения системной информации.
Архитектура ОС Windows.
К-во часов
4
6
Файловые системы
Подсистема управления
процессами и потоками
ВСЕГО
Процессы и потоки. Синхронизация процессов и
потоков.
Архитектура памяти в ОС
Windows.
Файлы и системный реестр.
Межпроцессное взаимодействие
6
6
6
6
34
9
3.4. Перечень контрольных работ и расчетно-графических заданий,
тем курсовых проектов (работ).
3.4.1. Перечень тем расчетно-графических заданий, их краткое содержание и объем.
РГЗ №1
Цель выполнения расчетно-графического задания:
закрепление навыков в создании приложений, использующих возможности, предоставляемые операционной системой Windows.
Примерный перечень тем расчетно-графических заданий:
1. Разработка ПО реализующего вывод графического изображения из
файла на рабочий стол Windows.
2. Разработка программного обеспечения для поиска дублированных
файлов.
3. Разработка ПО BackUp (восстановление информации).
4. Разработка ПО для работы с системным реестром.
5. Разработка ПО для планирования заданий.
6. Определение системной информации о BIOS и материнской плате
компьютера.
7. Разработка ПО для настройки внешнего оформления ОС Windows с
использованием API Win32.
8. Автоматизация создания тестов.
9. Диспетчер задач.
10. Диспетчер окон.
11. Виртуальная клавиатура.
12. Клавиатурный шпион.
13. Закрытие выбранного приложения.
14. Нестандартная форма окна приложения.
15. Изменение прозрачности окон.
16. Разработка ПО для копирования файлов, дисков (CD, DVD).
Содержание расчетно-графического задания: анализ проблемы, теоретические основы, модульная схема программного обеспечения, описание алгоритмов, тестирование и проверка работа способности программ.
Объем расчетно-графического задания: 15 – 25 страниц.
На выполнение расчетно-графического задания предусмотрено 10 часов
самостоятельной работы
3.4.2. Перечень контрольных вопросов
№
Наименование вопросов
п/п
Определение ОС.
1
Функциональные компоненты ОС.
2
Требования к современным ОС.
3
10
4
5
6
7
8
9
10
11
12
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
Многослойная структура ОС.
Дескрипторы и идентификаторы процессов.
Состояние потоков.
Критерии алгоритмов планирования.
Планирование в системах пакетной обработки данных.
Планирование в системах разделения времени.
Циклическое планирование.
Приоритетное планирование.
Планирование в системах реального времени
Планирование потоков в Windows NT.
Синхронизация процессов и потоков.
Понятие гонок в ОС.
Взаимоблокировки.
Условия взаимоблокировки
Критическая секция.
Мьютекс. Семафоры. События. Ждущие таймеры.
Выход из взаимоблокировки.
Типы памяти в ОС.
Адресное пространство процесса.
Методы распределения памяти.
Распределение памяти фиксированными разделами.
Распределение памяти динамическими разделами.
Распределение памяти перемещаемыми разделами.
Виртуальная память.
Страничное распределение памяти.
Страничное распределение памяти с использованием разделов.
Алгоритмы замещения страниц.
Сегментное распределение памяти.
Сегментно-страничное распределение памяти.
Межпроцессный механизм взаимодействия
Логическая организация файловой системы.
Типы файлов. Имена фалов. Атрибуты файлов.
Иерархическая структура файловой системы
Логическая организация файла.
Файлы инициализации.
Системный реестр.
Асинхронные файловые операции.
Физическая организация файловой системы.
Физическая организация и адресация файла.
Физическая организация FAT.
Физическая организация NTFS.
11
3.5. График работы студента.
Семестр № 5
№
Вид конУсловные
№ недели
п/
троля
обозначения 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
п
1 Выполнение В З. л.р.
В З В
З В
З В
З В
З В
З
и
защита
лаб. работы
30
2 РГЗ (ИДЗ)
В (выдача)
В
70
З З
%
З (защита)
%
3 Экзамен
Э
Примечание: 1. В графике указывается выдача работы (РГЗВ, КРВ, КПВ, и
др.). Промежуточный контроль (РГЗ 5%, КП 50%,5 ТЗ и т.п.), сдача или защита
работы (РГЗ 100, КР 100, КП 100 и др.);
График работы студента утверждается деканом с учетом загруженности студентов и проведения контроля знаний по другим дисциплинам.
3.6. Перечень форм и методов контроля знаний с указанием применения по видам заданий, требований к уровню усвоения материала, перечнем критериев, устанавливающих требования к оценке знаний на экзаменах и зачетах.
№
п/п
1
2
3
Форма контроля
Текущая аттестация
Промежуточная
аттестация
Экзамен
Проверка выполнения
Вид занятий, по
которым осуществляется
контроль
Лабораторные
работы
Защита отчетов
по работе
Защита РГЗ
РГЗ
Содержание РГЗ
Все
Знание теоретических основ
изучаемого материала
Метод контроля
Устный опрос
по билетам
Критерий
12
4. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1. Список учебной литературы
Основная литература
1. Таненбаум Э. Современные операционные системы. 2-е изд. -СПб.:
Питер, 2002.-1040с.
2. Столлингс, Вильям. Операционные системы,4-е издание.: Пер. с англ.
- М.: Издательский дом "Вильямс",2002.-848с.
3. Джеффери Рихтер. Windows для профессионалов: создание эффективных win32 приложений. - 4-е изд. СПб.: Питер 2001.-752с.
4. Операционные системы. Учебник для вузов. 2-е изд. / А. В. Гордеев. –
СПб: Питер, 2004. -416 с.
Дополнительная литература
1. Иртегов Д. В. Введение в операционные системы.-СПб.: БХВ Петербург,2002.-624с.
2. Сетевые операционные системы / В.Г.Олифер, Н.А. Олифер. СПб.:Питер 2001.-544с.
3. Системное программное обеспечение/ А.В. Гордеев, А.Ю.Молчанов. СПб.:Питер 2001.-736с.
4. Джин Бэкон, Тим Харрис. Операционные Системы. Параллельные и
распределенные системы. СПб.: Питер, 2004. 800 с.
5. Операционные системы. Учебник для вузов. 2-е изд. / А. В. Гордеев. –
СПб: Питер, 2004. -416 с.
4.2. Карта обеспченности учебной литературой
№
п/п
1
2
Полное библиографическое описание
Таненбаум Э. Современные операционные
системы. 2-е изд. СПб.: Питер, 2002.1040с.
Джеффери Рихтер.
windows для профессионалов: создание эффективных win32 приложений. - 4-е изд.
СПб.: Питер 2001.752с.
Вид занятия
Количество Коэффициент
экземпляров обеспеченности
лекции
РГЗ
в электронном виде
1
лабораторные
работы,
РГЗ,
самостоятельная
работа
в электронном виде
1
13
4.3. Средства обеспечения освоения дисциплины.
Для проведения лабораторного практикума по дисциплине необходимо
следующее программное обеспечение:
1. Операционная система MS WINDOWS 2000
2. Инструментальная система визуального проектирования Delphi версии
7.0
3. Инструментальная система визуального проектирования Bilder 6.0
5. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
(лаборатории и компьютерные классы (залы) и др.)
Компьютерный класс с ПК, имеющими организационные и технические
возможности для установки требуемого программного обеспечения.
6. ПРОТОКОЛ СОГЛАСОВАНИЯ
со смежными дисциплинами специальности по соответствующим разделам и
темам, включая согласование с выпускающей кафедрой на 2006 /2007 учебный
год.
Наименование смежных дис- Должность, ФИО
циплин и профилирующих согласовавшего
кафедр
Подпись и дата согласования
7. УТВЕРЖДЕНИЕ РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ И ГРАФИКА РАБОТЫ
СТУДЕНТОВ (ГРС)
8.1. Утверждение рабочей программы без изменений
Рабочая программа и ГРС без изменений утверждена на 2006/2007 учебный год.
Протокол № ________ заседания кафедры от «___»__________ 2006 г.
Заведующий кафедрой ________________/Иванов И.В./
подпись,
ФИО
Декан факультета ____________________/Рубанов В.Г./
подпись,
ФИО