Document 77544

1. Цели освоения дисциплины
В дисциплине «Операционные системы» изучаются классические
основы операционных систем (ОС), их архитектура, алгоритмы и методы,
применяемые при их разработке; изучаются ОС компании Microsoft,
семейства UNIX/Linux и др. Знание ОС способствует становлению зрелого
мышления программиста, хорошему знанию сетевых технологий и
протоколов, виртуальных машин, методов современного программирования.
Соответствие целей формируемым компетенциям приведены в табл.1
Код
цели
1
Ц2
Ц3
Таблица 1.
Формулировка цели
Требования ФГОС ВПО (код УЦ
ООП / коды формируемых
компетенций)
2
3
Подготовка
выпускников
к Требования ФГОС ВПО (Б3 / ОК
решению задач производственной 5, 11; ПК 1, 2)
и технологической деятельности на
профессиональном
уровне,
включая: разработку и применение
алгоритмических и программных
решений в области системного и
прикладного программирования,
современных
языков
программирования, языков баз
данных, электронных библиотек и
пакетов
программ,
сетевых
технологий
Выпускник
образовательной Требования ФГОС ВПО (Б3 / ОК
программы на основе знаний, 12, 14; ПК 1-4, 9, 10)
умений, навыков, приобретенных
компетенций интегрирует знания в
области фундаментальных наук для
решения
исследовательских
и
прикладных задач на основе
методов
математического
моделирования.
и современных
пакетов прикладных программ
применительно
к
профессиональной деятельности.
2
Ц4
Подготовка
выпускников
к Требования ФГОС ВПО (Б3 / ОК
организационно-управленческой
13, 14)
деятельности при выполнении
междисциплинарных проектов в
профессиональной области, в том
числе
в
интернациональном
коллективе.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина «Операционные системы» относится к профессиональному
циклу дисциплин. Пререквизиты - «Информатика», «Практикум на ЭВМ».
Кореквизиты – «Языки и методы программирования»
3. Результаты освоения дисциплины
После изучения дисциплины в соответствии с ФГОС ООП студент
должен:
Знать:
 Назначение, функции и структуру операционной системы (ОС),
классификацию компьютерных систем, особенности ОС для различных
классов компьютерных систем, архитектуру компьютерной системы.
 Понятие процесса, управление процессами, планирование и
диспетчеризацию процессов.
 Стратегию и критерии диспетчеризации процессов.
 Понятие ресурса, виды ресурсов, управление ресурсами.
 Управление памятью.
 Синхронизацию процессов, семафоры, их использование для
решения задач взаимоисключения и синхронизации.
 Тупики (deadlocks), методы предотвращения и обнаружения тупиков.
 Файловую систему на диске.
 Системы ввода-вывода.
 Возможности систем Windows 2000/XP/2003/Vista/2008/7.
 Возможности системы Linux.
 ОС для облачных вычислений (cloud computing) – Windows Azure.
Уметь:
 использовать полученные знания по операционным системам для
работы в сфере программирования;
 решать задачи производственной и технологической деятельности
на профессиональном уровне, включая: разработку алгоритмических и
программных
решений
в
области
системного и
прикладного
программирования (ПК9);
3
 использовать в научной и познавательной деятельности, а также в
социальной сфере профессиональные навыки работы с информационными и
компьютерными технологиями (ОК14).
Владеть:
 способностью приобретать новые научные и профессиональные
знания, используя современные образовательные и информационные
технологии (ПК2);
 способностью применять
в
профессиональной деятельности
современные языки программирования, операционные системы,
электронные библиотеки и пакеты программ, сетевые технологии
(ПК10);
 технологией работы на компьютере в среде современных ОС.
В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие
компетенции:
1.Универсальные (общекультурные) способность/готовность
владения навыками работы с компьютером как средством управления
информацией ;
работать с информацией в глобальных компьютерных сетях;
использовать в научной и познавательной деятельности, а также в
социальной сфере профессиональные навыки работы с информационными и
компьютерными технологиями;
работать с информацией из различных источников, включая сетевые ресурсы
сети Интернет, для решения профессиональных и социальных задач.
2. Профессиональные способность/готовность
приобретать новые научные и профессиональные знания, используя
современные образовательные и информационные технологии
осуществлять целенаправленный поиск информации о новейших научных и
технологических достижениях в сети Интернет и из других источников;
применять в профессиональной деятельности современные языки
программирования и языки базы данных, операционные системы,
электронные библиотеки и пакеты программ, сетевые технологии;
решать задачи производственной и технологической деятельности на
профессиональном уровне, включая: разработку алгоритмических и
программных
решений
в
области
системного
и
прикладного
программирования.
4. Структура и содержание дисциплины
4.1. Содержание разделов дисциплины
4
Введение. Основные определения и понятия. Назначение, функции и
архитектура операционных систем. Архитектура компьютерных систем
– 8 часов
Понятие операционной системы и цели ее работы. Компоненты
компьютерной системы. Общая картина функционирования компьютерной
системы. Классификация компьютерных систем. Основные компоненты
операционной системы. Особенности операционных систем для
компьютеров общего назначения (mainframes). Распределение памяти в
однозадачной ОС с пакетной обработкой заданий. ОС пакетной обработки с
поддержкой мультипрограммирования. Режим разделения времени и
особенности ОС с режимом разделения времени. Параллельные
компьютерные системы и особенности их ОС. Распределенные
компьютерные системы и особенности их ОС. Кластерные вычислительные
системы и их ОС. Системы и ОС реального времени.
Архитектура компьютерной системы. Функционирование компьютерной
системы. Обработка прерываний. Архитектура ввода-вывода. Таблица
состояния устройств. Прямой доступ к памяти (Direct Memory Access –
DMA). Структура памяти. Аппаратная защита памяти и процессора.
Процессы и потоки. Управление, планирование и синхронизация – 8
часов.
Основные концепции управления процессами, планирования и
диспетчеризации процессов.
Понятие потока (thread) и многопоточное выполнение (multi-threading);
модели многопоточности; пользовательские потоки и потоки ядра. Потоки в
Solaris, Linux, Windows 2000.
Планирование
и
диспетчеризация
процессора;
критерии
диспетчеризации;
стратегии
диспетчеризации
(FCFS,
SJF,
RR);
многоуровневые очереди.
Независимые и взаимодействующие процессы. Средства синхронизации
и связи.
Использование блокировки памяти при синхронизации
параллельных процессов. Синхронизация процессов при помощи операции
«Проверка и установка». Семафорные примитивы Дейкстры. Мониторы
Хоара. Почтовые ящики. Конвейеры и очереди сообщений.
Понятие тупиковой ситуации при выполнении параллельных
процессов. Примеры тупиковых ситуаций и причины их возникновения.
Методы борьбы с тупиками. Предотвращение тупиков. Обход тупиков.
Обнаружение тупика.
Управление памятью. Методы, алгоритмы и средства. Системы
управления файлами – 8 часов.
Принципы управления памятью. Устройство управления памятью.
Логическое и физическое адресные пространства. Динамическая линковка.
Оверлейная структура программы.
5
Откачка и подкачка (swapping). Стратегии динамического
распределения памяти. Фрагментация. Принципы страничной организации.
Таблица страниц.
Сегментная организация памяти. Сегментно-страничная организация
памяти (Intel x86).
Концепция виртуальной памяти. Отображение виртуальной памяти на
физическую память.
Понятие и структура файла. Атрибуты и операции над файлами. Типы
и методы доступа к файлам.
Функции файловой системы ОС и иерархия данных. Структура
магнитного диска (разбиение дисков на разделы).
Файловая система FAT. Таблица размещения файлов.
Файловая система NTFS.
Управление вводом-выводом– 4 часа.
Организация ввода-вывода в компьютерной системе и ее поддержка в
ОС. Режимы управления вводом/выводом.
Основные системные таблицы ввода/вывода. Синхронный и
асинхронный ввод/вывод.
Кэширование операций ввода/вывода при работе с дисками.
Сетевые операционные системы – 8 часов.
Определение сетевой операционной системы. Виды сетевых ОС. Сети
предприятия (корпоративные сети). Требования, предъявляемые к
корпоративным сетевым операционным системам. Поддержка сетевого
оборудования различных стандартов (Ethernet, Token Ring, ARCnet, FDDI),
поддержка стандартов управления сетью.
Серверные сетевые операционные системы ведущих производителей:
Microsoft Windows 2000/2003, Novell NetWare, UNIX, Linux и др.. Тенденции
на рынке ОС. Прогноз развития рынка операционных систем. Семь главных
тенденций в развитии рынка ОС. Популярность и предпочтения
пользователей ОС. Безопасность ОС.
Операционные системы типа UNIX. История создания. Основные
свойства. Хронология создания UNIX-образных ОС. Генеалогическое дерево
UNIX.
Общая характеристика ОС UNIX. Операционная система Linux.
История создания. Построение и философия системы Linux.
Лабораторные занятия
1. Ревизия системных ресурсов.
2. Изучение конфигурации, настроек и управления настройками
BIOS.
3. Ввод-вывод в стандартные файлы.
4. Управление видеоадаптером в текстовом режиме.
6
5. Подсистема управления процессами.
Задача о спящем парикмахере.
Задача об обедающих философах.
6. Многопоточное программирование в Windows NT.
7. Создание параллельных взаимодействующих вычислительных
процессов.
8. Менеджер памяти.
9. Организация файловой системы на диске.
10.Конфигурирование, протоколирование событий, подсистема
безопасности win.
11. Операционная система Linux.
4.2. Структура дисциплины
Таблица 2
Название
раздела/темы
Введение.
Основные
определения и
понятия. Назначение,
1 функции и
архитектура
операционных систем
и компьютерных
систем
Процессы и потоки.
Управление,
4 планирование
и синхронизация
Управление памятью.
Методы, алгоритмы и
средства.
5 Системы управления
файлами
Управление вводомвыводом. Сетевые
8 операционные
системы
Итого
Аудиторная работа (час)
Лекции
Лаб. раб.
(час.)
(час.)
8
8
СРС. (час).
Итого
16
32
(час.)
8
8
16
32
8
8
16
32
12
12
24
48
36
36
72
144
7
5. Образовательные технологии
При освоении разделов дисциплины используется сочетание видов
образовательной деятельности (ОД) – лекция, лабораторная работа,
самостоятельная работа – с различными методами ее активизации (см. табл.
3).
Таблица 3. Сочетание видов ОД с различными методами ее активизации
Метод акт. ОД / Вид ОД
IT-методы
Работа в команде
Проблемное обучение
Контекстное обучение
Обучение на основе опыта
Индивидуальное обучение
Междисциплинарное
обучение
Опережающая
самостоятельная работа
Лекции
+
+
+
+
Лаб. раб.
+
+
+
+
+
+
+
Сам. раб
+
+
+
+
+
+
От общего количества аудиторных занятий доля лекционных учебных
занятий составляет 50%, доля интерактивных – 50%.
6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной
работы студентов
Основой для самостоятельной работы студентов является наличие
Интернет-ресурсов различного уровня для выполнения опережающей
самостоятельной работы.
На уровне ТПУ – это авторский курс, размещенный на персональном
сайте Шевелева Г.Е.
http://portal.tpu.ru/SHARED/g/GSHEVELYOV/teacher_work/SPPO
На российском уровне – лекции по ОС
http://www.twirpx.com/files/informatics/os/lectures/,
лабораторные работы по ОС
http://www.twirpx.com/files/informatics/os/labs/
7. Средства (ФОС) текущей и итоговой оценки качества освоения
дисциплины
Фонд оценочных средств дисциплины (ФОС) состоит из средств
входного контроля знаний по информатике, текущего контроля выполнения
заданий и средств для промежуточной аттестации (зачета в 1-ом семестре).
Эти средства содержат перечень:
8
 вопросов, ответы на которые дают возможность студенту
продемонстрировать, а преподавателю оценить степень усвоения
теоретических и фактических знаний на уровне знакомства;
 заданий, позволяющих оценить приобретенные студентами практические
умения на репродуктивном уровне;
Входной и выходной контроль знаний осуществляется в форме
компьютерного тестирования. Содержание ФОС по дисциплине приведено в
Приложении 1.
8.Учебно-методическое и информационное обеспечение модуля
8.1. Основная литература
1. Гордеев А.В. Операционные системы: учебник для вузов. – 2-е изд.
– СПб.: Питер, 2006. — 416 с.: ил.
2. Таненбаум Э. Современные операционные системы: 3-е изд. – СПб.:
Питер, 2010. — 1115 с.: ил.
3. Синицын С.В., В. Батаев, Н. Ю. Налютин. Операционные системы:
учебник – Москва: Академия, 2010. — 298 с.: ил.
4. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Сетевые операционные системы – 2-е
изд. – СПб.: Питер, 2008. — 669 с.: ил.
8.2. Дополнительная литература
1. Гордеев, Александр Владимирович Системное программное
обеспечение: учебник для вузов / А. В. Гордеев, А. Ю. Молчанов. – СПб.:
Питер, 2003. – 736 с.: ил..
2. Замятин А.В, Сидоров Д.В. Операционные системы:
лабораторный практикум: учебное пособие для вузов. Национальный
исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ). – Томск:
Изд-во ТПУ, 2010. –122 с.: ил.
3. Назаров
С.В.,
Гудыно
Л.П.,
Кириченко
А.А
Операционные системы. Практикум М.: КУДИЦ-ПРЕСС, 2008. – 464 с.
4. Робачевский А.М. Операционная система UNIX: учебное пособие
для вузов. – СПб.: БХВ-Петербург, 2002. – 514 с.: ил
8.3. Методические указания к выполнению лабораторных работ
1. Г.Е. Шевелев. Ввод информации в компьютер с клавиатуры.
ТПУ. Рег. № 44 от 06.03.03, 12 с.
2. Г.Е. Шевелев. Ревизия системных ресурсов. ТПУ. Рег. № 51 от
06.03.03, 8 с.
3. Г.Е. Шевелев. Система прерываний микропроцессора Intel 8086.
ТПУ. Рег. № 45 от 06.03.03, 10 с.
4. Г.Е. Шевелев. Управление выводом на дисплей. ТПУ. Рег. № 46
от 06.03.03, 10 с.
9
5. Г.Е. Шевелев. Вывод дампа памяти и сектора диска. ТПУ. Рег. №
47 от 06.03.03, 9 с.
8.4. Программное обеспечение и Internet-ресурсы
1.
2.
3.
4.
http://www.twirpx.com/file/325538/
http://www.twirpx.com/files/informatics/os/lectures/
http://www.twirpx.com/files/informatics/os/labs/
http://portal.tpu.ru/SHARED/g/GSHEVELYOV/teacher_work/SPPO
9. Материально - техническое обеспечение дисциплины
Для преподавания дисциплины кафедрой ПМ предоставляется 4
компьютерных класса (ауд. 102 – 105 корпуса ИК). В классах установлены:
 18 ПК типа Core I5 760/ 2,8 GHz Quad Core, мониторы LCD 24"
BENQ, ОС – Windows 7;
 11 ПК Intel Pentium D Dual Core 2,66 GHz, мониторы LCD 17" LG,
ОС – Windows XP ;
 8 ПК Intel Pentium 4 2, 2 GHz, мониторы LCD 17" LG, ОС – Windows
XP.
Все ПК с помощью cетевого коммутатора CNet 16 ports объединены в
локальную сеть с автоматическим выходом в корпоративную сеть ТПУ и
глобальную сеть Интернет.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с
требованиями ФГОС по направлению 010400 «Прикладная математика и
информатика».
Программа одобрена на заседании кафедры ПМ (протокол № от
«
» 2011 г.).
Автор – доцент кафедры прикладной математики Шевелев Геннадий
Ефимович
Рецензент – доцент кафедры прикладной математики Рыбалка Сергей
Анатольевич.
10