базовая рабочая программа дисциплины

УТВЕРЖДАЮ
Директор ИК
___________ А.А. Захарова
«___»_____________2015 г.
БАЗОВАЯ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ И СЕТЕЙ
НАПРАВЛЕНИЕ ООП 09.03.01. Информатика и вычислительная техники
ПРОФИЛИ ПОДГОТОВКИ Вычислительные машины, комплексы, системы и
сети
Информационно-коммуникационные технологии
КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ)
бакалавр
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА
2015 г.
КУРС 4 СЕМЕСТР 7
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ
6 кредитов ECTS
КОД ДИСЦИПЛИНЫ
Б1.ВМ4.18
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:
Виды учебной деятельности
Лекции, ч
Лабораторные занятия, ч
Аудиторные занятия, ч
Самостоятельная работа, ч
ИТОГО
Временной ресурс
32
48
80
136
216
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ
экзамен
ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ
кафедра ВТ
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ ВТ ____________ Марков Н.Г., профессор
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП
____________ Рейзлин В.И., доцент
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ
____________ Кацман Ю.Я., доцент
2015г.
1.
ЦЕЛИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Целями преподавания дисциплины являются усвоение студентами общих
принципов и методов моделирования дискретно-непрерывных процессов, в частности, информационных процессов, протекающих в компьютерных системах и сетях
передачи данных. При изучении данной дисциплины основное внимание уделяется
теории систем массового обслуживания (СМО), принципам системного подхода при
разработке имитационных моделей, структуре и методам написания программ имитационного моделирования СМО на универсальных языках программирования
(С++, Паскаль и др.), методам и алгоритмам моделирования случайных событий с
различными законами распределения.
Поставленные цели полностью соответствуют целям (Ц1, Ц2, Ц3) ООП.
2.
МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП
Дисциплина «Моделирование вычислительных систем и сетей» (Б1.ВМ4.18)
является дисциплиной вариативной части блока Б1 междисциплинарного профессионального модуля ВМ4. Для успешного усвоения дисциплины необходимы знания
базовых понятий теории вероятностей и математической статистики, дискретной
математики и теории графов; умения разрабатывать имитационные модели методами объектно-ориентированного (визуального) программирования; владеть на достаточно высоком уровне технологиями разработки, отладки и тестирования программ в различных средах.
Пререквизитами данной дисциплины являются дисциплины: «Технологии
программирования» (Б1.ВМ4.9), «Организация ЭВМ» (Б1.ВМ4.14); «Дискретная
математика» (Б1.ВМ4.8), «Теория вероятностей и математическая статистика»
(Б1.ВМ4.12).
3.
РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Планируемым результатом освоения дисциплины является способность ставить и решать задачи комплексного анализа, связанные с созданием аппаратнопрограммных средств информационных и автоматизированных систем, с использованием базовых и специальных знаний, современных аналитических методов и моделей (Р3).
В соответствии с требованиями ООП освоение дисциплины направлено на
формирование у студентов следующих компетенций (результатов обучения), в т.ч.
в соответствии с ФГОС:
2
Таблица 1
Составляющие результатов обучения, которые будут получены при изучении данной дисциплины
РезультаСоставляющие результатов обучения
ты
обучения
(компетенции
из
ФГОС)
Ко
д
Знания
Код
Умения
Код
Владение
опытом
Методами плаМатематичеРазрабатывать
нирования и соских и имитаимитационную
здания имитациционных метомодель, экспеонной модели;
дов моделирориментировать,
методами оценки
вания; методов
оценивать точточности резульпланирования
ность и достотатов;
инструимитационных
верность рементальными
средствами
и
Р3
экспериментов
зультатов модеязыками
моде(ОК-6,
с моделями;
У.3. лирования, ана- В.3.
З.3.2
ОПК-1,
методов моде2
лизировать
2 лирования.
ПК-2,4)
лирования слусхемные решечайных велиния, использочин, событий и
вать современпотоков; метоные инструмендов оценки
тальные средточности рества и языки
зультатов вемоделирования.
рификации.
В результате освоения дисциплины студентом должны быть достигнуты следующие результаты:
Таблица 2
Планируемые результаты освоения дисциплины
№ п/п
Результат
Знать теорию марковских цепей; алгоритмы моделирования внешних
РД1
случайных воздействий (дискретных и непрерывных)
Владеть современными инструментальными средствами: языками и
РД2
средами для разработки модели
Уметь планировать и разрабатывать модель вычислительной системы
РД3
Уметь обосновывать принимаемые проектные решения, осуществлять
РД4
проверку корректности и эффективности работы модели
3
4.
СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1 Аннотированное содержание разделов дисциплины:
1. Введение в предмет. История развития моделирования, основные понятия.
2. Системы и модели. Разработка модели: классический и системный подход. Классификация видов моделей.
3. Имитационное моделирование (ИМ).
Цель и задачи имитационного моделирования. Основные этапы разработки и создания имитационной модели. Основные понятия: процесс, событие, действие (активность). Языки ИМ как функции процессно, событийно ориентированного подходов
и подхода сканирования активностей. Универсальные языки моделирования.
4. Системы и сети массового обслуживания (СМО).
Терминология, основные определения и задачи СМО. Марковские случайные процессы, цепи Маркова, переходные вероятности. Пуассоновские потоки и их свойства. Задача телефонии и вывод формул Эрланга. Формулы Эрланга в отсутствие
очереди и при наличии ожидающего устройства.
5. Параметры и характеристики СМО.
Структура СМО. Параметры структуры СМО. Параметры закона управления процессами в СМО: дисциплины ожидания и обслуживания. Характеристики СМО.
Показатели эффективности СМО. Исследование СМО с простейшими потоками событий.
6. Стохастическое моделирование – инструмент моделирования внешних воздействий.
Методы Монте – Карло. Моделирование детерминированных и стохастических
процессов. Моделирование законов распределения дискретных и непрерывных случайных величин. Метод обратной функции и метод Неймана. Датчик случайных чисел (ДСЧ). Длина, период и отрезок апериодичности. Методы генерирования псевдослучайных чисел. Проверка качества последовательности псевдослучайных чисел: "Критерий Хи -квадрат", проверка серий,...
5. ОРГАНИЗАЦИЯ И УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
5.1 Самостоятельную работу студентов (СРС) можно разделить на текущую и
творческую.
Текущая СРС – работа с лекционными и учебно-методическими
материалами, включая образовательные ресурсы, представленные в сети Internet и
Intranet.
Творческая
проблемно-ориентированная
исследовательская
самостоятельная работа – заключается в поиске информации (учебники,
монографии, интернет ресурсы); изучении методов стохастического моделирования;
проведении компьютерных экспериментов (исследований).
5.2 Контроль самостоятельной работы
Оценка результатов самостоятельной работы организуется как единство двух
форм: самоконтроль и контроль со стороны преподавателя.
4
С целью самоконтроля каждая тема (раздел) в учебно-методических материалах завершалась набором контрольных вопросов. Аналогичный подход реализован
при выдаче лабораторных (5 работ) и индивидуальных заданий (1 задание).
По результатам текущего контроля формируется допуск студента к экзамену.
Экзамен проводится в письменной форме и оценивается преподавателем.
5.3 Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
Для самостоятельной работы студенты в компьютерных классах кафедры
обеспечены неограниченным доступом к сетевым ресурсам Internet, учебнометодические и справочные материалы размещены в сети по адресу:
ftp://ftp.vt.tpu.ru/study/Katsman/public/Model/.
6. СРЕДСТВА ТЕКУЩЕЙ И ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА
ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Оценка качества освоения дисциплины производится по результатам следующих контролирующих мероприятий:
Таблица 3
Контролирующие мероприятия
Результаты обучения по дисциплине
Выполнение и защита лабораторных раРД1 – РД4
бот
Защита индивидуальных заданий, рефеРД1 – РД4
ратов (доклады) на конференц-неделе
Экзамен
РД1 – РД4
Текущий контроль по каждому разделу дисциплины осуществляется преподавателем, при этом учитывается своевременность и корректность выполнения каждой лабораторной работы. При защите работы обязательно оценивается исследовательская составляющая и знание теории.
Итоговый контроль осуществляется лишь при успешном выполнении всего
объёма лабораторных и индивидуальных заданий:
 итоговый контроль проводится, как правило, в письменном виде;
 результаты контроля оцениваются в баллах на основе рейтинговой системы,
принятой в Томском политехническом университете, и учитывают баллы,
набранные при текущем контроле.
Для подготовки к сдаче итогового контроля (экзамена) предложен набор теоретических вопросов. Каждый билет включает три теоретических вопроса и один
практический – разработать алгоритм моделирования случайной величины, оценить
параметры эффективности СМО и т.п.
7. Рейтинг качества освоения дисциплины
Оценка качества освоения дисциплины в ходе текущей и промежуточной аттестации обучающихся осуществляется в соответствии с «Руководящими материалами по текущему контролю успеваемости, промежуточной и итоговой аттестации
студентов Томского политехнического университета», утвержденными приказом
ректора № 77/од от 29.11.2011 г.
В соответствии с «Календарным планом изучения дисциплины»:
5
 текущая аттестация (оценка качества усвоения теоретического материала
(ответы на вопросы и др.) и результаты практической деятельности (решение
задач, выполнение заданий, решение проблем и др.) производится в течение
семестра (оценивается в баллах (максимально 60 баллов), к моменту завершения семестра студент должен набрать не менее 33 баллов);
 промежуточная аттестация (экзамен, зачет) производится в конце семестра
(оценивается в баллах (максимально 40 баллов), на экзамене (зачете) студент
должен набрать не менее 22 баллов).
Итоговый рейтинг по дисциплине определяется суммированием баллов, полученных в ходе текущей и промежуточной аттестаций. Максимальный итоговый
рейтинг соответствует 100 баллам.
8. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ДИСЦИПЛИНЫ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Основная
Гнеденко Б. В., Коваленко И.Н. Введение в теорию массового обслуживания.
Изд. 6-е. М.: Издательство ЛКИ, 2013. — 400с.
Советов, Борис Яковлевич. Моделирование систем [Электронный ресурс] :
учебник / Б. Я. Советов, С. А. Яковлев; Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет (СПбГЭТУ). — 7-е изд. — Мультимедиа ресурсы (10 директорий; 100 файлов; 740MB). — Москва: Юрайт, 2014. — 1
Мультимедиа CD-ROM. — Электронные учебники издательства "Юрайт". —
Бакалавр. Базовый курс. — Электронная копия печатного издания. — Библиогр.: с. 340-341. — Доступ из корпоративной сети ТПУ. — Системные требования: Pentium 100 MHz, 16 Mb RAM, Windows 95/98/NT/2000, CDROM,
SVGA, звуковая карта, Internet Explorer 5.0 и выше.
Шелухин О.И. Моделирование информационных систем. Учебное пособие для
вузов. – 2-е изд., перераб. И доп. – М.: Горячая линия-Телеком, 2011.-536 с.
Белов В.В. Проектирование информационных систем: учебник для студ. учреждений высш.проф. образования / В.В. Белов, В.И. Чистякова; под ред. В.В.
Белова – М.: Издательский центр «Академия», 2013. – 2013. – 352 с. (Сер. Бакалавриат).
Красс. М. С. Математика в экономике: математические методы и модели:
учебник для бакалавров / М. С. Красс, Б.П Чупрынов; под редю М. С. Красса. –
2-е изд., испр. и доп. – М.: Издательство Юрайт, 2013. – 541 с. – Серия: Бакалавр. Базовый курс.
Попов А.М. Экономико-математические методы и модели: учебник для бакалавров / А. М. Попов, В.Н. Сотников; под ред. А. М. Попова. – 2-е изд. испр. и
доп. – М.: Издательство Юрайт, 2013. – 479 с. – Серия: Бакалавр. Базовый
курс.
Дополнительная
1.
2.
3.
Гультяев А. Визуальное моделирование в среде MATLAB учебный курс - СПб.
Питер,2000.-432 с.
Дьяконов В. Simulink 4. Специальный справочник. - СПб. Питер, 2002. - 528 с.
Дьяконов В., Круглов В. MATLAB. Анализ идентификация и моделирование
систем. Специальный справочник. - СПб. Питер, 2002. - 448 с.
6
Ермаков С. М., Михайлов Г. А. Курс статистического моделирования. – М.:
Наука, 1976.
5. Вероятностные методы в вычислительной технике: Учеб. пособие для вузов по
спец. ЭВМ/ Под ред. А.Н. Лебедева и Е.А.Чернявского. - М.: Высш. шк., 1986.
– 312 с.
6. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем – искусство и наука. –М.:
Мир, 1978.
7. Бенькович Е.С., Колесов Ю.Б., Сениченков Ю.Б. Практическое моделирование
динамических систем - СПб.: БХВ-Петербург, 2002. - 464 с.
8. Ослин Б. Г. Моделирование. Имитационное моделирование СМО: учебное пособие / Б. Г. Ослин; ТПУ – Томск: Изд-во ТПУ, 2010. – 128 с.
9. Кацман Ю. Я. Моделирование: Учеб. пособие / Том. политехн. ун-т. – Томск,
2003. – 91 с.
Программное обеспечение и Internet-ресурсы
1. http://ru.wikipedia.org/wiki
2. http://matlab.exponenta.ru/index.php
3. http://exponenta.ru/
4. Используемые языки (среды):
• MATLAB R2009b
• Borland Delphi 7 (Pascal)
• Microsoft Visual C++ 8
• JAVA 1.6.0
4.
9. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
При изучении данной дисциплины, самостоятельной работе студентов и выполнении лабораторных работ в компьютерных классах кафедры используются современные персональные компьютеры, оснащенные лицензионным программным
обеспечением и неограниченным доступом в Internet:
№
Наименование оборудования
Корпус, ауд., количество установок
п/п
1.
ПК Intel Core 2 Е6320, 1,86 GHz.
10 корпус, 12 установок
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС по направлению 09.03.01 «Информатика и вычислительная техника» и профилей подготовки «Вычислительные машины, комплексы, системы и
сети».
Программа одобрена на заседании кафедры вычислительной техники
(протокол № 54 от « 22 » 06 2015 г.).
Автор
доцент кафедры ВТ Кацман Юлий Янович
Рецензент
профессор кафедры ВТ Спицын Владимир Григорьевич
7