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

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: