Министерство образования и науки Российской Федерации

Муромский институт (филиал)

федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования

 «Владимирский государственный университет

имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

(МИ ВлГУ)

 

Кафедра  ЭиВТ 

 

 

 

«   22   »       05       2018 г.

 

 

 

 

Рабочая программа ДИСЦИПЛИНЫ

 

     Операционные системы     

 




Направление подготовки

09.03.01 Информатика и вычислительная техника

Профиль подготовки

"Вычислительные машины, комплексы, системы и сети"

Квалификация (степень)выпускника

бакалавр









          

Семестр

Трудоем-кость,

час. / зач. ед.

Лек-ции,

час.

 

Практи-ческие занятия,

час.

Лабора-торные работы,

час.

Консуль-тация,

час.

Конт-роль,

час.

Всего (контак-тная работа),

час.

СРС,

час.

Форма

промежу-точного контр.

(экз., зач., зач. с оц.)

8

144 / 4  

12  

24  

24  

3,2  

0,35  

63,55  

53,8  

Экз.(26,65)  

Итого

144 / 4  

12  

24  

24  

3,2  

0,35  

63,55  

53,8  

26,65  

 

Муром, 2018 г.


1. Цель освоения дисциплины

Цель дисциплины: Целью изучения дисциплины является приобретение студентами знаний об архитектуре, принципах построения, методах проектирования операционных систем ЭВМ.

Основными задачами изучения дисциплины является освоение теории об организации и принципах функционирования операционных систем. Изучение основных алгоритмов управления процессами и памятью. Изучение методов организации защиты в операционных системах.

2. Место дисциплины в структуре ОПОП ВО (Цикл (Б1.Б.16))

Изучение дисциплины «Операционные системы» базируется на знаниях, полученных студентами по естественнонаучным, общепрофессиональным и специальным дисциплинам: «Информатика», «Основы алгоритмизации и программирование», «Дискретная математика», «Теория автоматов», «Архитектура микропроцессоров и программирование на языке ассемблера». На дисциплине «Операционные системы» базируется изучение специальных дисциплин: «Периферийные устройства», «Защита информации», «Сети ЭВМ и средства телекоммуникации», «Системы управления базами данных».

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ОПК-1 способность инсталлировать программное и аппаратное обеспечение для информационных и автоматизированных систем.

ОПК-4 способность участвовать в настройке и наладке программно-аппаратных комплексов.

ПК-2 способность разрабатывать компоненты аппаратно-программных комплексов и баз данных, используя современные инструментальные средства и технологии программирования.

 

В результате освоения дисциплины обучающийся должен демонстрировать следующие результаты образования:

1) Знать:

принципы организации, установки, конфигурирования системный программных средств (ОПК-1).

процессы функционирования системы и способы их описания, особенности использования ресурсов программно-технических комплексов, особенности построения и эффективного использования современных операционных систем; принципы организации мультипрограммных режимов в условиях реального масштаба времени, разделения времени, способы обеспечения диалогового взаимодействия пользователей с ЭВМ, методы оценки эффективности технического состояние вычислительного оборудования и осуществлять необходимые профилактические процедуры (ОПК-4).

2) Уметь:

выбирать и квалифицированно применять современные аппаратные и программные средства (в т.ч. сетевое оборудования и ПО) для реализации информационных и автоматизированных систем (ОПК-1).

ставить и решать конкретные задачи по применению средств операционных систем для организации процессов обработки информации в АСУ, осуществлять генерацию и реконфигурацию операционных систем, обеспечивать заданные требования к режимам функционирования ресурсов, оценивать эффективность работы различных операционных систем (ПК-2).

3) Владеть:

системными инструментальными и сервисными средствами в операционных системах Microsoft Windows и Linux, встроенными средствами управления ОС Windows и Linux, командным интерфейсом для решения задач конфигурирования сетевой среды, специализированными средствами мониторинга и анализа производительности, методами и средствами управления доступом (ОПК-1).

способностью инсталлировать программное и аппаратное обеспечение для информационных и автоматизированных систем (ОПК-1).

способностью разрабатывать модели компонентов информационных систем, включая модели баз данных и модели интерфейсов "человек - электронно-вычислительная машина" (ПК-2).

 


4. Структура и содержание дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетные единицы, 144 часа.

 

4.1. Форма обучения: очная

Уровень базового образования: среднее общее.

Срок обучения 4г.

 

4.1.1. Структура дисциплины


 

Раздел (тема)

дисциплины

 

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость

(в часах)

 

Форма  текущего контроля успеваемости (по неделям семестра), форма промежуточной аттестации

  (по семестрам)

 

п\п

Семестр

Лекции

Семинары

Практические занятия

Лабораторные работы

Контрольные работы

СРС

КП / КР

Консультация

Контроль

1

Введение. Эволюция ОС.

8

2

4

Опрос

2

Назначение и функции операционных систем.

8

2

4

4

Опрос, лабораторная работа

3

Ресурсы.

8

2

2

0

Опрос

4

Архитектура ОС.

8

2

4

9

Опрос

5

Управление процессами. Планирование и диспетчеризация процессов. Асинхронные параллельные процессы: проблемы управления процессами и пути их решения.

8

4

8

Опрос

6

Концепция прерываний.

8

4

0

Опрос

7

Управление памятью. Управление физической, виртуальной и внешней памятью. Файловые системы.

8

6

8

8

Опрос, лабораторная работа

8

Защита в ОС.

8

4

5

Опрос

9

Пользовательский интерфейс и утилиты.

8

4

5

Опрос

10

Примеры ОС.

8

8

9

Опрос, лабораторная работа

11

Особенности реализации ОС.

8

4

1,8

Опрос, лабораторная работа

Всего за  семестр

144

12

24

24

53,8

3,2

0,35

Экз.(26,65)

Итого   

144

12

24

24

53,8

3,2

0,35

26,65

 

4.1.2. Содержание дисциплины

4.1.2.1. Перечень лекций

Семестр 8

Раздел 1. Введение. Эволюция ОС.

Лекция 1.

Цель и задачи дисциплины, ее роль и место в общей системе подготовки специалиста. Эволюция ОС.История ОС. Обзор современных ОС. Классификация ОС (универсальные операционные системы и ОС специального назначения). Требования к ОС (в т.ч. модульная структура построения ОС и их переносимость) (2 часа).

Раздел 2. Назначение и функции операционных систем.

Лекция 2.

Назначение ОС. Основные функции ОС. Структура ОС. Основные концепции, влияющие на проектирование ОС (мультипрограммирование, режим разделения времени, многопользовательский режим работы, режим работы и ОС реального времени). Принципы и методологии построения ОС (2 часа).

Раздел 3. Ресурсы.

Лекция 3.

Ресурсы. Понятие ресурса. Виды ресурсов. Классификация ресурсов. Управление ресурсами. Синхронизация процессов. Цели и средства синхронизации. Необходимость синхронизации и гонки. Взаимодействие между процессами. Обмен данными между процессами и потоками (конвейеры, очереди, разделяемая память). Средства обработки сигналов; понятие событийного программирования; средства коммуникации процессов (2 часа).

Раздел 4. Архитектура ОС.

Лекция 4.

Управление процессами. Понятие процесса и потока. Управление процессором. Граф состояний процесса. Блок управления процессом. Структура контекста процесса. Контекст и дескриптор процесса.Планирование и диспетчеризация процессов. Функции планировщика и диспетчера. Уровни планирования. Цели планирования. Критерии планирования. Вытесняющие и не вытесняющие алгоритмы планирования. Понятия приоритета и очереди процессов. Дисциплины обслуживания очередей. Способы реализации мультипрограммирования. Многопроцессорный режим работы (2 часа).

Раздел 5. Управление процессами. Планирование и диспетчеризация процессов. Асинхронные параллельные процессы: проблемы управления процессами и пути их решения.

Лекция 5.

Асинхронные параллельные процессы. Проблемы управления процессами и пути их решения. Взаимоисключение. Критические участки. Совместное использование памяти. Примитивы взаимоисключения. Реализация примитивов взаимоисключение. Алгоритм Деккера. Семафоры (2 часа).

Лекция 6.

Синхронизация процессов. Цели и средства синхронизации. Необходимость синхронизации и гонки. Взаимодействие между процессами. Обмен данными между процессами и потоками (конвейеры, очереди, разделяемая память). Средства обработки сигналов; понятие событийного программирования; средства коммуникации процессов. Управление виртуальной памятью. Организация виртуальной памяти: страничная, сегментная, сегментно-страничная организация. Защита памяти. Механизм реализации виртуальной памяти. Управление виртуальной памятью: стратегии выталкивания страниц; подкачка страниц по запросу и с упреждением; освобождение страниц; размер границ (2 часа).

 

4.1.2.2. Перечень практических занятий

Семестр 8

Раздел 1. Защита в ОС.

Практическое занятие 1.

Системы резервного копирования данных (2 часа).

Раздел 2. Архитектура ОС.

Практическое занятие 2.

Виртуальные машины (2 часа).

Раздел 3. Ресурсы.

Практическое занятие 3.

Сетевые ОС: Сетевые службы. Сетевые файловые системы (2 часа).

Раздел 4. Архитектура ОС.

Практическое занятие 4.

Типовая архитектура подсистемы защиты ОС. Основные функции подсистем защиты ОС (2 часа).

Раздел 5. Защита в ОС.

Практическое занятие 5.

Разграничение доступа. Идентификация и аутентификация. Аудит. Адекватная политика безопасности. Административные меры защиты (2 часа).

Раздел 6. Концепция прерываний.

Практическое занятие 6.

Концепция прерываний. Понятие прерывания, назначение и типы прерываний. Механизм прерываний. Классы прерываний (2 часа).

Практическое занятие 7.

Обработка прерываний. Классификация особых случаев. Обслуживание несуществующих устройств (2 часа).

Раздел 7. Пользовательский интерфейс и утилиты.

Практическое занятие 8.

Назначение и структура менеджера ввода-вывода. Основные требования в системе ввода-вывода (2 часа).

Практическое занятие 9.

Обеспечение удобного логического интерфейса между устройствами и процессами (драйверы устройств) (2 часа).

Раздел 8. Управление памятью. Управление физической, виртуальной и внешней памятью. Файловые системы.

Практическое занятие 10.

Файловые системы. Логическая организация файловой системы. Цели и задачи файловой системы (2 часа).

Практическое занятие 11.

Типы файлов. Иерархическая структура файловой системы. Логическая структура диска. Организация файлов. Выделение и освобождение места в памяти (2 часа).

Практическое занятие 12.

Дескриптор. Управление доступом. Физическая организация файловой системы. Диски, разделы, секторы, кластеры. Физическая организация и адресация файла. Примеры файловых систем. (PIP, FAT, HPFS, NTFS, s5) (2 часа).

 

Методические указания к практическим работам по дисциплине Операционные системы приведены по следующему адресу:

https://www.mivlgu.ru/iop/mod/resource/view.php?id=16240

 

4.1.2.3. Перечень лабораторных работ

Семестр 8

Раздел 1. Управление памятью. Управление физической, виртуальной и внешней памятью. Файловые системы.

Лабораторная 1.

Разделы на диске и процесс загрузки ОС (4 часа).

Раздел 2. Назначение и функции операционных систем.

Лабораторная 2.

Операционная система MS DOS (4 часа).

Раздел 3. Примеры ОС.

Лабораторная 3.

Операционная система Linux. Установка (4 часа).

Лабораторная 4.

Операционная система Linux. Команды для работы с файлами (4 часа).

Раздел 4. Управление памятью. Управление физической, виртуальной и внешней памятью. Файловые системы.

Лабораторная 5.

ОС Linux. Файловые системы Linux (4 часа).

Раздел 5. Особенности реализации ОС.

Лабораторная 6.

Восстановление работоспособности Windows (4 часа).

 

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине Операционные системы приведены по следующему адресу:

https://www.mivlgu.ru/iop/mod/resource/view.php?id=16238

 

4.1.2.4. Перечень учебно-методического обеспечения для самостоятельной работы

Методические указания для самостоятельной работы размещены на информационно-образовательном портале института по ссылке https://www.mivlgu.ru/iop/course/view.php?id=5058.

Для самостоятельной работы также используются издания из списка приведенной ниже основной и дополнительной литературы.

Перечень тем, вынесенных на самостоятельное изучение:

1. История ОС.

2. Понятие ресурса. Виды ресурсов. Классификация ресурсов. Ресурсы. Управление ресурсами.

3. Ядро и вспомогательные модули ОС. Многослойная структура ОС. Аппаратная зависимость и мобильность ОС. Микроядерная архитектура.

4. Управление процессами. Понятие процесса и потока. Граф состояний процесса. Блок управления процессом. Контекст и дескриптор процесса. Асинхронные и параллельные процессы.

5. Планирование и диспетчеризация процессов. Функции планировщика и диспетчера. Уровни планирования. Цели планирования. Критерии планирования. Вытесняющие и не вытесняющие алгоритмы планирования. Дисциплины обслуживания очередей.

6. Управление физической памятью. Иерархия памяти. Стратегии управления памятью: непрерывное распределение памяти; распределение фиксированными разделами; Распределение разделами переменной величины; распределение перемещаемыми разделами.

7. Управление виртуальной памятью. Организация виртуальной памяти: страничная, сегментная, сегментно- страничная организация.

8. Управление вводом-выводом и внешними устройствами. Классификация устройств ввода-вывода. Задачи ОС по управлению файлами и устройствами.

10. Защита в ОС. Классификация угроз безопасности ОС. Понятие защищенной ОС. Подходы к построению защищенных ОС. Стандарты защищенности ОС. Аппаратное обеспечение средств защиты. Примеры.

11. Пользовательский интерфейс в ОС. Принципы построения интерфейсов ОС. Интерфейс прикладного программирования (Windows API, POSIX). Командные языковые процессоры.

13. Примеры ОС. Реализация основных функций ОС в MVS,VM, MS DOS,Windows,UNIX.

14. Концепции распределенной обработки в сетевых ОС.

15. Операционные системы реального времени.

 

4.1.2.5. Перечень тем контрольных работ, рефератов, ТР, РГР, РПР

Не планируется.

 

4.1.2.6. Примерный перечень тем курсовых работ (проектов)

Не планируется.

 

 

5. Образовательные технологии

В процессе изучения дисциплины Операционные системы применяется контактная технология преподавания (за исключением самостоятельно изучаемых студентами вопросов). При проведении практических работ применяется имитационный или симуляционный подход, когда преподавателем разбирается на конкретном примере проблемная ситуация, все шаги решения задачи студентами демонстрируются при помощи мультимедийной техники. Затем студенты самостоятельно решают аналогичные задания.

В соответствии с требованиями ФГОС ВПО для реализации компетентностного подхода предусматривается использование при подготовке по данной дисциплине активных и интерактивных форм проведения занятий.

 

6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.

Фонды оценочных средств приведены в приложении.

 

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины Операционные системы

7.1. Основная учебно-методическая литература по дисциплине

1. Операционные системы. Практикум : практикум / С.В. Назаров, Л.П. Гудыно, А.А. Кириченко. — Москва : КноРус, 2012. — 372 с. — Для бакалавров. — ISBN 978-5-406-00886-7. - https://www.book.ru/book/905285

2. Операционные системы: Методические указания по проведению практик для студентов образовательной программы 09.03.01 Информатика и вычислительная техника / сост. Проскуряков А.Ю. [Электронный ресурс]. - https://www.mivlgu.ru/iop/mod/resource/view.php?id=16238

3. Операционные системы. Основы практики: Методические указания по выполнению практических работ для студентов образовательной программы 09.03.01 Информатика и вычислительная техника / сост. Проскуряков А.Ю. [Электронный ресурс]. - https://www.mivlgu.ru/iop/mod/resource/view.php?id=16240

 

7.2. Дополнительная учебно-методическая литература по дисциплине

1. Таненбаум, Э. Операционные системы. Разработка и реализация. Классика CS: учебник / Э. Таненбаум, А. Вудхалл. - 3-е изд. - СПб.: Питер, 2007. - 704 е.: ил. +CD. - Библиогр.: с. 669-682. - (Классика computer science). - 6 экз.

2. Гордеев, А.В. Операционные системы: учебник. - 2-е изд. - СПб.: Питер, 2007. - 416 е.: ил. - Библиогр.: с. 406-408. - (Учебник для вузов). - 14 экз.

 

7.3. Перечень информационных технологий, используемых при осуществлении образовательного процесса по дисциплине, включая перечень программного обеспечения и информационных справочных систем

В образовательном процессе используются информационные технологии, реализованные на основе информационно-образовательного портала института (www.mivlgu.ru/iop), и инфокоммуникационной сети института:

- предоставление учебно-методических материалов в электроном виде;

- взаимодействие участников образовательного процесса через локальную сеть института и Интернет;

- предоставление сведений о результатах учебной деятельности в электронном личном кабинете обучающегося.

Информационные справочные системы:

Электронный учебный курс "Основы организации операционных систем Microsoft Windows" (http://www.intuit.ru/studies/courses/1089/217/info)

Электронный учебный курс "Операционная система Linux" (http://www.intuit.ru/studies/courses/37/37/info)

Программное обеспечение:

не предусмотрено

 

7.4. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», необходимых для освоения дисциплины

book.ru

mivlgu.ru

 

8. Описание материально-технической базы, необходимой для осуществления образовательного процесса по дисциплине

 

9. Методические указания по освоению дисциплины

Для успешного освоения теоретического материала обучающийся: знакомится со списком рекомендуемой основной и дополнительной литературы; уточняет у преподавателя, каким дополнительным пособиям следует отдать предпочтение; ведет конспект лекций и прорабатывает лекционный материал, пользуясь как конспектом, так и учебными пособиями.

На практических занятиях пройденный теоретический материал подкрепляется решением задач по основным темам дисциплины. Занятия проводятся в компьютерном классе, используя специальное программное обеспечение. Каждой подгруппе обучающихся преподаватель выдает задачу, связанную с разработкой и программной реализацией алгоритмов обработки информации. В конце занятия обучающие демонстрируют полученные результаты преподавателю и при необходимости делают работу над ошибками.

До выполнения лабораторных работ обучающийся изучает соответствующий раздел теории. Перед занятием студент знакомится с описанием заданий для выполнения работы, внимательно изучает содержание и порядок проведения лабораторной работы. Лабораторная работа проводятся в компьютерном классе. Обучающиеся выполняют индивидуальную задачу компьютерного моделирования в соответствии с заданием на лабораторную работу. Полученные результаты исследований сводятся в отчет и защищаются по традиционной методике в классе на следующем лабораторном занятии. Необходимый теоретический материал, индивидуальное задание, шаги выполнения лабораторной работы и требование к отчету приведены в методических указаниях, размещенных на информационно-образовательном портале института.

Самостоятельная работа оказывает важное влияние на формирование личности будущего специалиста, она планируется обучающимся самостоятельно. Каждый обучающийся самостоятельно определяет режим своей работы и меру труда, затрачиваемого на овладение учебным содержанием дисциплины. Он выполняет внеаудиторную работу и изучение разделов, выносимых на самостоятельную работу, по личному индивидуальному плану, в зависимости от его подготовки, времени и других условий.

Форма заключительного контроля при промежуточной аттестации – экзамен. Для проведения промежуточной аттестации по дисциплине разработаны фонд оценочных средств и балльно-рейтинговая система оценки учебной деятельности студентов. Оценка по дисциплине выставляется в информационной системе и носит интегрированный характер, учитывающий результаты оценивания участия студентов в аудиторных занятиях, качества и своевременности выполнения заданий в ходе изучения дисциплины и промежуточной аттестации.

 



РЕЦЕНЗИЯ

на  рабочую программу дисциплины

«Операционные системы»

по направлению подготовки 09.03.01 Информатика и вычислительная техника

 

Рабочая программа дисциплины «Операционные системы» составлена в соответствии с требованиями федерального государственного образовательного стандарта по направлению подготовки 09.03.01 Информатика и вычислительная техника.

На изучение данного курса по учебному плану отводится 144 час. (4 ЗЕТ). Формой итогового контроля изучения дисциплины является экзамен .

Цель дисциплины: Целью изучения дисциплины является приобретение студентами знаний об архитектуре, принципах построения, методах проектирования операционных систем ЭВМ.

Основными задачами изучения дисциплины является освоение теории об организации и принципах функционирования операционных систем. Изучение основных алгоритмов управления процессами и памятью. Изучение методов организации защиты в операционных системах.

Содержание занятий соответствуют требованиям образовательного стандарта. Имеется перечень вопросов для самостоятельной работы студентов, способствующий более глубокому изучению дисциплины.

Освоение дисциплины позволит студентам приобрести теоретические и практические знания, необходимые при решении задач в будущей практической деятельности.

Предлагаемые фонды оценочных средств для выявления уровня знаний и умений обучаемых полностью охватывает содержание курса и соответствуют ФГОС.

Перечень учебно-методической литературы достаточен для изучения дисциплины. Имеются ссылки на электронно-библиотечные системы.

Рабочая программа дисциплины «Операционные системы» рекомендуется для использования в учебном процессе по направлению подготовки 09.03.01 Информатика и вычислительная техника.

 

22.05.2018 г.