Место дисциплины в структуре ООП ВПО. Дисциплина относится к базовой части профессионального цикла 3.П.

Дисциплина относится к базовой части профессионального цикла 3.П.

Освоение курса "Операционные системы и среды" требует предварительного изучения следующих дисциплин:

– Информатика.

Дисциплина "Операционные системы и среды" является базовой для освоения следующих дисциплин учебного плана:

- Компьютерные сети и телекоммуникации;

- Методы и средства защиты компьютерной информации;

- Технологии программирования;

- Системное программное обеспечение;

- Базы данных;

- Основы теории управления;

- Разработка САПР.

3 Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Операционные системы и среды»

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование элементов следующих компетенций в соответствии с ФГОС ВПО и ООП ВПО по данному направлению подготовки:

а) общекультурных (ОК):

- владеет культурой мышления, способен к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей её достижения (ОК1);

- способен находить организационно-управленческие решения в нестандартных ситуациях и готов нести за них ответственность (ОК-4);

- стремится к саморазвитию, повышению своей квалификации и мастерства (ОК-6);

- использует основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применяет методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-10);

- осознает сущность и значение информации в развитии современного общества владеет основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации (ОК-11);

- имеет навыки работы с компьютером как средством управления информацией (ОК-12);

- способен работать с информацией в глобальных компьютерных сетях (ОК-13);

б) профессиональных (ПК):

- разрабатывать бизнес-планы и технические задания на оснащение отделов, лабораторий, офисов компьютерным и сетевым оборудованием (ПК-1);

- осваивать методики использования программных средств для решения практических задач (ПК-2);

- разрабатывать интерфейсы "человек – электронно-вычислительная машина" (ПК-4);

- разрабатывать модели компонентов информационных систем, включая модели баз данных (ПК-4);

- разрабатывать компоненты программных комплексов и баз данных, использовать современные инструментальные средства и технологии программирования (ПК-5);

- обосновывать принимаемые проектные решения, осуществлять постановку и выполнять эксперименты по проверке их корректности и эффективности (ПК-6);

- участвовать в настройке и наладке программно-аппаратных комплексов (ПК-9);

- сопрягать аппаратные и программные средства в составе информационных и автоматизированных систем (ПК-10);

- инсталлировать программное и аппаратное обеспечение для информационных и автоматизированных систем (ПК-11);

- способен оценивать и выбирать современные операционные среды и информационно-коммуникационные технологии для информатизации и автоматизации решения прикладных задач и создания ИС (ПК-16);

- способен анализировать рынок программно-технических средств, информационных продуктов и услуг для решения прикладных задач и создания информационных систем (ПК-19).

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

– знать:

- современные программные средства взаимодействия с ЭВМ;

- принципы построения современных операционных систем и особенности их применения;

- место операционной системы в составе информационной системы, назначение и функции ОС, характеристики современных ОС, принципы работы основных подсистем ОС, основные механизмы управления ресурсами вычислительной системы, основные факторы, влияющие на различные характеристики ОС, классификацию ОС.

– уметь:

- настраивать конкретные конфигурации операционных систем;

– владеть:

- навыками работы с различными операционными системами и их администрирования;

- навыками анализа и оценки эффективности функционирования ОС и ее компонентов.

Содержание и структура дисциплины (модуля)

4.1 Содержание разделов дисциплины

1. Введение в операционные системы и операционные среды

1.1. Основные понятия вычислительных систем (ВС): архитектура фон Неймана, программное управление, операционная система, операционная среда. Структура дисциплины: управление процессорами, управление процессами, тупики, управление памятью, классификация ядер ОС, управление устройствами, файловые системы.

1.2. Классификация программного обеспечения ВС, история развития ОС, поколения ОС, классификация ОС.

2.1. Управление процессами и ресурсами ВС

2.1. Процессы и ресурсы ВС, иерархическая и виртуальная машина, микропрограммирование, процесс, поток, параллельные процессы и потоки – уровни наблюдения, события, система прерываний.

2.2. Управление процессами: процесс и его состояния, дескриптор процесса, переключение контекста, типы потоков, однопоточная и многопоточная модели процесса, планирование и диспетчеризация, классификация алгоритмов планирования, примеры алгоритмов планирования, приоритеты: динамическое повышение приоритета.

2.3. Управление ресурсами: классификация ресурсов, схемы распределения ресурсов, очереди процессов, алгоритмы управления очередями.

3. Структура ОС

3.1. Понятие структуры ОС, принципы проектирования и структурирования ОС. Примеры структурирования современных ОС: MS-DOS, Windows, UNIX, MacOS и их клоны.

3.2. Понятие ядра ОС. Классификация ядер ОС: системы с монолитным и микроядром, особенности систем с монолитным ядром, особенности систем, построенных на базе микроядерной архитектуры, клиент-серверная архитектура, производительность ОС с микроядром.

3.3. Средства взаимодействия пользователя с ВС. Командный язык ОС. Интерпретатор командного языка. Командные (пакетные) файлы.

4. Управление параллельными процессами

4.1. Управление параллельными процессами: проблемы взаимодействия процессов, разделяемые ресурсы и их монопольное использование, взаимоисключение и синхронизация, способы реализации взаимоисключения: программный, аппаратный, с помощью семафоров, семафоры Дейкстры, виды семафоров, основные задачи: производство-потребление, читатели-писатели, мониторы, сообщения, проблемы передачи сообщений параллельными процессами, средства передачи сообщений – семафоры, сигналы, очереди сообщений, разделяемая память, файлы отображаемые в память.

4.2. Взаимодействие процессов в распределенных системах: три состояния блокировки при передаче сообщений, обмен сообщениями, вызов удаленных процедур, взаимодействие по схеме клиент-сервер; взаимоисключение и синхронизация в распределенных системах. Взаимоисключение в ядре: проблемы монопольного использования разделяемых ресурсов в ядре системы - запрет прерываний, повышение уровня запроса прерывания, спин-блокировки.

4.3. Тупики: тупиковая ситуация, типы ресурсов при анализе возможности тупика, тупики в системах с повторно используемыми ресурсами, необходимые и достаточные условия возникновения тупиков, способы борьбы с тупиками: стратегия Хавендера, недопущение тупиков - алгоритм Банкира и его аппроксимации, обнаружение тупиков методом редукции графа, способы представления бихроматического графа, алгоритмы обнаружения тупика по бихроматическому графу, способы выхода из тупиковой ситуации, тупики в системах с потребляемыми ресурсами.

5. Управление основной памятью ЭВМ

5.1. Управление памятью: задачи вертикального и горизонтального управления памятью, управление физической памятью - основные подходы. Понятия логической и физической памяти. Задачи разделения, распределения, защиты, расширения логического и физического адресного пространства памяти. Программы оверлейной и динамической структуры. Свопинг.

5.2. Виртуальная память – определение и способы управления: страницами по запросам, сегментами по запросам и сегментами, поделенными на страницы, по запросам, схемы преобразования адреса, проблема занятости памяти – алгоритмы замещения страниц, анализ алгоритмов глобальное и локальное замещение, страничное поведение процессов, выбор размера страницы, гиперстраницы, проблемы замещения сегментов, прерывания в системе с сегментно-страничной организацией памяти, одноуровневая модель памяти.

6. Управление периферийными устройствами ВС

6.1. Классификация периферийных устройств ЭВМ. Управление устройствами: подсистема ввода-вывода, способы передачи данных в ВС, синхронный и асинхронный ввод-вывод, понятие драйвера, структура драйвера.

6.2. Система прерываний, классификация прерываний, приоритеты прерываний, вложенные прерывания, прерывания в последовательности ввода-вывода, прерывания в ядре, проблема неточных прерываний - причины возникновения, способы взаимодействия процессора с внешними устройствами: опрос, прерывания, прямой доступ к памяти.

7. Управление данными в ВС

7.1. Файловые системы: основные понятия (данные, метаданные, буферизация, способы доступа). Логический и физический уровень управления файлами. Понятие тома внешней памяти. Логическая структура тома. Уровни файловой системы; символьный уровень – содержание и структура каталогов. Примеры организации файловых систем: FAT-12, FAT-16, FAT-32, ExFAT, HPFS, NTFS, UFS, Ext3.

7.2. Методы работы файловой системы: основные операции над файлами, алгоритмы распределения внешней памяти. Сервисные программы обслуживания файловых систем.

7.3. Виртуальные файловые системы, стратегии резервного копирования данных, дисковые компрессоры. Примеры файловых систем современных ОС.

8. Принципы информационной безопасности в ОС

8.1. Основные понятия информационной безопасности: конфиденциальность, целостность и доступность данных. Классификация угроз информационной безопасности.

8.2. Принципы построения и защита от сбоев и несанкционированного доступа. Понятие политики безопасности. Базовые технологии безопасности: шифрование, аутентификация, авторизация, аудит.

4.2 Распределение часов по семестрам и видам занятий

Общая трудоемкость дисциплины составляет 6 зачетных единиц (216 часов), в том числе:

Объём часов, отводимых учебным планом на освоение учебно-программного материала дисциплины, в том числе:

1) по очной форме:

Семестр	Занятия с преподавателем	Выполнение курсовых заданий	Др. сам. вне- ауд. раб.	Виды отчет- ности
аудиторные	инди виду- альные
Лек- ции	Практ. занят.	Лабор. занят.	Итого	ККР	КР
		-			-	-	-		зачет
		-			-	-	-		диф.зач.
Итого		-			-	-	-

2) по очно-заочной форме:

Семестр	Занятия с преподавателем	Выполнение курсовых заданий	Др. сам. вне- ауд. раб.	Виды отчет- ности
аудиторные	инди виду- альные
Лек- ции	Практ. занят.	Лабор. занят.	Итого	ККР	КР
	9,25	-		40,25	-	-	-		зачет
	9,25	-	15,5	24,75	-	-	-		диф.зач.
Итого	18,5	-	46,5		-	-	-

3) по заочной форме с нормативным сроком обучения:

Семестр	Занятия с преподавателем	Выполнение курсовых заданий	Др. сам. вне- ауд. раб.	Виды отчет- ности
аудиторные	инди виду- альные
Лек- ции	Практ. занят.	Лабор. занят.	Итого	КРЗ	КР
					-		-		зачет
					-		-		диф.зач.
Итого					-		-

4) по заочной форме с сокращенным сроком обучения:

Семестр	Занятия с преподавателем	Выполнение курсовых заданий	Др. сам. вне- ауд. раб.	Виды отчет- ности
аудиторные	инди виду- альные
Лек- ции	Практ. занят.	Лабор. занят.	Итого	КРЗ	КР
					-		-		зачет
					-		-		зачет
Итого					-		-		зачет

4.3 Темы, выносимые на лекции

1) по очной форме

№№ лекций	Разделы, подразделы, пункты содержания дисциплины, выносимые на лекции	Примечание
	Семестр 2
1.	1: 1.1
2.	1: 1.2
3.	2: 2.1
4.	2: 2.2
5.	2: 2.3	текущая аттестация 1
6.	3: 3.1
7.	3: 3.2
8.	3: 3.3
9.	4: 4.1
10.	4: 4.2	текущая аттестация 2
	Семестр 3
1.	5: 5.1
2.	5: 5.2
3.	6: 6.1
4.	6: 6.2	текущая аттестация 1
5.	7: 7.1
6.	7: 7.2
7.	7: 7.3
8.	8: 8.1
9.	8: 8.2	текущая аттестация 2

2) по очно-заочной форме

№№ лекций	Разделы, подразделы, пункты содержания дисциплины, выносимые на лекции	Примечание
	Семестр 2
1.	1: 1.1, 1.2
2.	2: 2.1, 2.2, 2.3
3.	3: 3.1, 3.2, 3.3
4.	4: 4.1, 4.2
	Семестр 3
1.	5: 5.1, 5.2
2.	6: 6.1, 6.2
3.	7: 7.1, 7.2
4.	8: 8.1, 8.2

3) по заочной форме

№№ лекций	Разделы, подразделы, пункты содержания дисциплины, выносимые на лекции	Примечание
	Семестр 2
1.	1: 1.1, 1.2; 2: 2.1, 2.2, 2.3	обзорная лекция
2.	3: 3.1, 3.2, 3.3; 4: 4.1, 4.2	обзорная лекция
	Семестр 3
	5: 5.1, 5.2	обзорная лекция
	6: 6.1, 6.2; 7: 7.1, 7.2; 8: 8.1, 8.2	обзорная лекция

4.4 Лабораторные работы

По очной форме:

№ ЛР	№ раздела	Наименование лабораторных работ	Кол-во часов
		Семестр 2
1.	1, 2	Операционные оболочки
2.		Командный язык ОС
3.	2, 3, 4	Ознакомление с виртуальной машиной ОС
4.	5, 6, 7	Управление виртуальными ресурсами
5.	3, 4, 7	Программирование командных файлов
6.	6, 7	Программные средства записи данных на компакт-диски
7.	1, 2, 3, 6, 7	Программные средства технической диагностики ВС
		Семестр 3
8.	2, 3	Генерация (инсталляция) ОС
9.		Конфигурация ядра монолитной ОС
10.	3, 4, 5	Управление функциями модулей ядра ОС
11.		Управление функциями защиты ядра ОС

По очно-заочной форме:

№ ЛР	№ раздела	Наименование лабораторных работ	Кол-во часов
		Семестр 2
1.	1, 2	Операционные оболочки
2.		Командный язык ОС
3.	2, 3, 4	Ознакомление с виртуальной машиной ОС
4.	5, 6, 7	Управление виртуальными ресурсами
5.	3, 4, 6, 7	Программирование командных файлов
6.	6, 7	Программные средства записи данных на компакт-диски
7.		Семестр 3
8.	2, 3	Генерация ОС
9.		Конфигурация ядра монолитной ОС
10.	3, 4, 5	Управление функциями модулей ядра ОС
11.		Управление функциями защиты ядра ОС	3,5

По заочной форме: