РАБОЧАЯ ПРОГРАММА дисциплины Вычислительные системы, сети и телекоммуникации для специальности 080801.65 Прикладная информатика (по областям) факультета прикладной информатики Ведущая кафедра

Главная >> Программы

[ СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ ДОКУМЕНТА .pdf ]

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

дисциплины «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации»

для специальности 080801.65 «Прикладная информатика (по областям)»

факультета прикладной информатики Ведущая кафедра - кафедра компьютерных технологий и систем Вид учебной работы Дневная форма обучения Всего часов Курс, семестр Лекции 18 3, 5 Практич.занятия (семинары) Лаборат. работы 18 3, Всего аудиторных занятий Самостоятельная работа Расч.- графич. работы - Контр. работы - Курсовой работа 3, Зачёт - Экзамен 3, Всего по дисциплине 76 3,

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

1.1. Цель изучения дисциплины Цель преподавания дисциплины состоит в освоении:

• принципов построения и способов организации Вычислительных систем (ВС);

• уровней и способов взаимодействия ВС;

• реализацией многомашинных и многопроцессорных ВС;

• способов построения операционных конвейеров, векторных, матричных и ассоциативных систем;

• управления ресурсами ВС;

• путей развития архитектур, ориентированных на языковые средства и среды программирования;

• технологии распределенной обработки данных;

• протоколов взаимодействия в компьютерных сетях, иерархии протоколов и режимов их работы;

• методов передачи информации в сетях ЭВМ;

• способов построения каналов связи, модемов;

• кодирования и защиты от ошибок;

• методов коммутации каналов, сообщений и пакетов;

• принципов построения и структур локальных и глобальных вычислительных сетей;

• программного обеспечения сетей ЭВМ.

1.2. Задачи изучения дисциплины В задачи изучения дисциплины входит изложение теоретических сведений, составляющих содержание дисциплины и наработка практических навыков по исследованию ВС различного типа. Практические навыки студенты получают на лабораторных занятиях в классе персональных ЭВМ. Для каждого студента, изучающего данную дисциплину, предусматривается не менее 34 часов машинного времени.

2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ

ДИСЦИПЛИНЫ

В результате изучения дисциплины студенты должны:

• знать основные типы архитектур современных вычислительных систем (ВС) и сетей ЭВМ (вычислительных сетей), принципы их организации и функционирования;

• уметь проводить качественное и количественное сравнение систем различных типов при анализе их производительности или эффективности применения для решения задач различных классов, уметь оценивать целесообразность решения прикладных задач в вычислительных сетях, выбирать рациональный состав функций сетевого ПО и разрабатывать соответствующие программные модули;

• иметь представление об основных направлениях развития исследований в области архитектуры ВС и наиболее значительных перспективных проектах ВС, об основных методах распределенной обработки данных в сетях ЭВМ, о задачах и методах управления, протоколах взаимодействия в вычислительных сетях.

Перечень дисциплин, усвоение которых студентами необходимо для изучения данной дисциплины Наименование дисциНаименование разделов /тем/ плины Информатика и проОрганизация и структура ЭВМ граммирование Алгоритмы и структуры Алгоритмы сортировки и поиска данных данных Алгоритмические языки Алгоритмический язык С++ высокого уровня 3. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ (лекционный курс) 3.1. Содержание разделов дисциплины Введение Тема 1. Архитектуры компьютерных систем _ 1.1. Понятие систем. Управление в системах. Базовая информационная технология.

1.2. Основы построения и функционирования вычислительных машин. Классификация компьютеров по областям применения. Общие требования, предъявляемые к современным компьютерам. Оценка производительности вычислительных систем.

1.3. Числовая и нечисловая обработка. Ограничения фоннеймановской архитектуры. Параллельная обработка. Последовательные конвейеры. Векторные конвейеры.

1.4. Архитектурные особенности и организация функционирования вычислительных машин различных классов. Классификация архитектур вычислительных систем. Мультипроцессорные системы с общей памятью. Мультипроцессорные системы с локальной памятью и многомашинные системы.

1.5. Базовые архитектуры суперкомпьютеров: система Illiac 4, MPP - процессор фирмы Goodyear, векторные конвейерные процессоры.

1.6. Ассоциативный процессор. Концепция ВС с управлением потоком данных. Закон Амдала и его следствия. Наиболее известные современные многопроцессорные компьютеры.

Тема 2. Введение в теорию массового обслуживания и управления ресурсами компьютерных систем _ 2.1. Понятие Марковского случайного процесса. Потоки событий. Уравнения Колмогорова.

2.2. Базовые соотношения систем массового обслуживания: схема гибели и размножения, формула Литтла. Задача Эрланга.

2.3. Одноканальная СМО с неограниченной очередью. Многоканальная СМО с неограниченной очередью.

2.4. Управление ресурсами однопроцессорных систем оперативной обработки данных. Алгоритм SPT. Алгоритм RR. Алгоритм FB 2.5. Методы управления ресурсами многопроцессорных систем при обработке пакетов задач с прерываниями и без прерываний.

2.6. Производительность мультипроцессорных систем с общей и индивидуальной памятью (режимы разделения нагрузки и разделения функций) Тема 3. Компьютерные сети _ 3.1. Классификация и архитектура вычислительных сетей, техническое, информационное и программное обеспечение сетей, структура и организация функционирования сетей (глобальных, региональных, локальных). Базовые топологии локальных компьютерных сетей. Топология глобальной вычислительной сети. Сетевые протоколы и уровни.

3.2. Физический и канальный уровни. Модуляция и демодуляция. Емкость канала связи.

3.3. Кодирование информации. Уплотнение информационных потоков. Схема организации фаз коммуникаций.

3.4. Виды протоколов канального уровня. Анализ производительности протоколов. Определение скорости передачи полезной информации и оптимальной длины кадра.

3.5. Методы случайного доступа к сети. Методы Алоха. Случайный доступ типа МДПН/ОС ( CSMA/CD). Спецификации ETHERNET.

3.6. Сетевой уровень модели OSI. Методы коммутации в компьютерных сетях. Сети с коммутацией каналов. Сети с коммутацией сообщений. Сеть с пакетной коммутацией 3.7. Структура и характеристики систем телекоммуникаций: коммутация и маршрутизация телекоммуникационных систем, цифровые сети связи, электронная почта. Управление потоком в сети. Метод скользящего окна.

3.8. Выбор кратчайших путей. Алгоритм Дейкстры. Алгоритм Флойда.

3.9. Эффективность функционирования вычислительных машин, систем и сетей телекоммуникаций; пути ее повышения. Глобальная сеть INTERNET. Появление и развитие Internet.

Структура Internet. Передача информации в Internet.

3.10. Краткая характеристика ресурсов Internet. Удаленный доступ к ресурсам сети. Коммерческое применение Internet. Перспективы развития вычислительных средств. Технические средства человеко-машинного интерфейса.

4. ПРАКТИЧЕСКИЕ (СЕМИНАРСКИЕ) ЗАНЯТИЯ

НЕ ПРЕДУСМОТРЕНО

5. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

п/п Управление ресурсами однопроцессорных систем оперативной обработки Разработка и исследование планировщиков Исследование работы мультипроцессорных систем с общей и индивидуальной памятью Анализ методов случайного доступа к каналу в ЛВС Методы Алоха.

Компьютерная сеть Internet Случайный доступ типа МДПН/ОС и сеть Ethernet Программирование алгоритмов маршрутизации 6. РАСЧЁТНО – ГРАФИЧЕСКИЕ РАБОТЫ

НЕ ПРЕДУСМОТРЕНО

7. КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ

НЕ ПРЕДУСМОТРЕНО

8. КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Темы (примерный перечень):

1. Исследование алгоритмов управления ресурсами однопроцессорных серверов при оперативной обработке задач (алгоритмы SPT и RR).

2. Исследование алгоритмов управления ресурсами однопроцессорных серверов при оперативной обработке задач (алгоритмы SPT и FB).

3. Сравнительный анализ производительности алгоритмов управления ресурсами однопроцессорных серверов (алгоритмы RR и FB).

4. Исследование алгоритмов планирования вычислительного процесса мультипроцессорных систем при пакетной обработке задач.

5. Исследование производительности мультипроцессорных систем с общей памятью.

6. Исследование производительности мультипроцессорных систем с распределенной памятью.

7. Исследование производительности протокола передачи кадров «с остановками и ожиданием» в компьютерной сети.

8. Исследование производительности протокола передачи кадров «с непрерывной передачей» в компьютерной сети.

9. Сравнительный анализ производительности протоколов передачи кадров в компьютерной сети.

10. Исследование метода случайного доступа к каналу компьютерной сети типа «асинхронная Алоха».

11. Исследование метода случайного доступа к каналу компьютерной сети типа «синхронная Алоха».

12. Исследование метода случайного доступа к каналу компьютерной сети типа CSMA/CD.

13. Исследование метода доступа к каналу компьютерной сети типа «передача метки (маркера) (Toking passing)».

14. Сравнительный анализ производительности протоколов доступа к каналу в ЛВС типов «Token Ring» и «Ethernet».

15. Исследование метода «скользящего окна» при управлении потоком в компьютерной сети.

16. Исследование алгоритма Дейкстры для маршрутизации пакетов в компьютерной сети.

17. Исследование алгоритма Флойда для маршрутизации пакетов в компьютерной сети.

18. Сравнительный анализ производительности алгоритмов Дейкстры и Флойда для маршрутизации пакетов в компьютерной сети.

19. Сравнительный анализ производительности мультипроцессорных систем с общей и распределенной памятью.

20. Сравнительный анализ производительности методов типа «Алоха».

21. Сравнительный анализ производительности методов «асинхронная Алоха» и CSMA/CD 22. Сравнительный анализ производительности методов «синхронная Алоха» и CSMA/CD Цель написания и защиты курсовой работы - развитие у студентов способностей к самостоятельной работы по обобщению (в рамках учебной дисциплины) материалов теории и практики, определение уровня их практической готовности к научной и практической работе в качестве специалистов по проектированию и обслуживанию вычислительных систем, сетей и телекоммуникаций.

Состав курсовой работы:

Первая часть курсовой работы. В ней студент должен раскрыть теоретические знания современных подходов к созданию архитектур вычислительных систем и управлению их ресурсами в соответствии с заданной темой, предложить свои модели для исследований по поставленной задаче.

Вторая часть – разработка и отладка компьютерной программы или программ, реализующих предложенные модели по теме исследования.

Третья часть – проведение эксперимента в заданном диапазоне значений входных переменных и анализ полученных результатов.

Курсовая работа выполняется студентом самостоятельно. Общий объем работы должен быть в пределах 20-30 страниц текста (без приложений). Курсовая работа должна содержать введение, основную часть, заключение, список использованной литературы и источников, приложения (при необходимости) и информационный носитель с записанной на него программной моделью исследованной вычислительной системы.

Методические указания к выполнению курсовой работы прилагаются.

9. ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ (УЧЕБНАЯ) ПРАКТИКА

НЕ ПРЕДУСМОТРЕНО

10. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ ПОД КОНТРОЛЕМ

ПРЕПОДАВАТЕЛЯ

10.1. Виды и объём самостоятельной работы 1. Самостоятельное изучение отдельных тем (вопросов) 10.2. Рекомендуемая литература для самостоятельного изучения отдельных тем (вопросов) 1. Управление ресурсами Архитектура компьютерные Информационные системы и однопроцессорных систем систем и сетей: Учеб. посо- технологии в экономике:

оперативной обработки бие/ Под ред. В.И. Лойко. - Учебник / Под ред. В.И.

многопроцессорных систем при обработке пакетов задач с прерываниями 3. Методы управления ресурсами многопроцессорных систем при обработке пакетов независимых задач без прерываний 4. Производительность мультипроцессорных систем с общей и индивидуальной памятью (режимы разделения нагрузки и разделения функций)

11. ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

12. ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В

ПРЕПОДАВАНИИ ДИСЦИПЛИНЫ

12.1 Формы инновационных технологий 1. Использование мультимедийных средств – форма учебной работы, когда во время чтения лекций, проведения лабораторных занятий и самостоятельной работы студента под руководством преподавателя активно используются средства мультимедиа: комплексное сочетание данных нескольких видов в одном слайде (текстовых, графических, звуковых и видеоданных). Мультимедиа подразумевает как особый тип документа, так и особый класс программно-аппаратного обеспечения информационных технологий. Мультимедийные документы, в отличии от обычных документов содержат звуковые и музыкальные объекты, анимированную графику (мультипликацию), видеофрагменты. Мультимедийное программное обеспечение - это программные средства, предназначенные для создания и/или воспроизведения мультимедийных объектов и документов. Мультимедийные аппаратные средства – это оборудование необходимое для создания, хранения и воспроизведения мультимедийного программного обеспечения (для воспроизведения телевизионных сигналов /тюнеры/ и цифровых видеодисков и записи на них /дисководы/, обработки сжатой видеоинформации /декодеры/ и др.).

Средства мультимедиа в дисциплине "Вычислительные системы, сети и телекоммуникации" используется при чтении мультимедийных лекций по курсу (в виде презентаций) и при разработке мультимедийных программ (объектов) на лабораторных занятиях по следующим темам.

Тема 1. Архитектуры компьютерных систем Тема 2. Введение в теорию массового обслуживания и управления ресурсами компьютерных систем Тема 3. Компьютерные сети 2. Разработка и использование автоматизированных обучающих систем (АОС), включающих контролирующие подсистемы, состоит в использовании программных средств, обеспечивающих обучение студентов и контроль их знаний на базе новых информационных технологий, т.е. компьютерных технологий.

В ходе лабораторного практикума по дисциплине используется АОС «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации», разработанная под руководством проф. Лойко В.И.

по следующим темам курса.

Тема 2. Введение в теорию массового обслуживания и управления ресурсами компьютерных систем Тема 3. Компьютерные сети 3. Использование компьютерного тестирования для углубленного теоретического изучения студентами дисциплины и отработки ими умений и навыков быстрого написания и отладки работающих прикладных программ (приложений).

Данный комплекс методов обучения активно используется в учебном процессе при проведении всех лабораторных занятий - в АОС по дисциплине «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации» по следующим темам.

Тема 2. Введение в теорию массового обслуживания и управления ресурсами компьютерных систем Тема 3. Компьютерные сети 4. Разработка моделирующих программ к лабораторным занятиям по дисциплине.

Эта форма организации обучения нацелена на активную поисково-познавательную деятельность студентов в области методов управления компьютерными системами путем предварительного создания ими компьютерных моделей и их опробования с использованием освоенных и самостоятельно разработанных программных средств.

Эта форма обучения применяется на лабораторных занятиях по темам:

Тема 2. Введение в теорию массового обслуживания и управления ресурсами компьютерных систем Тема 3. Компьютерные сети 5. Исследовательский подход – это использование исследовательского метода в обучении. Он организует творческий поиск и применение знаний, является условием формирования интереса, потребности в творческой деятельности, в самообразовании.

Основная идея исследовательского метода обучения заключается в использовании научного подхода к решению той или иной учебной задачи. Работа студентов в этом случае строится по логике проведения классического научного исследования с использованием всех научно-исследовательских методов и приемов, характерных для деятельности ученых. Основные этапы организации учебной деятельности при использовании исследовательского метода:

1. Определение общей темы исследования, предмета и объекта исследования.

2. Выявление и формулирование общей проблемы.

3. Формулировка алгоритма решения.

4. Определение методов сбора и обработки данных.

6. Кодирование алгоритма и обработка данных.

7. Обсуждение полученных данных.

8. Формулировка понятий, обобщений, выводов.

9. Применение заключений, выводов.

Данный комплекс методов обучения используется в учебном процессе при выполнении студентами курсовых работ по следующим темам.

5. Исследование производительности мультипроцессорных систем с общей памятью.

6. Исследование производительности мультипроцессорных систем с распределенной памятью.

9. Сравнительный анализ производительности протоколов передачи кадров в компьютерной 10. Исследование метода случайного доступа к каналу компьютерной сети типа «асинхронная Алоха».