МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Новокузнецкий институт (филиал)

Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Кемеровский государственный университет»

Факультет информационных технологий

Кафедра математики и математического моделирования

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

учебной дисциплины М2.ДВ.3 Программирование в системах реального времени Для направления подготовки 010400.68 Прикладная математика и информатика Магистерская программа Математическое моделирование Новокузнецк, 2013 Сведения о разработке и утверждении рабочей программы дисциплины Рабочая программа дисциплины М2.ДВ.3 «Программирование в системах реального времени» вариативного компонента цикла М2 составлена в соответствии на основании требований федерального государственного образовательного стандарта высшего образования по направлению подготовки 010400.68 «Прикладная математика и информатика»

(степень «магистр»), утвержденного приказом Министерства образования и науки Российской федерации №545 от 20 мая 2010 года для магистерской программы «Математическое моделирование».

Автор Михайлова О.В., к.т.н.

Рецензент: Зельцер С.Р., к.т.н., профессор кафедры автоматизации и информационных систем ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет»

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры систем автоматизации управления факультета информационных технологий «12 » декабря 2012 г. Протокол № Заведующий кафедрой Жибинова И.А.

Рабочая программа одобрена методической комиссией факультета информационных технологий «15» января 2013 г. Протокол № Председатель методической комиссии Ермак Н.Б.

1. Цели освоения дисциплины Целями освоения дисциплины «Программирование в системах реального времени»

являются:

1. Формирование математической культуры магистрантов, специальная подготовка магистрантов в области программирования в режиме реального времени, овладение методами программирования объектов, для которых важную роль играет генерация выходных сигналов.

2. Формирование профессиональных компетенций:

способность использовать углубленные теоретические и практические знания в области прикладной математики и информатики (ОК-3), способность разрабатывать концептуальные и теоретические модели решаемых научных проблем и задач (ПК-2), способность углубленного анализа проблем, постановки и обоснования задач научной и проектно-технологической деятельности (ПК-3), способность разрабатывать аналитические обзоры состояния области прикладной математики и информационных технологий по направлениям профильной подготовки (ПК-10).

2. Место дисциплины в структуре ООП магистратуры Дисциплина «Программирование в системах реального времени» входит в состав вариативной части профессионального цикла дисциплин (М2) подготовки магистров по направлению 010400.68 «Прикладная математика и информатика».

Настоящий курс является авторским и основывается на основе результатов научных исследований. За период с 1996 г. на тему создания систем реального времени с использованием программируемых контроллеров и SCADA-систем автором опубликовано 24 работы, в том числе защищена кандидатская диссертация.

Вместе с другими курсами по программированию, дисциплина формирует специальные знания в образовании студента в части современных информационных технологий. Курс рассчитан на студентов, имеющих предшествующую подготовку по курсам, связанным с изучением архитектуры и организации ЭВМ, современных методов и языков программирования, основ технической кибернетики и теории автоматического управления.

Знания, навыки и умения, приобретенные в результате прохождения курса, будут востребованы при работе с техническими системами во время выполнения итоговой квалификационной работы, а также для работы на производстве.

Логическая и содержательная связь дисциплин, участвующих в формировании представленных в п.1 компетенций, представлена в таблице 1.

Таблица 1 Структурно-логическая схема формирования компетенций Компе- Предшествующие дисци- Данная Последующие дисциплины тенция плины дисциплина ОК – 3, Архитектура компьюте- Выпускная квалификациПК – 2, ров (бакалавриат) онная работа ПК – 3, Дискретная математика Профессиональная произПК - (бакалавриат) водственная и педагогическая деятельность Языки и методы программирования (бакаПрограммирование в системах реального времени Численные методы (бакалавриат) Дискретные и вероятностные модели Объектноориентированное проектирование и программирование (бакалавриат) Параллельные вычисления и сетевые технологии (бакалавриат) имитационное моделирование (бакалавриат) Основы теории автоматического управления 3 Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Программирование в системах реального времени»

В процессе освоения данной дисциплины студент формирует и демонстрирует следующие компетенции.

Код, содержание и дескрипторные характеристики компетенции ОК–3 - способность использовать углубленные теоретические и практические знания в области прикладной математики и информатики Знать:

- основные понятия и методы в области прикладной математики и информатики;

- основные концепции и принципы теорий, связанных с прикладной математикой и информатикой.

Уметь:

- использовать новые знания и применять их в профессиональной деятельности;

- использовать современные теории, методы и средства прикладной математики и информационных технологий для решения научно-исследовательских и прикладных задач;

Владеть:

- навыками использования углубленных теоретических и практических знаний в области прикладной математики и информатики.

ПК – 3 - способность углубленного анализа проблем, постановки и обоснования задач научной и проектно-технологической деятельности Базовые характеристики - современные тенденции развития, научные и прикладные достижения моделирования;

- использовать новые знания и применять их в профессиональной деятельности;

- использовать современные теории, методы, системы и средства прикладной математики для решения научно-исследовательских и прикладных задач;

- использовать современные методы для исследования и решения научных и практических задач - применять методы прикладной математики и информатики Профильные характеристики - современные концепции естествознания, место математического моделирования в естественных и социальных науках при выработке необходимого решения;

Владеть:

- основами моделирования в различных сферах научного познания и системного подхода при изучении различных уровней организации науки, техники и общества ПК-2 - способность разрабатывать концептуальные и теоретические модели решаемых - подходы использования современных методов для решения научных и практических задач;

- принципы выбора методов и средств изучения математической модели;

Код, содержание и дескрипторные характеристики компетенции - использовать современные теории прикладной математики для решения научноисследовательских и прикладных задач - осуществлять концептуальный анализ и формирование онтологического базиса при решении научных и прикладных задач в области информационных технологий Владеть:

- методами исследования предметной области и составление модели на языке предметной области;

- математическими методами исследования математической модели;

- навыками использования методов математического, имитационного и информационного моделирования для решения научных и прикладных задач.

ПК - 10 - способность разрабатывать аналитические обзоры состояния области прикладной математики и информационных технологий по направлениям профильной подготовки Базовые характеристики - теоретические основы прикладной математики и информационных технологий - историю прикладной математики - историю развития информационных технологий - фундаментальные концепции и профессиональные результаты, системные методологии в профессиональной области - использовать новые знания и применять их в профессиональной деятельности - использовать современные теории, методы, системы и средства прикладной математики и информационных технологий для решения научно-исследовательских и прикладных задач Владеть:

- языком предметной области и ее методологией Профильные характеристики - разнообразие направлений своей профильной подготовки;

- грамотно пользоваться языком предметной области, извлекать полезную научнотехническую информацию из электронных библиотек, реферативных журналов, сети Интернет и т.д.

4 Структура и содержание дисциплины (модуля) Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы 72 часа.

4.1. Объём дисциплины и виды учебной работы (в часах) 4.1.1. Объём и виды учебной работы (в часах) по дисциплине в целом Таблица В том числе:

Лекции Семинары Практические В том числе:

Курсовая работа Другие виды работ 4.1.2. Разделы базового обязательного модуля дисциплины и трудоемкость № п/п управлении технологическими процессами. Предмет СРВ, классификация, время реакции системы ния. Связь с объектом управления.

Первичные преобразователи их характеристики. Основные принципы преобразования и передачи сигналов.

леры. Промышленные шины: протоколы, топологии, области применения.

программное обеспечение. Методы программирования систем реального исполнительной системы. Языки программирования SFC, ST, FBD, Понятие SCADA-системы. Пакеты LabVIEW, InTouch, Citect, Genesis32.

Примечание: * УО-1- устный опрос; УО-3 - зачет, ИЗ –индивидуальное задание 4.2 Содержание дисциплины Содержание разделов базового обязательного модуля дисциплины 4.2.1 Содержание лабораторных занятий раздела граммирование бильных многопоточных приложений Уметь: использовать современные меприложений ре- в системах реального времени на ос- тоды и средства создания мобильных компьютеры и вание аппаратных средств для кон- Уметь: использовать современные мепрограммируе- кретной реализации СРВ". тоды и средства конфигурирования раздела мый логический стемы реального времени с использо- Уметь: использовать современные меконтроллер ванием программируемых логических тоды и средства создания системы OMRON. Архи- контроллеров производства фирмы реального времени с использованием раздела раздела СРВ. Организа- 1. "Моделирование СРВ с использова- Уметь:

ция интерфейса нием пакета LabVIEW".

пользователя и 2. "Разработка интерфейса пользова- и средства создания программного СРВ. Понятие теля и СРВ с использованием SCADA- обеспечения систем реального вресистемы Genesis32". мени с использованием проекта раздела использовать новые знания при разработке программного обеспечения систем реального времени с использованием проекта LabVIEW Помимо традиционных образовательных технологий будут использоваться следующие активные методы обучения:

лабораторные работы в виде игрового производственного проектирования;

приемы: “мозговой штурм”, “анализ практических ситуаций”, и др.

Для успешного освоения дисциплины сочетаются традиционные и инновационные образовательные технологии, которые обеспечивают достижение планируемых результатов обучения по ООП. Перечень форм организации обучения и методов представлен в таблице Таблица методы Мультимедийные технологии Деловые игры Case-stady Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.

Самостоятельная работа студентов включает:

Подготовка к практическим (лабораторным) занятиям;

Подготовка к текущим контрольным мероприятиям (устные опросы);

Выполнение домашних индивидуальных заданий;

6.1. Уровни освоения дисциплины и критерии получения зачета Условием допуска к зачету является наличие:

выполненных и защита индивидуальных заданий на лабораторных работах;.

успешное прохождение промежуточного контроля.

На зачете студентам предлагается ответить на 2 вопроса (п. 6.2) по материалам учебной дисциплины, включая и материал, представленный для самостоятельного изучения.

«Зачтено» выставляется студенту:

показавшему всесторонние, систематизированные, глубокие знания учебной программы дисциплины и умение уверенно применять их на практике при решении конкретных задач, свободное и правильное обоснование принятых решений; ответ на зачете характеризуется научной терминологией, четкостью, логичностью, умением самостоятельно мыслить и делать выводы.

если он твердо знает материал, грамотно и по существу излагает его, умеет применять полученные знания на практике, но допускает в ответе или в решении задач некоторые неточности.

«Не зачтено» - выставляется студенту, показавшему фрагментарный, разрозненный характер знаний, недостаточно правильные формулировки базовых понятий, нарушения логической последовательности в изложении программного материала, но при этом он владеет основными разделами учебной программы, необходимыми для дальнейшего обучения и может применять полученные знания по образцу в стандартной ситуации;

если он не знает большей части основного содержания учебной программы дисциплины, допускает грубые ошибки в формулировках основных понятий дисциплины и не умеет использовать полученные знания при решении типовых практических задач.

1. Понятие автоматизации производства и Умение использовать современные методы и средства создания мобильных приложений реального его уровни.

2. Программируемые логические контрол- прикладных задач 3. Понятие о системах реального времени.

4. Алгоритмы планирования в системах реального времени.

5. Интеллектуальные контроллеры.

6. Понятие реального и разделенного времени.

7. Режимы жесткого и мягкого реального времени.

8. Современные индустриальные системы. Умение использовать современные методы и средства создания мобильных приложений реального 9. Базы данных в режиме реального вревремени для решения научно-исследовательских и 10. Классификация мультипроцессорных Владение навыками использования методов создауправляющих устройств. ния мобильных приложений реального времени для 11. Промышленные компьютеры маги- решения научных и прикладных задач стрально-модульного типа.

12. Понятие промышленных контроллеров.

13. Классификация контроллеров.

14. Стандарты программируемых логических контроллеров 15. Стандарт POSIX Умение создавать мобильные приложения реального времени на основе стандарта POSIX 16. Среды программирования логических Умение использовать современные теории конфигурирования промышленных компьютеров и проконтроллеров.

граммируемых логических контроллеров для конкретной реализации СРВ для решения научноисследовательских и прикладных задач Владение навыками использования методов конфигурирования промышленных компьютеров и программируемых логических контроллеров для конкретной реализации СРВ для решения научных и 17. Понятие и классификация операцион- Владение навыками использования технологий и систем реального времени.

19. Модели защиты памяти в операционных системах реального времени.

20. Стандарты операционных систем реального времени.

21. Сравнительная характеристика операционных систем реального времени (3- системы по выбору магистранта).

22. Преимущества многопоточного программирования в системах реального времени.

23. Оценка производительности в системах реального времени 24. Назначение системы CoDeSys. Среда Умение использовать новые знания при разработке 25. Визуализация в CoDeSys. Владение основами моделирования систем реальноЯзыки программирования CoDeSys. го времени с использованием проекта CoDeSys 27. Современные SCADA-системы. Владение навыками объектно-ориентированного 29. Понятие часов и таймеров в системах методы разработки интерфейса пользователя и СРВ реального времени. с использованием SCADA-системы Genesis 30. Уровни обмена информацией в компьютерно-интегрированном производстве.

31. Понятие и классификация операционных систем реального времени.

32. Виды архитектуры ядра операционных систем реального времени.

33. Модели защиты памяти в операционных системах реального времени.

34. Стандарты операционных систем реального времени.

35. Сравнительная характеристика операционных систем реального времени (3- системы по выбору магистранта).

36. Преимущества многопоточного программирования в системах реального времени.

37. Оценка производительности в системах реального времени.

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение Основная литература 1. Гома, Х. UML. Проектирование систем реального времени, параллельных и распределенных приложений [Электронный ресурс] : учебник / Х. Гома – Электрон. текстовые дан.

– Москва : ДМК Пресс, 2011. – Режим доступа: http://e.lanbook.com/view/book/1232/ Дополнительная литература, включая Интернет-ресурсы и программное обеспечение 1. Танненбаум, Э. Современные операционные системы: изд. 2-е перераб. [Текст] / Э.

Танненбаум – М.: ГИТТЛ, 2008. – 483 с.: ил.

2. Ослэндер, Д. Проектирование систем реального времени [Текст] / Д. Ослэндер – М.:

Физматгиз, 2007. – 314 с.: ил.

3. Галатенко, В.А. Программирование в стандарте POSIX. Часть 1. Курс лекций: Учеб пособие: Для студентов вузов, обучающихся по специальности 351400 “Прикладная информатика”/ В.А. Галатенко. – М.: Интернет-университет информ. технологий.

4. Галатенко, В.А. Программирование в стандарте POSIX. Часть 2. Курс лекций: Учеб пособие: Для студентов вузов, обучающихся по специальности 351400 “Прикладная информатика”/ В.А. Галатенко. – М.: Интернет-университет информ. технологий.

5. Гома, Х. UML. Проектирование систем реального времени, параллельных и распределенных приложений [Электронный ресурс]: Учебник / Х. Гома – Электрон. текстовые дан. – Москва : ДМК Пресс, 2011. – Режим доступа:

http://e.lanbook.com/view/book/1232/ 6. Информационные технологии [Текст] : теорет. и прикл. науч.-техн. журн. / учредитель СО РАН; гл.ред. И.П. Норенков – 1995, нояб –. – Москва : Новые технологии, 1995 –. – Выходит 1 раз в месяц; в фонде библиотеки с 2011 г. – ISSN 1684-6400.

7. Информационные технологии в управлении технологическими процессами угольной промышленности [Текст] / О.В. Михайлова [и др.] // Приоритетные направления развития науки и технологий: доклады Всероссийской науч.-техн. конф.; под общ. ред.

чл.-корр. Российской акад. наук В.П. Мешалкина. – Тула: Изд-во ТулГу, 2007. – 202 с.

8. Наблюдение за местоположением персонала и оповещение при авариях в подземных выработках [Текст] / О.В. Михайлова [и др.] // Приоритетные направления развития науки и технологий: доклады Всероссийской науч.-техн. конф.; под общ. ред. чл.корр. Российской акад. наук В.П. Мешалкина. – Тула: Изд-во ТулГу, 2007. – 202 с. – 9. Михайлова, О.В. Информационные технологии в обеспечении безопасности технологических процессов угледобывающей промышленности [Текст] / О.В. Михайлова, Е.М. Черемушкина // Информационные системы и модели в научных исследованиях, промышленности и экологии: доклады Всероссийской науч.-техн. конф.; под общ.

ред. д-ра техн. наук, проф. Панарина В.М. – Тула: Изд-во ТулГу, 2007. – 95 с. – С.8Информационные технологии в управлении воздухонагревательными установками шахт [Текст] / О.В. Михайлова [и др.] // Приоритетные направления развития науки и технологий: доклады Всероссийской науч.-техн. конф.; под общ. ред. чл.-корр. Российской акад. наук В.П. Мешалкина. – Тула: Изд-во ТулГу, 2008. – 197 с. – С.145-148.

11. Информационные технологии в управлении вентиляторами главного проветривания шахт [Текст] / О.В. Михайлова [и др.] // Приоритетные направления развития науки и технологий: доклады Всероссийской науч.-техн. конф.; под общ. ред. чл.-корр. Российской акад. наук В.П. Мешалкина. – Тула: Изд-во ТулГу, 2008. – 197 с. – С.139-142.

12. Михайлова, О.В. Современные информационно-коммуникационные технологии в управлении технологическими процессами угледобывающих предприятий [Текст] / О.В. Михайлова, Е.М. Черемушкина // Современные наукоемкие технологии: теория, эксперимент и практические результаты: доклады Международного симпозиума. – Тула: Изд-во ТулГу, 2008.

13. Электронная библиотека механико-математического факультета Московского государственного университета – www.lib.mexmat.ru/bookks/ 14. Новая электронная библиотека – www.newlibrary.ru 15. Российское образование (федеральный портал) – www.edu.ru 16. Нехудожественная библиотека – www.nehudlit.ru 17. VisualStudio 2010 (Лицензия №47 от09.03.10г. MSDN) 8. Материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля) Лабораторные занятия проходят в компьютерном классе, оборудованном компьютерами, объединенными в локальную сеть, с выходом в интернет, компьютерным проектором, программным обеспечением.