УТВЕРЖДАЮ
Директор института
___________
«___»_____________2011 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА МОДУЛЯ (ДИСЦИПЛИНЫ)
ТЕОРИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ
НАПРАВЛЕНИЕ (СПЕЦИАЛЬНОСТЬ) ООП
_230100 Информатика и вычислительная техника___________________
ПРОФИЛЬ ПОДГОТОВКИ (СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ, ПРОГРАММА)
Программное обеспечение средств вычислительной техники и автоматизированных систем
КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ) __бакалавр______________________
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ План ПРИЕМА __2011______ г.
КУРС__4_____ СЕМЕСТР ___8_____
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ __3____
ПРЕРЕКВИЗИТЫ _Информатика, Программирование, Технология разработки программного обеспечения, технология программирования, математическая логика и теория алгоритмов.____________________________________________________
КОРЕКВИЗИТЫ __Архитектура ВС___________________________________________
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:
__Лекции ______________________ __24__ час.
__Лабораторные занятия _________ __24__ час.
________________________ ____ час.
АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ _48____ час.
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА __48__ час.
ИТОГО _96___ час.
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ____дневная______________
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ _____________Экзамен в 8 семестре_____
ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ___________кафедра Автоматики и компьютерных систем________________________________________________________
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ_________________________ П.______
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП __________________________________
РУКОВОДИТЕЛЬ ПРОФИЛЯ _________________
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ ___________________________ В.______
2011г.
1. Цели освоения модуля (дисциплины)
Цели освоения дисциплины соответствуют целям образовательной программы и включают:
- Подготовка выпускников к самообучению и непрерывному профессиональному самосовершенствованию. (Ц5).
2. Место модуля (дисциплины) в структуре ООП
Дисциплина входит в состав вариативной части профессионального цикла.
Пререквизитами данной дисциплины являются: Информатика, Программирование, Технология разработки программного обеспечения, технология программирования, математическая логика и теория алгоритмов Также требуется опыт алгоритмизации и владение английскими математическими терминами.
3. Результаты освоения модуля (дисциплины)
После изучения данной дисциплины студенты приобретают знания, умения и опыт, соответствующие результатам основной образовательной программы: Р5. Соответствие результатов освоения дисциплины «Теория вычислительных процессов» формируемым компетенциям ООП представлено в таблице.
Формируемые компетенции в соответствии с ООП* | Результаты освоения дисциплины |
З.5.3.4 | В результате освоения дисциплины студент должен знать: Формальные модели основных вычислительных процессов и структур, принципы и способы их технической реализации, методы управления процессами и синхронизации, протоколы взаимодействия объектов, методы анализа структур и процессов; основные классы схем программ, используемых при конструировании языков программирования. |
У.5.3.4 | В результате освоения дисциплины студент должен уметь: Применять математические модели и методы для анализа параллельных взаимодействующих процессов; формализованного описания и преобразования программ; доказательства правильности программ. |
В.5.3.4 | В результате освоения дисциплины студент должен владеть: Навыками формальной верификации программ. Методами трансляции схем программ. |
*Расшифровка кодов результатов обучения и формируемых компетенций представлена в Основной образовательной программе подготовки бакалавров по направлению 230100 «Информатика и вычислительная техника».
В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие компетенции:
1.Универсальные (общекультурные) -
- владеет культурой мышления, способен к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей её достижения (ОК-1);
- использует основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применяет методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-10);
2. Профессиональные
- 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).
4. Структура и содержание модуля (дисциплины)
4.1 Приводится аннотированное содержание разделов модуля (дисциплины):
1. Схемы программ
Понятие схемы программ. Класс стандартных схем программ. Графовая, линейная формы стандартной схемы. Интерпретация стандартных схем. Протокол выполнения программы. Главные свойства стандартных схем.
Рекурсивные схемы. Трансляция схем программ. Линейные унарные рекурсивные схемы. Схемы с процедурами. Трансляция рекурсивных схем в схемы с процедурами. Частичная трансляция схем с процедурами.
Обогащенные схемы. Класс счетчиковых схем, класс магазинных схем, класс схем с массивами. Трансляция обогащенных схем.
Структурированные схемы. Трансляция структурированных схем в стандартные.
2. Семантическая теория программ
Семантика языка программирования. Методы формального определения семантики. Атрибутивные грамматики. Операционная семантика. Денотационная семантика. Аксиоматическая система Хоара.
3. Методы доказательства правильности программ
Верификация программ. Метод индуктивных утверждений. Правила верификации Хоара. Анализ завершения последовательных программ. Метод Флойда. Метод счетчиков.
4. Процессы
Основные понятия. Граф существования процесса. Свойства и классификация процессов.
5. Сети Петри
Основные определения: граф сети Петри, маркировка, выполнение сети, множество достижимости.
Сети Петри для моделирования. Особенности сетей Петри.
Анализ сетей Петри. Задачи анализа сетей Петри: безопасность, ограниченность, сохранение, активность, достижимость и покрываемость.
6. Параллельные взаимодействующие вычислительные процессы
Независимые и взаимодействующие вычислительные процессы. Критические интервалы. Взаимное исключение.
Средства синхронизации и связи. Блокировка памяти. Семафоры Дейкстры. Мьютексы. Задача «поставщик/потребитель». Задача «читатели/писатели». Мониторы Хоара. Почтовые ящики. Конвейеры и очереди сообщений.
7. Проблема тупиков и методы борьбы с ними
Понятие тупиковой ситуации. Повторно используемые и потребляемые ресурсы. Модель Холта. Причины возникновения тупиковых ситуаций. Формальные модели для изучения проблемы тупиковых ситуаций: сети Петри, вычислительные схемы, модели пространства состояний системы. Методы борьбы с тупиками: предотвращение тупиков, обход тупиков, обнаружение тупика.
4.2
Структура модуля (дисциплины)
по разделам и формам организации обучения
Название раздела/темы | Аудиторная работа (час) | СРС (час) | Колл, Контр. Р. | Итого | ||
Лекции | Лабор. Занятия | |||||
1. Схемы программ. | 5 | 5 | 8 | 18 | ||
2. Семантическая теория программ | 2 | 4 | 6 | |||
3. Методы доказательства правильности программ | 4 | 5 | 8 | 17 | ||
4. Процессы | 2 | 4 | 6 | |||
5. Сети Петри | 2 | 4 | 8 | 14 | ||
6. Параллельные взаимодействующие вычислительные процессы | 4 | 5 | 8 | 17 | ||
7. Проблема тупиков и методы борьбы с ними | 5 | 5 | 8 | 18 | ||
24 | 24 | 48 | 96 |
4.3 Распределение компетенций по разделам дисциплины
Распределение по разделам дисциплины планируемых результатов обучения по основной образовательной программе, формируемых в рамках данной дисциплины и указанных в пункте 3.
№ | Формируемые компетенции | Разделы дисциплины | |||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |||
1. | З.5.3.4 | + | + | + | + | + | + | + | |
2. | У.5.3.4 | + | + | + | + | + | + | + | |
3. | В.5.3.4 | + | + | + | + | + | + | + |
5. Образовательные технологии
Достижение планируемых результатов освоения дисциплины обеспечивается образовательными технологиями, сочетание которых приведено в таблице.
Методы и формы организации обучения (ФОО)
ФОО Методы | Лекц. | Лаб. раб. | Пр. зан./ Сем., | Тр*., Мк** | СРС | К. пр. |
IT-методы | + | + | + | + | ||
Работа в команде | + | + | + | |||
Case-study | ||||||
Игра | ||||||
Методы проблемного обучения. | ||||||
Обучение на основе опыта | + | |||||
Опережающая самостоятельная работа | + | |||||
Проектный метод | ||||||
Поисковый метод | + | |||||
Исследовательский метод | + | |||||
Другие методы |
* - Тренинг, ** - Мастер-класс
Для достижения поставленных целей преподавания дисциплины реализуются следующие средства, способы и организационные мероприятия:
- изучение теоретического материала дисциплины на лекциях с использованием компьютерных технологий;
- самостоятельное изучение теоретического материала дисциплины с использованием Internet-ресурсов, информационных баз, методических разработок, специальной учебной и научной литературы;
- закрепление теоретического материала при проведении лабораторных работ с использованием учебного и научного оборудования и приборов, выполнения проблемно-ориентированных, поисковых, творческих заданий.
6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
6.1 Цель организации самостоятельной работы такого вида состоит в обеспечении обратной связи между студентами и преподавателем.
Текущая СРС состоит в проработке лекционного материала, подготовке к лабораторным работам и контрольным работам. Она составляет 30 часов и включает:
1) проработку лекционного материала и подготовку к лабораторным работам (20 ч.)
2) подготовку к контрольным работам (10 ч.)
Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа (ТСР) состоит в самостоятельном изучении студентами некоторых разделов курса (18 часов).
6.2. Содержание самостоятельной работы студентов по модулю (дисциплине)
Темы на самостоятельное изучение
- Главные свойства стандартных схем.
- Схемы Янова.
- Методы спецификации программ.
- Аксиоматическая система Хоара. Правила вывода для управляющих структур.
- Преобразователь предикатов Дейкстры.
- Автоматизированные системы доказательства корректности программ.
6.3 Контроль самостоятельной работы
Оценка результатов самостоятельной работы организуется как единство двух форм: самоконтроль и контроль со стороны преподавателей. Оценка преподавателем самостоятельной работы студентов отражена в Рейтинг-плане.
7. Средства (ФОС) текущей и итоговой оценки качества освоения модуля (дисциплины)
Оценка текущий и промежуточной аттестации по дисциплине осуществляется на основе Рейтинг-плана по результатам выполнения лабораторных работ и контрольных работ. При изучении учебной дисциплины проводится 3 рубежные контрольные работы по следующим разделам курса:
1. Схемы программ. Графовая, линейная формы стандартных схем программ. Трансляция схем программ.
2. Параллельные взаимодействующие процессы. Тупиковые ситуации, методы борьбы с тупиками.
3. Доказательство правильности последовательных программ.
Каждая контрольная работа контролирует освоение студентами определенного раздела изучаемой дисциплины и соответственно обеспечивает перечисленные результаты освоения дисциплины.
Итоговый контроль по дисциплине осуществляется по результатам выполнения лабораторных, контрольных работ и сдачи экзамена
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение модуля (дисциплины)
Перечень рекомендуемой литературы
1. Взаимодействующие последовательные процессы: Пер. с англ. – М.:Мир, 1989. – 264 с.
2. , Рякин методы верификации программ/ Под ред. . – М.:Радио и связь, 1988. – 256 с.
3. Языки программирования: разработка и реализация/ Под общей ред. А. Матросова. – СПб.: Питер, 2002. – 688 с.
4. , Сабельфельд схем программ. – М.: Наука, 1991. – 248 с.
5. Котов Петри. – М.: Наука, 1984. – 160 с.
6. Питерсон Дж. Теория сетей Петри и моделирование систем: Пер. с англ. – М.: Мир, 1984. – 264 с.
7. Системное программное обеспечение / , . – СПб.: Питер, 2002. – 736 с.
8. Лавров . Математические основы, средства, теория. – СПб.: БХВ-Петербург, 20с.
9. Бентли Дж. Жемчужины программирования. 2-е издание. – СПб.: Питер, 2002 с.
10. Бейбер. обеспечение без ошибок: Пер. с англ. / Под ред. . – М.: Джон Уайли энд Санз, Радио и связь, 1996. – 176 с.
11. Дисциплина программирования. – М.: Издательство «Мир», 1978. – 276 с.
12. Доказательство правильности программ: Пер. с англ. – М.:Мир, 1982. – 168 с.
9. Материально-техническое обеспечение модуля (дисциплины)
Компьютеры класса IBM PC с операционной системой Windows-*.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС по направлению 230100 «Информатика и вычислительная техника» и профилю «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем».
Программа одобрена на заседании кафедры Автоматики и автоматизированных систем
__________________________________________________________
(протокол № _____ от «_____» _________ 20___ г.).
Автор
Рецензент
