МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Южный федеральный университет»
Рассмотрено и рекомендовано на заседании кафедры САиТ Протокол № ________ «___»__________ 2012 г. Зав. кафедрой САиТ _________ | УТВЕРЖДАЮ Декан факультета АВТ ___________________ «___»_________ 2012 г. |
Образовательная профессиональная
программа (ОПП) 230102 Автоматизированные системы обработки информации и управления
Факультет автоматики и вычислительной техники
Выпускающая кафедра по ОПП кафедра САиТ
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ
КОМПЛЕКС
дисциплины Системы реального времени
Кафедра САиТ
Форма обучения очная Срок обучения 5 лет
Технология обучения лекционно-практически-лабораторная Курс 4 Семестр 8
Таганрог 2012 г.
СОДЕРЖАНИЕ
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА
«Системы реального времени»
1. Проектирование учебного процесса по дисциплине СРВ 3 стр.
2. Технология процесса обучения учебной дисциплине СРВ 4 стр.
3. Рабочая программа 5 – 13 стр.
4. Календарный план 14 – 18 стр.
5. Карта обеспеченности учебно-методической литературой 19 – 20 стр.
6. Банк контрольных заданий и вопросов по учебной дисциплине (портфель студента) 21 – 37 стр.
7. Оснащение учебной дисциплины оборудованием 38 стр.
Приложение
Контрольный конспект лекций преподавателя.
Студенческий конспект лекций.
Образцы отчетов по выполнению лабораторных работ.
Образцы индивидуальных заданий.
Образцы тестового контроля.
1. Проектирование учебного процесса по дисциплине «Системы реального времени» (назначение и трудоемкость дисциплины для ОПП)
Дисциплина «Системы реального времени» (СРВ) входит в блок специальных дисциплин, федеральный компонент СД. Ф.08, для специальности 230102 «Автоматизированные системы обработки информации и управления».
Дисциплина СРВ предназначена для изучения:
– основ построения систем обработки данных в масштабе реального времени;
– архитектурных особенностей и организации функционирования в масштабе реального времени вычислительных систем различных классов;
– операционных систем реального времени;
– механизмов управления временем, межзадачного взаимодействия, планирования процессов вычисления;
– методов обеспечения выполнимости процессов в установленные крайние сроки;
– современных промышленных систем и сетей реального времени
Дисциплина СРВ изучается на 4-ом курсе в 8-ом семестре и включает:
– Аудиторные занятия:
· лекции, 2 часа в неделю, всего 22 часа;
· практические занятия, 1 час в неделю, всего 10 часов;
· лабораторные занятия, 2 час в неделю, всего 22 часа.
– Индивидуальные занятия, 1 час в неделю, всего 12 часов.
– Самостоятельную работу, всего 34 часа.
Теоретический курс состоит из четырех модулей:
· Состав технических средств и структура систем реального времени.
· Расчет характеристик функционирования вычислительных систем.
· Программные средства систем реального времени.
· Сетевые технологии в системах реального времени.
Лабораторные занятия предусматривают выполнение четырех лабораторных работ. Индивидуальные занятия предусматривают выполнение и защиту индивидуального типового расчета, самостоятельная работа включает проработку лекционного материала, подготовку к практическим и лабораторным занятиям.
2. Технология процесса обучения учебной дисциплине СРВ
Процесс обучения дисциплине СРВ определяется ее назначением, учебным планом, рабочей программой и календарным планом. Он состоит из аудиторной и самостоятельной работы студентов.
Аудиторная работа включает в себя посещение лекций, практических и лабораторных занятий. Посещение всех видов занятий контролируется преподавателем, ведущим занятия.
Лабораторные работы проводятся в кафедральном компьютерном классе, оснащенном сетью персональных ЭВМ, по фронтальной системе. При их проведении группа разбивается на бригады (один или два студента в бригаде). Каждая бригада выполняет индивидуальный вариант задания. Лабораторная работа включает в себя домашнюю подготовку и работу в лаборатории. К работе в лаборатории студент допускается только при знании теоретического материала, относящегося к теме данной лабораторной работы. Результаты выполнения лабораторной работы оформляются в виде отчета, который защищается при сдаче работы преподавателю. Качество защиты оценивается в 3, 4 или 5 баллов.
Самостоятельная работа студентов включает в себя подготовку к лекционным, практическим и лабораторным занятиям, а также выполнение индивидуального типового расчета.
К экзамену допускается студент, выполнивший и защитивший все лабораторные работы, а также выполнивший и защитивший индивидуальное задание.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
| ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» |
«СОГЛАСОВАНО» Председатель методической комиссии ___________________________ ___________________________ _______________ «____»____________2012/2013 учеб. год | «УТВЕРЖДАЮ» Декан факультета автоматики _____________ «___» ________ 2012/2013 учеб. год |
Образовательная профессиональная программа (ОПП) 230102
Автоматизированные системы обработки информации и управления
Факультет автоматики и вычислительной техники
Выпускающая кафедра по ОПП СА и Т
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
дисциплины Системы реального времени
Кафедра Системного анализа и телекоммуникаций
Форма обучения ____очная_____ Срок обучения _______5 лет______________
Технология обучения стандартная Курс 4 Семестр 8
Академические часы 54 | Зачетные единицы __ | ||||||
Учебных занятий | - | 100час. | Учебных занятий | - | |||
Из них: лекций практических лабораторных самостоятельных индивидуальных | - - - - - - - | 22 час. 10 час. 22 час. 34 час. 12 час. 0 час. | Из них: лекций практических лабораторных самостоятельных индивидуальных курсовая работа | ||||
Промежуточный рейтинг-контроль (зачет) | Промежуточный рейтинг-контроль (зачет) | ||||||
Итоговый рейтинг-контроль (экзамен) | Экзамен | Итоговый рейтинг-контроль (экзамен) | Экзамен 8 семестр |
Таганрог 2012 г.
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта Российской Федерации образовательной профессиональной программы (ОПП) 230102 «Автоматизированные системы обработки информации и управления».
Составитель:
Должность | Уч. степень | Звание | Ф. И.О. | Подпись |
Доцент кафедры САиТ | к. т.н. | доцент |
Рабочая программа обсуждена и одобрена на заседании кафедры САиТ
. .2012 г. Протокол №
(название кафедры разработчика программы дисциплины)
Зав. кафедрой САиТ ___________________
1. Место, цели и задачи УЧЕБНОЙ дисциплины
«СИСТЕМЫ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ»
В ОБЩЕЙ СТРУКТУРЕ ИНЖЕНЕРНОЙ ПОДГОТОВКИ СТУДЕНЕТА
1.1 Место дисциплины в реализации основных задач ОПП
Дисциплина «Системы реального времени» (СРВ) входит в блок специальных дисциплин (СД), федеральный компонент СД. Ф.08. Данная дисциплина является основой для разработки приложений реального времени, то есть для управления некомпьютерным по природе оборудованием, часто с очень жесткими ограничениями по времени. Практически все системы промышленной автоматизации и контроля являются системами реального времени.
1.2 Место дисциплины в обеспечении образовательных интересов личности обучающегося студента по ОПП «Автоматизированные системы обработки информации и управления»
Дисциплина «Системы реального времени» вносит свой вклад в обеспечение образовательных интересов личности, который состоит в удовлетворении потребностей в получении высшего образования в избранной области профессиональной деятельности; потребностей общества в квалифицированных специалистах, а также в развитии образования, науки и культуры путём проведения фундаментальных научных исследований и обучения на всех уровнях высшего образования во всех областях науки, техники и культуры.
1.3 Место дисциплины в удовлетворении требований заказчиков выпускников университета ОПП «Автоматизированные системы обработки информации и управления»
Знание студентами основ построения и функционирования систем обработки данных, работающих в масштабе реального времени, позволит выпускникам университета данной специализации быстро включиться в производственный процесс и решать практические инженерные задачи.
1.4 Знание каких учебных дисциплин должны предшествовать изучению дисциплины СРВ в ОПП «Автоматизированные системы обработки информации и управления»
Базой для изучения дисциплины СРВ являются дисциплины:
– «Операционные системы»;
– «Организация ЭВМ и систем»;
– «Сети ЭВМ и телекоммуникации»;
– «Системы передачи и преобразования информации»:
– «Сетевые технологии».
1.5 Для изучения каких дисциплин будет использоваться материал дисциплины СРВ при реализации ОПП «Автоматизированные системы обработки информации и управления»
Дисциплина СРВ является базой для изучения дисциплин:
– «Проектирование АСОИУ»,
– «Применение новых ИТ в бизнесе и производстве»,
– «Современные операционные системы»,
– «Программное обеспечение АСОИУ».
1.6 Цели преподавания дисциплины СРВ
– Получение теоретических и практических знаний в области технических и программных средств систем обработки данных, функционирующих в масштабе реального времени.
– Подготовка специалистов по использованию и обслуживанию компьютерных систем и компьютерных сетей.
1.7 Задачи преподавания дисциплины СРВ
В результате изучения дисциплины СРВ студент должен знать:
- технические средства систем обработки данных в масштабе реального времени;
- операционные системы реального времени;
- основные характеристики систем реального времени;
- основные принципы построения и функционирования локальных и распределенных систем управления в масштабе реального времени;
- алгоритмы управления временем, планирования процессов вычисления, диспетчеризации задач;
- современные промышленные системы реального времени.
2. Содержание теоретического курса
2.1. Лекционные занятия
2.1.1. Темы лекций
МОДУЛЬ 1: Состав технических средств и структура систем реального времени (8 часов)
Лекция 1. Системы реального времени как подкласс систем обработки данных и управления. Способы построения систем обработки данных (СОД). Структурная организация СОД управляющего типа. Влияние динамических характеристик объекта управления на время принятия решения по управлению. Основные характеристики СОД. Понятие масштаба реального времени. Системы жесткого и мягкого времени.
Лекция 2. Особенности систем реального времени. Многозадачный режим функционирования вычислительной системы. Аппаратурная среда систем реального времени: средства измерения информации, средства переработки информации, средства отображения информации, средства управления, средства связи. Способы соединения устройств и обмена данными между ними. Способы организации параллельной обработки информации.
Лекция 3. Структурная организация систем реального времени. Одномашинные, многомашинные и многопроцессорные вычислительные комплексы в системах реального времени. Организация вычислительных процессов в многомашинных и многопроцессорных ВК.
Лекция 4. Структура и принципы организации системы связи с объектом. Устройства связи с объектом (УСО). Централизованное и децентрализованное преобразование сигналов, одноступенчатая и многоступенчатая коммутация. Активные и пассивные УСО. Синхронный и асинхронный принципы связи, методы и средства обработки асинхронных событий, адаптивные режимы управления связью с объектом.
МОДУЛЬ 2: Расчет характеристик функционирования вычислительных систем (4 часа)
Лекция 5. Модели потоков данных. Математическая модель вычислительной системы в виде сети систем массового обслуживания.
Лекция 6. Расчет характеристик обслуживания ресурсами вычислительной системы. Методика расчета времени ответа вычислительной системы по "средней задаче". Расчет характеристик систем с приоритетами.
МОДУЛЬ 3: Программные средства систем реального времени (6 часов)
Лекция 7. Состав программных средств СОД. Управление задачами в среде реального времени, концепция процесса и потока. Особенности операционных систем реального времени (ОСРВ), основные функциональные требования. Структурная организация ОСРВ.
Лекция 8. Функции ядра ОСРВ. Временные характеристики ОСРВ. Механизмы реального времени. Управление временем. Управление памятью. Механизмы синхронизации и взаимодействия процессов. Планирование задач
Лекция 9. Обеспечение логической корректности системы межзадачных взаимодействий. Языки программирования реального времени. Программирование синхронной и асинхронной обработки данных. Анализ выполнимости комплекса задач жесткого реального времени. Обзор операционных систем реального времени.
МОДУЛЬ 4: Сетевые технологии в системах реального времени (4 час)
Лекция 10. Задачи промышленной сети. Основные принципы построения промышленных сетей. Промышленные сети системного уровня и датчикового уровня. Сетевые технологии датчикового уровня: ASI, FF, MODBUS, World-FIP.
Лекция 11. Сетевой стандарт CAN. Анализ выполнимости задач жесткого реального времени при использовании сетевой технологии CAN. Промышленная шина PROFIBUS: архитектура протоколов FMS, DP, PA. Способ построения системы связи с объектом на основе протокола PROFIBUS - DP.
2.1.2 Основная литература
1. Кавчук реального времени. Учебное пособие. – Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2005 г.
2. Древс ЭВМ и вычислительных систем: Учебник для студ. вузов. - М.: Высшая школа, 2006.
3. Максимов ЭВМ и вычислительных систем: Учебник для студ. учреждений сред. проф. образования / , , . - М.: ФОРУМ: Инфра-М, 2006.
4. Назаров системы, среды и оболочки. Основы структурной и функциональной организации: Учебное пособие. – М.: КУДИЦ-ПРЕСС, 2007 г.
5. Партыка системы, среды и оболочки: Учеб. пособие для студ. учреждений сред. проф. образования / , . - М.: ФОРУМ, 2009.
6. Назаров операционные системы: Учеб. пособие / , . - М.: Интернет-Университет Информационных Технологий: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2011.
2.1.3 Дополнительная литература
1. Максимов, средства информатизации: Учебник для студ. учреждений сред. проф. образования и вузов / , , . - М. : ФОРУМ, 2010.
2. , , Лукьянов связи УВМ с объектами управления в АСУ ТП. - М.: Сов. Радио, 1978 г.
2. Зыль , разработка и анализ программного обеспечения систем реального времени - СПб.: БХВ-Петербург, 2010.
3. Современные операционные системы - СПб.: Питер, 2010.
4. Любашин сети. МКА, №1, 1999.
5. Карпенко CAN-протокола. СТА, №4, 1998.
6. PROFIBUS - открытая шина промышленного применения. МКА, №2, 1995.
7. Жданов системы реального времени. "PCWeek", №8, 1999.
8. Системы реального времени. СТА, №2, 1997.
9. QNX. СТА, №2, 1997.
2.1.4 Методическая литература
1. Практикум по курсу «Системы реального времени». Составитель – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2011, www/incampus.ru.
2. Методика проектирования информационно-вычислительных комплексов, ориентированных на решение задач в масштабе реального времени. Составитель А, - ТРТИ, Таганрог, 1991 г.
3. Сборник лабораторных работ по курсу «Системы реального времени». Составитель – Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2006, www/incampus.ru.
2.2. Лабораторные занятия (22 часа)
Занятие 1. Таймеры в Windows (8 часов).
Занятие 2. Решение задачи «взаимоисключающий доступ» с помощью механизма семафоров (4 часа).
Занятие 3. Исследование методов диспетчеризации (4 часа).
Занятие 4. Анализ выполнимости комплекса задач жесткого реального времени (4 часа).
Занятие 5. Зачетное занятие (2 часа).
2.3. Практические занятия (10 часов)
Занятие 1. Расчет времени ответа вычислительной системы. Установление соответствия структурной организации вычислительной системы заданному комплексу задач (2 часа).
Занятие 2. Планирование независимых периодических задач согласно частотно-монотонному алгоритму (2 часа).
Занятие 3. Планирование задач, приоритет которых не совпадает с частотно-монотонным, с учетом связи задач через общие ресурсы. Динамический алгоритм планирования EDF (2 часа).
Занятие 4. Расчет времени обмена данными в системах реального времени, построенных на основе сетевых технологий (2 часа).
Занятие 5. Анализ выполнимости задач жесткого реального времени при использовании сетевой технологии CAN (2 часа).
2.4. Индивидуальные занятия (12 часов)
Индивидуальные занятия связаны с выполнением и защитой типового расчета на тему "Установление соответствия заданного комплекса технических средств заданному комплексу задач, решаемых вычислительной системой в реальном масштабе времени". Установление соответствия заданного комплекса технических средств требованиям, предъявляемым к времени ответа вычислительной системы, обрабатывающей заданный комплекс задач, производится на основании математической модели вычислительной системы в виде сети систем массового обслуживания (модуль 2 дисциплины). Цель проверки – установить необходимое число каналов обслуживания в каждом из ресурсов вычислительной системы для функционирования системы в масштабе реального времени. Исходными данными для расчета являются справочные характеристики используемых технических средств и характеристики решаемых задач.
2.5. Курсовое проектирование
Курсовое проектирование по дисциплине СРВ не запланировано по учебному плану.
2.6. Формы самостоятельной работы студентов: организованной и внеаудиторной
Самостоятельная организованная работа: выполнение индивидуального типового расчета.
Самостоятельная внеаудиторная работа: проработка лекционного материала, работа с рекомендованными источниками, подготовка к практическим и лабораторным занятиям.
2.7. Формы и методы контроля усвоения материала в соответствии с целями и задачами учебной дисциплины
1. В течение семестра проводятся контрольные работы, позволяющие проверить усвоение материала по отдельным модулям курса.
2. Допуск к выполнению лабораторных работ осуществляется только после проверки теоретических знаний по разделу дисциплины, связанному с тематикой данной лабораторной работы, и знания целей исследования.
3. При проведении практических занятий проводится регулярный устный опрос знаний того раздела дисциплины, на основе материала которого производится решение задач.
4. По каждой теме практических занятий выдается домашнее задание. Результаты выполнения домашнего задания подлежат регулярной проверке.
Определение рейтинга студентов происходит по следующей схеме:
- выполнение и сдача лабораторной работы – 3-5 баллов;
- контрольная работа - 15 баллов;
- индивидуальное задание – 15 баллов.
2.8. Методы контроля достижения и реализации заявленных целей и задач изучения дисциплины
– Стандартные формы контроля качества усвоения знаний.
– Оценка лабораторной работы.
– Оценка индивидуального задания по результатам его защиты.
– Система требований (собрание образцов работ).
– Метод авторского формирования содержания экзаменов.
– Устный экзамен.
3. рейтинг и итоговая дифференциальная оценка
по учебной дисциплине
Промежуточный и суммарный рейтинг по дисциплине:
Рейтинг первого контроля | Рейтинг второго контроля | Экзамен | Суммарный рейтинг | ||||
макс. | мин. | макс. | мин. | макс. | мин. | макс. | мин. |
20 | 11 | 30 | 17 | 50 | 28 | 100 | 55 |
Распределение максимальных рейтинговых баллов первого и второго контроля:
Рейтинг первого контроля макс. 18 | Рейтинг второго контроля макс. 25 | ||
Контрольная работа | Лаб. занятия | Индивид. задание | Лаб. занятия |
макс.15 | макс. 5 | макс. 15 | макс. 15 |
мин. 8 | мин. 3 | мин. 8 | мин. 9 |
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
