917

2

УДК 004.432

Использование операционных систем и баз данных в автоматизации и управлении : методические указания для самостоятельной работы по направлению подготовки бакалавра 15.03.04 Автоматизация технологических процессов и производств (профиль Автоматизация и управление в технологических системах) для очной и заочной форм обучения / А. В. Стариков; М-во науки и высшего образования РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2019. – 14 с.

Печатается по решению редакционно-издательского совета ВГЛТУ

Рецензент: заведующий кафедрой электротехники и автоматики ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I», доктор технических наук, профессор Афоничев Д.Н.

3

Введение

Учебный план образовательной программы по направлению подготовки бакалавра 15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств» включает изучение дисциплины «Использование операционных систем и баз данных в автоматизации и управлении» в течение 1-го семестра в объеме 108 часов, из которых 18 часов отводится для лекционных занятий, 36 часов для лабораторных работ, 54 часа для самостоятельной работы студентов, 36 часовна подготовку к прохождению итогового контроля (сдача экзамена).

Рабочая программа дисциплины определяет в качестве основной цели усвоение студентами принципов построения и функционирования операционных систем (ОС), разработки и использования баз данных (БД) и систем управления базами данных (СУБД), а также возможностей их применения при решении задач автоматизации и управления технологическими процессами и производствами.

Для достижения данной цели в ходе изучения дисциплины решаются следующие задачи:

ознакомление с историей развития ОС и БД, примерами их использования в системах автоматизации и управления технологическими процессами;

изучение принципов организации и функционирования ОС, основных функций ОС и операционных (командных) оболочек;

уяснение основных понятий и теоретических вопросов построения БД

ифункционирования СУБД;

усвоение методики и приемов работы в среде ОС персонального компьютера с использованием возможностей графического интерфейса и режима командной строки;

приобретение навыков работы с реляционными БД в среде СУБД на персональном компьютере.

Врезультате освоения дисциплины «Использование операционных систем и баз данных в автоматизации и управлении» студент должен:

знать: основные понятия, принципы построения ОС и БД, основные функции ОС и СУБД, возможности использования в автоматизации и управлении технологическими процессами и производствами;

уметь: работать в среде ОС с использованием возможностей графического интерфейса и режима командной строки, разрабатывать реляционные БД с использованием СУБД;

владеть: приемами работы в среде ОС с использованием возможностей графического интерфейса и режима командной строки, навыками работы с реляционными БД в среде СУБД на персональном компьютере.

1Содержание учебной дисциплины

Всоответствии с рабочей программой освоение дисциплины «Использование Операционных систем и баз данных в автоматизации и управлении» пре-

4

дусматривает изучение следующих разделов (тем) и вопросов, входящих в их состав:

Раздел 1. Введение в операционные системы и базы данных

Цели и задачи дисциплины. Понятия операционной системы и операционной (командной) оболочки. Основные свойства и функции операционных систем. Краткая история развития операционных систем. Поколения операционных систем. Критерии и общая классификация операционных систем.

Раздел 2. Архитектура и принципы построения операционных систем

Понятие архитектуры операционных систем. Структурная организация ОС: монолитное ядро, многоуровневая модульная структура, микроядро, распределенная структура. Машинно-зависимые свойства ОС: обработка прерываний, планирование процессов, обслуживание ввода-вывода, управление памятью. Машинно-независимые свойства ОС: работа с файлами, планирование заданий, распределение ресурсов, защита.

Раздел 3. Управление процессами, физической и виртуальной памя-

тью

Понятие процесса. Операции над процессами. Жизненный цикл процесса. Структуры данных процесса. Многопоточные процессы и управление потоками. Задачи и алгоритмы планирования и диспетчеризации процессов и потоков в ОС. Страничная организация виртуальной памяти. Аппаратная поддержка сегментации и страничной организации виртуальной памяти. Трансляция виртуальных адресов. Структуры данных (таблицы), используемые ОС для управления памятью.

Раздел 4. Управление вводом-выводом и файловыми системами

Типы устройств ввода-вывода. Методы доступа. Планирование и управление процессами ввода-вывода в операционных системах. Понятие файловой системы и управление файлами. Файловые системы в Windows и Unix.

Раздел 5. Основные понятия баз данных и систем управления базами данных

Понятие базы данных. Жизненный цикл БД. Проектирование БД. Основные возможности и функции СУБД. Инфологическое проектирование БД. Основные понятия: объекты (сущности), атрибуты, ключи. Связи между объектами. Типы связей. Моделирование предметной области с помощью ERдиаграмм. Понятие модели данных. Иерархическая, сетевая и реляционная модели данных. Общая характеристика и основные понятия реляционной модели данных.

Назначение лекционных занятий по дисциплине «Использование операционных систем и баз данных в автоматизации и управлении» получение теоретических знаний студентами по важнейшим разделам дисциплины, а также формирование общего представления по обзорным темам (вопросам) дисциплины.

Помимо лекционных занятий, обязательным элементом изучения дисциплины «Использование операционных систем и баз данных в автоматизации и управлении» является прохождение студентом лабораторного практикума. Со-

5

гласно Положению о сдаче экзаменов и зачётов в ФГБОУ ВО ВГЛТУ им. Г.Ф. Морозова студент, не выполнивший лабораторный практикум, не допускается к сдаче экзамена или зачёта.

В соответствии с рабочей программой дисциплины «Использование операционных систем и баз данных в автоматизации и управлении» предусматривается следующая тематика лабораторных работ (в скобках указано нормативное количество времени, отводимое на выполнение и защиту лабораторной работы):

1.Знакомство с элементами графического интерфейса пользователя в ОС

Windows (4 часа).

2.Изучение интерпретатора команд ОС Windows: перенаправление потоков ввода/вывода (6 часов).

3.Изучение интерпретатора команд ОС Windows: использование параметров командной строки и условного выполнения команд (8 часов).

4.Основы концептуального проектирования БД. Моделирование БД с помощью ER-диаграмм (6 часов).

5.Разработка реляционной БД с использованием СУБД MS Access (6 часов) (6 часов).

6.Выполнение запросов к БД в СУБД MS Access (6 часов).

Каждая работа лабораторного практикума предполагает выполнение практической части, подготовку письменного отчёта о выполненной лабораторной работе и его защиту. Требования к оформлению отчёта обычно излагаются в методических указаниях к лабораторным работам. При защите отчёта студент должен продемонстрировать знание необходимого теоретического минимума по теме лабораторной работы, аргументировано ответить на вопросы преподавателя, касающиеся практической части работы.

Часть времени, планируемого для самостоятельной работы, предполагается использовать для самостоятельного изучения отдельных вопросов лекционного курса, другую для доработки отчётов о выполненных лабораторных работах и подготовки к их защите.

2 Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы

При осуществлении самостоятельной работы студент должен руководствоваться указаниями преподавателя, данными методическими указаниями, методическими указаниями к лабораторным работам, методическими указаниями к выполнению курсовой работы, материалами конспекта лекций, рекомендованной основной и дополнительной учебной литературой, включая электронные источники информации.

Ниже приведен перечень основной и дополнительной литературы, имеющейся в учебной библиотеке ВГЛТУ, а также представленной в открытом доступе в электронных библиотечных системах (ЭБС): Знаниум, Единое окно доступа к образовательным ресурсам и другие.

6

Основная литература

1. Вавренюк, А. Б. Операционные системы. Основы UNIX [Электронный ресурс] : учеб. пособие / А. Б. Вавренюк, О. К. Курышева, С. В. Кутепов, В. В. Макаров. М.: ИНФРА-М, 2016. 160 с. (Высшее образование. Бакалавриат).

ЭБС «Знаниум». http://znanium.com/bookread2.php?book=504874.

2.Шустова, Л. И. Базы данных [Электронный ресурс] : учебник / Л. И.

Шустова, О. В. Тараканов. М.: ИНФРА-М, 2017. 304 с. (Высшее образова-

ние. Бакалавриат). ЭБС «Знаниум». http://znanium.com/bookread2.php? book=751611.

Дополнительная литература

1.Стариков, А. В. Использование операционных систем и баз данных в автоматизации и управлении [Электронный ресурс] : лабораторный практикум для направления подготовки бакалавра 15.03.04 Автоматизация технологических процессов и производств (профиль – Автоматизация и управление в технологических системах) для очной и заочной форм обучения / А.В. Стариков; М-во науки и высш. образования РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2019. – 95 с. – ЭБС ВГЛТУ.

2.Одиночкина, С. В. Разработка баз данных в Microsoft Access 2010

[Электронный ресурс] : учеб. пособие / С. В. Одиночкина. СПб. : НИУ ИТМО, 2012. 83 с. ЭБС «Единое окно доступа к образовательным ресур-

сам». http://window.edu.ru/resource/609/76609/files/itmo876.pdf.

Для качественного освоения дисциплины, возможно, потребуются следующие ресурсы информационно-телекоммуникационной сети «Интернет»:

ЭБС «Знаниум»: http://www.znanium.com;

ЭБС «Единое окно доступа к образовательным ресурсам»: http://window.edu.ru/;

сайт с обширной подборкой научной, учебной и учебно-методической литературы, представленной в виде библиотеки открытых электронных источников: http://www.twirpx.com.

Поскольку лекции читаются не в полном объёме дисциплины, то студентам на самостоятельное изучение выносится ряд тем (табл. 1). Преподаватель сообщает студентам их общее содержание и организует контроль знаний по заявленным темам.

7

Проверка качества освоения разделов (тем) дисциплины осуществляется посредством текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации студентов. Результаты текущего контроля отражаются в баллах модульнорейтинговой системы оценки знаний.

После завершения лекционного курса, выполнения лабораторного практикума и защиты курсовой работы студент допускается к сдаче экзамена по дисциплине «Использование операционных систем и баз данных в автоматизации и управлении». Перечень вопросов для подготовки к экзамену приведен ниже.

3.Вопросы выходного контроля (экзамена)

1.Понятия операционной системы и операционной (командной) оболочки.

2.Основные свойства и функции операционных систем.

3.Краткая история развития операционных систем. Поколения операционных систем.

4.Критерии и общая классификация операционных систем.

5.Понятие архитектуры операционных систем. Структурная организация ОС.

6.ОС с монолитным ядром.

7.ОС с многоуровневой модульной структурой.

8.ОС на основе микроядра.

9.ОС с распределенной структурой.

10.Машинно-зависимые свойства ОС: обработка прерываний, планирование процессов, обслуживание ввода-вывода, управление памятью.

11.Машинно-независимые свойства ОС: работа с файлами, планирование заданий, распределение ресурсов, защита.

12.Понятие процесса. Операции над процессами.

13.Жизненный цикл процесса. Структуры данных процесса.

14.Многопоточные процессы и управление потоками.

15.Задачи и алгоритмы планирования и диспетчеризации процессов и потоков в ОС.

8

16.Страничная организация виртуальной памяти.

17.Аппаратная поддержка сегментации и страничной организации виртуальной памяти.

18.Трансляция виртуальных адресов.

19.Структуры данных (таблицы), используемые ОС для управления памятью.

20.Типы устройств ввода-вывода. Методы доступа.

21.Планирование и управление процессами ввода-вывода в операционных системах.

22.Понятие файловой системы и управление файлами.

23.Файловые системы в Windows и Unix.

24.Понятие базы данных. Жизненный цикл БД.

25.Проектирование БД.

26.Основные возможности и функции СУБД.

27.Инфологическое проектирование БД.

28.Основные понятия: объекты (сущности), атрибуты, ключи.

29.Связи между объектами. Типы связей.

30.Моделирование предметной области с помощью ER-диаграмм.

31.Понятие модели данных. Иерархическая, сетевая и реляционная модели данных.

32.Общая характеристика и основные понятия реляционной модели данных.

Тесты для проверки остаточных знаний и критерии оценки ответов

1.Что такое определяет термин «операционная система»?

1)комплекс системных и прикладных программ, необходимых для эффективной работы на данном рабочем месте;

2)комплекс программ, обеспечивающих интерфейс между компьютером и пользователем;

3)комплекс программ, обеспечивающих интерфейс между аппаратурой компьютера, прикладными программами и пользователем компьютера;

4)комплекс программ, обеспечивающих интерфейс между прикладными программами и пользователем компьютера.

2.К какому классу программного обеспечения (ПО) относится операционная система?

1)средства разработки ПО (системы программирования);

2)системное ПО;

3)прикладное ПО;

4)коммуникационное ПО.

3.Что не является основной функцией операционной системы?

1)управление устройствами;

2)управление процессами;

3)управление памятью;

9

4)управление данными.

4.Что представляет собой ядро операционной системы?

1)резидентная часть системы, которая постоянно находится в памяти в течение всей работы системы;

2)резидентная часть операционной системы, обеспечивающая управление процессами;

3)часть операционной системы, обеспечивающая управление файлами и данными;

4)часть операционной системы, обеспечивающая управление выполнением прикладных программ и интерфейс с пользователем.

5.Что представляет собой базовая система ввода-вывода (BIOS)?

1)набор программ ввода-вывода и взаимодействия с устройствами, хранимый на отдельной микросхеме в составе компьютера;

2)набор программ ввода-вывода, хранимый на отдельной микросхеме в составе компьютера;

3)набор программ взаимодействия с устройствами, хранимый на отдельной микросхеме в составе компьютера;

4)набор программ ввода-вывода и взаимодействия с устройствами, не теряющий информации при отключении питания.

6.Что понимают под периферийными устройствами компьютера?

1)все основные аппаратные блоки компьютера, за исключением процессора и оперативной памяти;

2)все основные аппаратные блоки компьютера, за исключением процессора, оперативной памяти, монитора и клавиатуры;

3)все основные аппаратные блоки компьютера, за исключением процессора;

4)устройства, находящиеся вне системного блока.

7.Как разделяются устройства по способу доступа к данным?

1)устройства последовательного и произвольного доступа;

2)устройства только для чтения и только для записи;

3)устройства для чтения, записи и двустороннего обмена;

4)устройства прямого доступа и через контроллер.

8.Как разделяются устройства по способу обмена данными с компьютером?

1)символьные и блочные;

2)алфавитно-цифровые и графические;

3)одностороннего и двустороннего обмена;

4)обмен через шину данных и через отдельный контроллер;

8.Что называется виртуальным устройством?

1)программно реализованный объект, который ведёт себя подобно физическому устройству, хотя на самом деле использует ресурсы других устройств;

2)реальное устройство, которое ведёт себя подобно другому физическому устройству;

10

3)программа, имитирующая работу существующего устройства;

4)программно реализованный объект, который ведёт себя подобно физическому устройству, но не использует ресурсы других устройств.

9.Что называется файловой системой?

1)совокупность каталогов и файлов;

2)стандартизованная совокупность структур данных, алгоритмов и программ, обеспечивающих хранение файлов и выполнение операций над ними;

3)стандартизованная совокупность программ, обеспечивающих хранение файлов и выполнение операций над ними;

4)совокупность данных, обеспечивающих хранение файлов и выполнение операций над ними.

10.Как выполняется сегментированное размещение файлов?

1)файл разбивается на сегменты, размер которых соответствует размеру свободных участков диска;

2)дисковое пространство разбивается на сегменты разной длины;

3)файл разбивается на сегменты одинаковой длины, которые записываются на свободные участки диска;

4)файлу вначале вообще не выделяют память, а по мере возрастания размера файла, ему могут быть выделены любые свободные сегменты на диске.

11.Что определяется термином «кластер диска»?

1)минимальная единица хранения данных файла на диске;

2)максимально допустимая длина сегмента на диске;

3)минимальная единица чтения данных из файла;

4)максимально допустимый размер данных для чтения из файла.

12.Что определяется термином «процесс»?

1)работа, производимая последовательным процессором при выполнении программы с её данными;

2)программа, выполняемая компьютером в данный момент времени;

3)программа, загруженная в оперативную память;

4)работа, выполняемая процессором в данный момент.

13.Что определяется термином «ресурс»?

1)аппаратный объект, который может понадобиться для работы процессов;

2)программный или аппаратный объект, который может понадобиться для работы процессов;

3)программный или аппаратный объект, который может понадобиться для работы процессов и доступ к которому может вызвать конкуренцию процессов;

4)программный или аппаратный объект, вызвавший конкуренцию процессов за доступ к нему.

14.В каком случае может быть прерван процесс в операционных системах

сневытесняющей многозадачностью?