1. Современное состояние и тенденции развития в области проектирования и разработки программно-аппаратных комплексов 5

1. Современное состояние и тенденции развития в области проектирования и разработки программно-аппаратных комплексов 5

2. Классификатор программно-аппаратных комплексов, утверждённый приказом Министерства цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации от 31.01.2023 № 62. Сферы применения программно-аппаратных комплексов 6

2. Классификатор программно-аппаратных комплексов, утверждённый приказом Министерства цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации от 31.01.2023 № 62. Сферы применения программно-аппаратных комплексов 6

3. Задачи, функции и классификация программно-аппаратных комплексов 6

3. Задачи, функции и классификация программно-аппаратных комплексов 6

4. Основные принципы создания программно-аппаратных комплексов 7

4. Основные принципы создания программно-аппаратных комплексов 7

5. Системно-ориентированный подход к проектированию и разработке программно-аппаратных комплексов. Основные определения и принципы системного подхода 8

5. Системно-ориентированный подход к проектированию и разработке программно-аппаратных комплексов. Основные определения и принципы системного подхода 8

6. Блочно-иерархический подход к созданию сложных программно-аппаратных комплексов, преимущества и недостатки подхода. 9

6. Блочно-иерархический подход к созданию сложных программно-аппаратных комплексов, преимущества и недостатки подхода. 9

7. Датчики программно-аппаратных комплексов, их классификация. Энкодеры и интеллектуальные датчики, примеры их использования. 10

7. Датчики программно-аппаратных комплексов, их классификация. Энкодеры и интеллектуальные датчики, примеры их использования. 10

8. Исполнительные устройства программно-аппаратных комплексов. Место исполнительных устройств в системе управления. 11

8. Исполнительные устройства программно-аппаратных комплексов. Место исполнительных устройств в системе управления. 11

9. Архитектура программного и аппаратного обеспечения. Основные понятия и определения. Архитектура по составу и сложности команд CISC, RISC и VLIW. Их преимущества и недостатки. 11

9. Архитектура программного и аппаратного обеспечения. Основные понятия и определения. Архитектура по составу и сложности команд CISC, RISC и VLIW. Их преимущества и недостатки. 11

10. Архитектура системы команд как интерфейс между программным и аппаратным обеспечением. Классификация архитектур системы команд. 12

10. Архитектура системы команд как интерфейс между программным и аппаратным обеспечением. Классификация архитектур системы команд. 12

11. Архитектура системы команд по месту хранения операндов. Аккумуляторные, регистровые, и стековые архитектуры, примеры их использования в программно-аппаратных комплексах. 12

11. Архитектура системы команд по месту хранения операндов. Аккумуляторные, регистровые, и стековые архитектуры, примеры их использования в программно-аппаратных комплексах. 12

12. Системное и прикладное программное обеспечение программно-аппаратных комплексов. Многозадачность в программно-аппаратных комплексах, преимущества и недостатки использования операционных систем реального времени в них. Схемы выделения памяти при создании задач в FreeRTOS. 15

12. Системное и прикладное программное обеспечение программно-аппаратных комплексов. Многозадачность в программно-аппаратных комплексах, преимущества и недостатки использования операционных систем реального времени в них. Схемы выделения памяти при создании задач в FreeRTOS. 15

13. Операционные системы реального времени, используемые в программно-аппаратных комплексах, их особенности, преимущества и недостатки. 17

13. Операционные системы реального времени, используемые в программно-аппаратных комплексах, их особенности, преимущества и недостатки. 17

14. Операционная система реального времени FreeRTOS, ее отличие от обычных операционных систем. Вытесняющая и кооперативная многозадачность. Очереди и средства синхронизации в FreeRTOS. Привести пример организации обмена информацией между задачами. 18

14. Операционная система реального времени FreeRTOS, ее отличие от обычных операционных систем. Вытесняющая и кооперативная многозадачность. Очереди и средства синхронизации в FreeRTOS. Привести пример организации обмена информацией между задачами. 18

15. Информационные и информационно-управляющие системы. Понятие устойчивости системы. ПИД регуляторы, порядок их настройки. 20

15. Информационные и информационно-управляющие системы. Понятие устойчивости системы. ПИД регуляторы, порядок их настройки. 20

16. Вычислительная система программно-аппаратных комплексов, основные понятия и определения. Особенности программируемых систем и систем на «жесткой логике». 21

16. Вычислительная система программно-аппаратных комплексов, основные понятия и определения. Особенности программируемых систем и систем на «жесткой логике». 21

17. Аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование сигналов в программно-аппаратных комплексах, их назначение, основные свойства. 22

17. Аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование сигналов в программно-аппаратных комплексах, их назначение, основные свойства. 22

18. Базовые принципы организации вычислительных систем программно-аппаратных комплексов. Классическая и шинная структура связей, достоинства и недостатки. 22

18. Базовые принципы организации вычислительных систем программно-аппаратных комплексов. Классическая и шинная структура связей, достоинства и недостатки. 22

19. Организация процессов выборки и исполнения команд в вычислительных системах программно-аппаратных комплексов. Гарвардская архитектура, особенности и преимущества архитектуры. 23

19. Организация процессов выборки и исполнения команд в вычислительных системах программно-аппаратных комплексов. Гарвардская архитектура, особенности и преимущества архитектуры. 23

20. Микропроцессоры программно-аппаратных комплексов и их классификация по функциональному признаку. Вычислительный конвейер, блок предсказания переходов, их преимущества и недостатки. 24

20. Микропроцессоры программно-аппаратных комплексов и их классификация по функциональному признаку. Вычислительный конвейер, блок предсказания переходов, их преимущества и недостатки. 24

21. Микроконтроллеры и микропроцессоры семейства ARM и Cortex, их принципиальные отличия и примеры использования в программно-аппаратных комплексах. 25

21. Микроконтроллеры и микропроцессоры семейства ARM и Cortex, их принципиальные отличия и примеры использования в программно-аппаратных комплексах. 25

22. Промышленные контроллеры, их базовые компоненты и классификация. Типовые структуры промышленных контроллеров. 26

22. Промышленные контроллеры, их базовые компоненты и классификация. Типовые структуры промышленных контроллеров. 26

23. Место программируемых логических контроллеров в современной автоматизированной системе управления. Системы жесткого и мягкого реального времени. Понятия времени цикла и реакции программируемого логического контроллера. 27

23. Место программируемых логических контроллеров в современной автоматизированной системе управления. Системы жесткого и мягкого реального времени. Понятия времени цикла и реакции программируемого логического контроллера. 27

24. Программируемые логические контроллеры, обобщённая их структурная схема. Рабочий цикл программируемых логических контроллеров. Человеко-машинный интерфейс. 27

24. Программируемые логические контроллеры, обобщённая их структурная схема. Рабочий цикл программируемых логических контроллеров. Человеко-машинный интерфейс. 27

25. Программирование программируемых логических контроллеров. Особенности языков программирования стандарта МЭК 61131-3. 29

25. Программирование программируемых логических контроллеров. Особенности языков программирования стандарта МЭК 61131-3. 29

26. Среды программирования для программируемых логических контроллеров. Показатели систем программирования, основанных на МЭК 61131-3. 30

26. Среды программирования для программируемых логических контроллеров. Показатели систем программирования, основанных на МЭК 61131-3. 30

27. Графические и текстовые языки программирования программируемых логических контроллеров, их преимущества и недостатки. 31

27. Графические и текстовые языки программирования программируемых логических контроллеров, их преимущества и недостатки. 31

28. Порты ввода и вывода программируемых логических контроллеров. Понятие дребезга контактов и способы его подавления: аппаратный и программный. Модули расширения для программируемых логических контроллеров. 32

28. Порты ввода и вывода программируемых логических контроллеров. Понятие дребезга контактов и способы его подавления: аппаратный и программный. Модули расширения для программируемых логических контроллеров. 32

29. Интерфейсы UART, I2C, SPI. Сопряжение микроконтроллера с периферийными устройствами с использованием этих интерфейсов. 32

29. Интерфейсы UART, I2C, SPI. Сопряжение микроконтроллера с периферийными устройствами с использованием этих интерфейсов. 32

30. Промышленные последовательные интерфейсы RS-232, RS-485, RS-422, их особенности, схема подключения и сравнительная оценка. Модель взаимодействия открытых систем (сетевая модель OSI). Промышленные сети на основе CAN и Ethernet, их особенности, схема подключения и сравнительная оценка. 34

30. Промышленные последовательные интерфейсы RS-232, RS-485, RS-422, их особенности, схема подключения и сравнительная оценка. Модель взаимодействия открытых систем (сетевая модель OSI). Промышленные сети на основе CAN и Ethernet, их особенности, схема подключения и сравнительная оценка. 34

31. Протоколы Modbus, Profibus, HART их особенности, схема подключения, сравнительная оценка. 36

31. Протоколы Modbus, Profibus, HART их особенности, схема подключения, сравнительная оценка. 36

32. Понятия аналоговые и цифровые сигналы, модуляция. Беспроводные технологии, используемые в программно-аппаратных комплексах, их классификация и особенности. 38

32. Понятия аналоговые и цифровые сигналы, модуляция. Беспроводные технологии, используемые в программно-аппаратных комплексах, их классификация и особенности. 38

33*. Программно-аппаратные комплексы распределённой обработки данных и управления. Их особенности, преимущества и недостатки. 38

33*. Программно-аппаратные комплексы распределённой обработки данных и управления. Их особенности, преимущества и недостатки. 38

34. Диспетчерское управление и сбор данных. SCADA система, основные функции и структурные компоненты. 39

34. Диспетчерское управление и сбор данных. SCADA система, основные функции и структурные компоненты. 39

35. Аппаратные и программные средства SCADA систем. Удалённые терминалы, каналы связи и Диспетчерские пункты управления. Основные возможности современных SCADA пакетов. 40

35. Аппаратные и программные средства SCADA систем. Удалённые терминалы, каналы связи и Диспетчерские пункты управления. Основные возможности современных SCADA пакетов. 40

36. Семейство программных технологий, предоставляющих единый интерфейс для управления объектами автоматизации и технологическими процессами. Стандарты OPC. 40

36. Семейство программных технологий, предоставляющих единый интерфейс для управления объектами автоматизации и технологическими процессами. Стандарты OPC. 40

37. Основные требования к SCADA системам. Особенности SCADA систем как процесса управления. Программные технологии OPC и TSN. 41

37. Основные требования к SCADA системам. Особенности SCADA систем как процесса управления. Программные технологии OPC и TSN. 41

38. Программно-аппаратные комплексы с элементами облачных технологий. Основы клиент-серверных технологий. Система управления базами данных на примере MySQL. 43

38. Программно-аппаратные комплексы с элементами облачных технологий. Основы клиент-серверных технологий. Система управления базами данных на примере MySQL. 43

39. Средства создания программ. Текстовый редактор, программа-компилятор и библиотеки стандартных функций. 43

39. Средства создания программ. Текстовый редактор, программа-компилятор и библиотеки стандартных функций. 43

40. Инструментальные средства разработки программно-аппаратных комплексов. Система программирования. Компоненты системы программирования. 43

40. Инструментальные средства разработки программно-аппаратных комплексов. Система программирования. Компоненты системы программирования. 43

41. Средства программирования, отладки и тестирования. Интегрированные среды разработки программного обеспечения для микроконтроллеров программно-аппаратных комплексов. 45

41. Средства программирования, отладки и тестирования. Интегрированные среды разработки программного обеспечения для микроконтроллеров программно-аппаратных комплексов. 45

42. Интегрированные среды разработки Keil uVision, STM32CubeMX, STM32CubeIDE для микроконтроллеров STM32 и их особенности. 45

42. Интегрированные среды разработки Keil uVision, STM32CubeMX, STM32CubeIDE для микроконтроллеров STM32 и их особенности. 45

43. Интегрированная среда разработки Keil uVision. Назначение, основные компоненты среды и стандартная библиотека периферийных устройств. 46

43. Интегрированная среда разработки Keil uVision. Назначение, основные компоненты среды и стандартная библиотека периферийных устройств. 46

44. Основные возможности современных интегрированных сред для микроконтроллеров. Отличительные особенности интегрированных сред Keil uVision и STM32Cube IDE 47

44. Основные возможности современных интегрированных сред для микроконтроллеров. Отличительные особенности интегрированных сред Keil uVision и STM32Cube IDE 47

45. Особенности программирования микроконтроллеров в интегрированной среде Arduino IDE 48

45. Особенности программирования микроконтроллеров в интегрированной среде Arduino IDE 48

46. Модельно-ориентированное проектирование программно-аппаратных комплексов. Система автоматизированного проектирования Proteus, ее особенности и недостатки. 49

46. Модельно-ориентированное проектирование программно-аппаратных комплексов. Система автоматизированного проектирования Proteus, ее особенности и недостатки. 49

47. Надежность программно-аппаратных комплексов. Основные понятия и показатели надежности программно-аппаратных комплексов. 50

47. Надежность программно-аппаратных комплексов. Основные понятия и показатели надежности программно-аппаратных комплексов. 50

48. Особенности программного обеспечения как объекта надежности. Ошибки программного обеспечения. Принципы проектирования надёжного программного обеспечения программно-аппаратных комплексов. 51

48. Особенности программного обеспечения как объекта надежности. Ошибки программного обеспечения. Принципы проектирования надёжного программного обеспечения программно-аппаратных комплексов. 51

49. Факторы, влияющие на надёжность программно-аппаратных комплексов. Процесс проверки программной системы на надёжность. 53

49. Факторы, влияющие на надёжность программно-аппаратных комплексов. Процесс проверки программной системы на надёжность. 53

50. Требования к безопасности, надежности и качеству программного и аппаратного обеспечения программно-аппаратных комплексов. 55

50. Требования к безопасности, надежности и качеству программного и аппаратного обеспечения программно-аппаратных комплексов. 55

1. Современное состояние и тенденции развития в области проектирования и разработки программно-аппаратных комплексов

Современное состояние в этой области характеризуется следующими тенденциями*:

1. Интеграция и конвергенция: Все больше устройств объединяют в себе как программные, так и аппаратные компоненты, что приводит к созданию интегрированных программно-аппаратных комплексов.

2. Использование облачных технологий: Многие комплексы ориентированы на работу в облачной среде, что упрощает их масштабирование и управление.

3. Интернет вещей (IoT): Современные ПАК часто связаны с устройствами Интернета вещей, что открывает новые возможности в сфере автоматизации и управления.

4. Искусственный интеллект и машинное обучение: Применение ИИ и технологий машинного обучения позволяет создавать более умные и адаптивные программно-аппаратные комплексы.

5. Безопасность и киберзащита: Защита от кибератак становится все более важной составляющей разработки ПАК, учитывая все большее число угроз в сетевом пространстве.

6. Автоматизация и оптимизация процессов разработки: Использование DevOps и Continuous Integration/Continuous Deployment (CI/CD) позволяет ускорить и улучшить процесс разработки программно-аппаратных комплексов.

2. Классификатор программно-аппаратных комплексов, утверждённый приказом Министерства цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации от 31.01.2023 № 62. Сферы применения программно-аппаратных комплексов

Классификатор программно-аппаратных комплексов:

• ПАК передачи информации;

• ПАК хранения, извлечения анализа и обработки данных;

• ПАК мониторинга и управления;

• ПАК виртуализации;

• ПАК для Java приложений;

• ПАК для ИИ;

• ПАК в сфере транспорта;

• ПАК в сфере здравоохранения;

• ПАК в сфере строительства и ЖКХ;

• ПАК для «Умного многоквартирного дома»;

• ПАК для отраслей промышленности;

• ПАК в сфере торговли;

• ПАК для контрольно-измерительных функций;

• ПАК для VR;

• ПАК для ИБ.

Сферы применения:

• Управление БД;

• Мед. исследования;

• Производственная сфера;

• Системы безопасности.

3. Задачи, функции и классификация программно-аппаратных комплексов

Задачи ПАК*:

1. Обработка данных: Программно-аппаратные комплексы могут выполнять операции, связанные с обработкой и анализом данных, включая вычисления, фильтрацию, сортировку и т. д.

2. Хранение информации: Комплексы могут предоставлять средства для хранения данных, включая работу с базами данных, файловыми системами и другими хранилищами.

3. Передача данных: Программно-аппаратные комплексы могут обеспечивать связь и обмен данными между различными устройствами и системами.

4. Управление и контроль: Комплексы могут обеспечивать управление и контроль за оборудованием, ресурсами и процессами.

5. Автоматизация: ПАК могут выполнять автоматизацию повторяющихся задач и процессов.

6. Безопасность: Комплексы могут обеспечивать защиту данных, систем и пользователей от угроз безопасности.

Функции ПАК*:

1. Вычислительная функция: Обеспечение выполнения вычислений и операций над данными.

2. Хранение данных: Предоставление механизмов для сохранения информации на различных носителях.

3. Связь и коммуникация: Обеспечение обмена данными и связи между компонентами системы.

4. Управление ресурсами: Контроль и управление доступом к ресурсам системы.

5. Интерфейс: Предоставление пользовательского интерфейса для взаимодействия с системой.

6. Мониторинг и отладка: Предоставление средств для мониторинга работы системы и выявления ошибок.

Классификация ПАК:

̶ По критерию размещения аппаратной части:

1) Бортовые (технические средства, размещенные на мобильных устройствах);

2) Стационарные (комплексы, технические средства, размещенные на объектах);

3) смешанные.

̶ По критерию участия человека:

1) Автоматизированные (выполняющие функции с участием человека);

2) Автоматические (функционирующие без участия человека).

̶ По функциональности:

1) Информационные (хранение, обработка и выдача информации в интересах достижения поставленной цели);

2) измерительно-информационные (измерение, преобразование, обработка информации с последующим представлением потребителю);

3) информационно-управляющие (контроль и управление реальным объектом).