3. Самостоятельная и индивидуальная работа студентов

Темы для самостоятельного изучения студентами:

• Современные операционные системы для встроенных приложений

• Операционные системы реального времени

• Объектно-ориентированные методологии проектирования и анализа программных систем

• Применение CASE-средств при проектировании программных систем

• Программируемые логические контроллеры ведущих производителей

• Числовое программное управление гибкими автоматизированными системами и комплексами

Самостоятельная работа студентов по данному курсу в основном заключается в подготовке к лабораторным и практическим занятиям. При подготовке к занятиям студенты должны повторить лекционный материал и изучить рекомендованную литературу.

Индивидуальная работа студентов по данному курсу заключается в выполнении индивидуальных заданий при проведении практических и лабораторных занятий. Кроме того, в данном курсе предусмотрено выполнение курсового проекта по индивидуальным заданиям. Самостоятельная работа студентов над курсовым проектом проводится в течение 20 часов.

3. Перечень практических занятий

Модуль 1. Операционные системы

Практическое занятие № 1

Тема: Долгосрочное планирование процессов

Изучение диаграмм состояний процессов и их применения при разрешении конфликтов одновременного доступа процессов к разделяемым ресурсам вычислительной системы. Излагается принцип распределения доступа и поддерживающие механизмы. На конкретном примере разбираются модель долгосрочного планирования и результаты ее выполнения. Производится оценка эффективности использования ресурсов вычислительной системы.

Практическое занятие № 2

Тема: Краткосрочное планирование процессов

Изучение принципов распределения специфического разделяемого ресурса вычислительных систем – процессорного времени. Излагаются основные принципы, лежащие в основе многоуровневых дисциплин диспетчеризации с динамическими приоритетами. На конкретном примере моделируется работа диспетчера процессов. Оценивается соответствие (в статистическом плане) требуемых и экспериментально получаемых характеристик процессов.

Практическое занятие № 3

Тема: Управление памятью

Изучение принципов распределения памяти между потребителями в современных операционных системах. Изучаются методы адресации, а также страничная, сегментная и смешанная модели организации памяти. Рассматриваются методы преобразования адресов между различными адресными пространствами. На конкретном примере, по конкретному сценарию, производится моделирование работы подсистемы управления памятью. Оценивается эффективности использования вычислительных ресурсов.

Практическое занятие № 4

Тема: Диспетчеризация операций ввода-вывода

Изучение принципов взаимодействия системного программного обеспечения с аппаратурой. Рассматривается применение механизма запросов на прерывания для устранения занятого ожидания. Рассматриваются накладные расходы вычислительных ресурсов на организацию взаимодействия системного и прикладного программного обеспечения с виртуализированными устройствами ввода-вывода. На конкретном примере производится оценка накладных расходов и определяется пропускная способность подсистемы ввода-вывода.

Практическое занятие № 5

Тема: Файловые системы современных операционных систем

Изучение структуры файловых систем на примере простейшей файловой системы FAT16. Излагаются характеристики файловой и область применения системы. Изучаются принцип действия и способ доступа к данным на дисковых магнитных накопителях. На конкретном примере разбирается структура служебных областей данных, используемых для разбиения носителя на набор логических томов, структура суперблока FAT16, способ распределения дискового пространства. Проводится оценка эффективности использования дискового пространства при различных статистических характеристиках пользовательских данных.

Литература: [1].

Модуль 2. Системы реального времени

Практическое занятие № 6

Тема: Системы реального времени

На примере задачи по управлению промышленным роботом-манипулятором демонстрируется разработка структуры комплекса управляющих программ. Формулируются требования к системному программному обеспечению. Выделяется набор основных и вспомогательных процессов. Разрабатывается диаграмма состояний программного конечного автомата и блок-схема алгоритма выполнения управляющих программ.

Литература: [1], [12].

Модуль 3. Языки и нотации описания программных систем

Практическое занятие № 7

Тема: Методика объектно-ориентированного проектирования информационных систем

На конкретных примерах из различных предметных областей демонстрируется использование объектно-ориентированного подхода к проектированию информационных систем. Проектирование производится с использованием графического языка UML. Рассматриваются диаграммы вариантов использования, диаграммы потоков, диаграммы состояний и диаграммы последовательностей. Демонстрация и самостоятельная работа студентов производятся с использованием пакета Visio из состава Microsoft Office.

Практическое занятие № 8

Тема: Методика структурного проектирования с применением нотации SDL

На конкретных примерах из различных предметных областей демонстрируется использование структурного и событийного подходов к проектированию систем управления технологическими объектами. Проектирование производится с использованием графической нотации языка SDL. Рассматриваются иерархические диаграммы агентов и их взаимодействия с использованием механизма сигналов. Демонстрация и самостоятельная работа студентов производятся с использованием пакета Visio из состава Microsoft Office.

Литература: [2], [3].

Модуль 4. Программируемые логические контроллеры

Практическое занятие № 9

Тема: Аппаратная платформа современных программируемых логических контроллеров

На конкретных примерах распространенных семейств ПЛК демон-стрируется состав аппаратной платформы, основные функциональные узлы и модули. Изучается номенклатура периферийных устройств, сенсоров и различные типы и режимы использования выходов ПЛК.

Практическое занятие № 10

Тема: Принципы функционирования программируемых логических контроллеров

Излагаются принципы построения системного программного обеспечения пПЛК. Изучается структура циклов выполнения управляющих программ. Демонстрируются возможные области применения и ограничения на применимость ПЛК в различных ситуациях. Демонстрация производится на конкретных примерах интеграции ПЛК в контур управления различными технологическими объектами.

Практическое занятие № 11

Тема: Программирование логических контроллеров – язык LD

Излагаются принципы построения управляющих программ для ПЛК. Рассматривается графическая нотация (язык программирования) LD. Изучаются основные конструкции языка. На конкретных примерах показываются варианты использования LD для имитации работы релейно-контактных схем. Показываются ограничения, накладываемы данной нотацией программирования на функцио-нальные возможности ПЛК.

Практическое занятие № 12

Тема: Программирование логических контроллеров – язык IL

Излагаются принципы построения управляющих программ для ПЛК с применением языка инструкций IL. Рассматривается основные конструкции языка IL. Демонстрируется дуальность описания релейно-контактных систем на языках LD и IL. Показывается удобство и преимущества совместного использования графического языка LD и алгоритмической нотации IL. Рассмотрение материала производится на конкретных примерах применения ПЛК.

Литература: [4], [10], [11].

Модуль 5. Системы числового программного управления

Практическое занятие № 13

Тема: Среда выполнения управляющих программ систем ЧПУ

Излагается структура и состав функциональных модулей управляющих микро-ЭВМ систем ЧПУ. Рассматривается номенклатура периферийных устройств. Изучаются параметры, характеристики и ограничения, накладываемые на функциональные показатели систем ЧПУ различными типами сенсоров у устройств управления приводами.

Практическое занятие № 14

Тема: Структура управляющих программ систем ЧПУ

Излагается структура управляющих программ ЧПУ. Рассматриваются базовые конструкции кода ISO-7bit. Демонстрируется структура управляющих кадров, состав базовых групп операций. На конкретных примерах демонстрируется подготовка управляющих программ для систем координатного и контурного управления.

Практическое занятие № 15

Тема: Гибкие автоматизированные линии и комплексы. систем ЧПУ

Излагается материал, касающийся области применения гибких автома-тизированных комплексов и линий, методов объединения отдельных многооперационных станков в линии, структуры систем управления линиями и комплексами. Дополнительно демонстрируется применение систем класса SCADA для автоматизации технологических процессов. Изложение материала проводится на конкретных примерах.

Литература: [4], [5], [6].