Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "Высшая школа экономики" Московский институт электроники и математики Департамент прикладной математики Рабочая программа дисциплины Логика и архитектура вычислительных сред для образовательной программы «Системы управления и обработки информации в инженерии» направления подготовки 01.04.04 «Прикладная математика» уровень «магистр» Автор программы: Овсянников А.П., aovsyannikov@hse.ru Одобрена на заседании кафедры ПИКСиС «31» августа 2015 г. Зав. кафедрой Л.Н. Щур_____________________ Рекомендована Академическим советом образовательной программы «___»____________ 2015 г., № протокола_________________ Утверждена «___»____________ 2015 г. Академический руководитель образовательной программы Е. А. Попова ________________ Москва, 2014 Настоящая программа не может быть использована другими подразделениями университета и другими вузами без разрешения кафедры-разработчика программы. Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики» Программа дисциплины «Логика и архитектура вычислительных сред» для направления 01.04.04. «Прикладная математика» подготовки магистра 1 Область применения и нормативные ссылки Настоящая программа учебной дисциплины устанавливает минимальные требования к знаниям и умениям студента и определяет содержание и виды учебных занятий и отчетности. Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления подготовки 01.04.04 «Прикладная математика», обучающихся по магистерской программе «Системы управления и обработки информации в инженерии» по специализации «Прикладные информационно-коммуникационные средства и системы», изучающих дисциплину «Логика и архитектура вычислительных сред». Программа разработана в соответствии с: ФГОС ВПО по направлению подготовки 01.04.04. Прикладная математика (квалификация «Магистр»); Рабочим учебным планом университета по направлению подготовки 01.04.04 «Прикладная математика», магистерской программы «Системы управления и обработки информации в инженерии», специализации «Прикладные информационно-коммуникационные средства и системы», утвержденнымв 2015г. 2 Цели освоения дисциплины Целями освоения дисциплины «Логика и архитектура вычислительных сред» являются: - изучение основных принципов построения современных вычислительных сред и систем и формирование соответствующих компетенций; - ознакомление с существующими архитектурами вычислительных сред построенных на основе открытых систем; - формирование компетенций по практическому использованию современных вычислительных сред. 3 Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины В результате освоения дисциплины студент должен: Знать: основные принципы и архитектуру современных вычислительных сред базовые понятий открытых архитектур, среды открытой системы основные принципы организации операционных систем. основные возможности системного программного обеспечения основные принципы функционирования процессов в операционных системах Уметь: применять принципы построения программных проектов для решения конкретных задач создавать установочные и конфигурационные скрипты для конкретных ОС семейства Linux; создавать прикладные программы с возможностью обмена информацией между процессами используя различные возможности ОС; устанавливать и администрировать виртуальные машины, включая их взаимодействие. Иметь навыки (приобрести опыт): работы в операционных системах семейства LINUX; удаленной работы с вычислительными средами используя типовые средства удаленного доступа; программирования на языке С/C++, а также используя различные скриптовые языки; организации статических и динамических библиотек для решения конкретных вычислительных задач; 2 Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики» Программа дисциплины «Логика и архитектура вычислительных сред» для направления 01.04.04. «Прикладная математика» подготовки магистра работы с сетевыми проектами типа клиент/сервер; работы с виртуальными машинами. В результате освоения дисциплины студент осваивает следующие компетенции: Компетенция Код по Дескрипторы – основные признаки ФГОС/ освоения (показатели достижения НИУ результата) Способен работать в ОС семейства LINUX ПК-7 Способен создавать конфигурационные и установочные скрипты в ОС семейства LINUX Способен создавать программы и писать программные проекты на языке С/C++ ПК-7 Способен устанавливать и администрировать виртуальные машины, включая их взаимодействие ПК-7 4 ПК-7 Формы и методы обучения, способствующие формированию и развитию компетенции Уверенно работает с файловой Практические занятия, системой LINUX, настраевает самостоятельная работа параметры сессии для своих студента нужд, использует возможности работы с удаленными ОС: сетевая файловая система, ssh, svn Уверенно вносит изменения и Практические занятия, пишет системные настроечные самостоятельная работа скрипты, пишет установочные и студента конфигурационные makefile Использует основные Практические занятия, конструкции и системные самостоятельная работа функции языка C/C++. Работает студента заголовочными файлами, создает и настраивает статические и динамические библиотеки. Способен устанавливать и Практические занятия, настраивать виртуальные самостоятельная работа машины с использованием студента свободно распростаняемых платформ, настраивать сетевое взаимодействие виртуальных машин, владеет навыками администрирования виртуального окружения Место дисциплины в структуре образовательной программы Настоящая дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла и является дисциплиной по выбору. Изучение данной дисциплины базируется на следующих дисциплинах: практика и теория программирования, информатика и управление, анализ данных Основные положения дисциплины могут быть использованы в дальнейшем при изучении следующих дисциплин: научно-исследовательский семинар, выполнение выпускной квалификационной работы. 3 Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики» Программа дисциплины «Логика и архитектура вычислительных сред» для направления 01.04.04. «Прикладная математика» подготовки магистра Тематический план учебной дисциплины 5 № Всего часов Название раздела Архитектура современных вычислительных комплексов и сред Распределенные вычислительные системы, методы и средства удаленного доступа. Операционные системы и системное программное обеспечение. Управление программным обеспечением. Виртуализация. ИТОГО 1 2 3 4 5 Аудиторные часы ПрактиЛекСемические ции нары занятия Самостоятельная работа 18 8 10 18 8 10 30 12 18 30 18 114 12 8 48 18 10 66 Формы контроля знаний студентов 6 Тип контроля Текущий (неделя) Форма контроля Домашнее задание Итоговый Экзамен 1 год 1 модуль 2 модуль 7 неделя * Параметры ** Письменные задания по материалам предыдущих занятий Письменные задания на знание материала. Критерии оценки знаний, навыков При выполнении домашнего задания студент должен продемонстрировать умение решать задачи, аналогичные разобранным задачам в аудитории. При выполнении домашних заданий студент должен проявить самостоятельность при поиске дополнительной информации, продемонстрировать знание и понимание основных понятий, результатов и методов данной дисциплины. На экзамене студент должен продемонстрировать знание и понимание основных понятий, результатов и методов данной дисциплины. Оценки по всем формам текущего контроля выставляются по 10-ти балльной шкале. 6.1 Содержание дисциплины 7 №п/п Наименование раздела дисциплины 1. Архитектура современных вычислительных комплексов и сред 2. Распределенные вычислительные системы, методы и сред- Содержание раздела (дидактические единицы) Предмет курса. Понятие вычислительной среды. Архитектура современных вычислительных систем и сред. Компоненты вычислительной среды: аппаратное обеспечение, сеть, программное обеспечение. Параллельное выполнение, предсказание команд, многоядерность, многопоточность. Понятия аппаратного, системного, промежуточного, прикладного программного обеспечения. Распределенные информационно-вычислительные системы: вычислительный грид, облачные системы (IaaS,PaaS,SaaS). Методы и средства удаленного доступа к вычислительным 4 Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики» Программа дисциплины «Логика и архитектура вычислительных сред» для направления 01.04.04. «Прикладная математика» подготовки магистра ства удаленного доступа. 3. Операционные системы и системное программное обеспечение. 4. Управление программным обеспечением. 5. Виртуализация. 8 системам и средам. Программные средства взаимодействия компонент распределенных вычислительных системах. Проблемы планирования выполнения задач в распределенных вычислительных системах. Понятие операционной системы. Классификация операционных систем. ОС Linux. Устройства. Файловые системы. Программы и процессы. Управление памятью. Сетевые коммуникации. Программные интерфейсы. Управление процессом разработки программного обеспечения. Компиляция, линковка, сборка. Разработка и создание динамических и статических библиотек. Утилита make. Конфигурационные скрипты. Аппаратные и программные платформы поддержки виртуализации. Средства управления виртуальными машинами. Развертывание и управление комплексом виртуальных машин. Образовательные технологии Используются традиционные образовательные технологии – лекции и практические занятия. На практических занятиях преподаватель демонстрирует методы решения задач, происходит обсуждение домашнего задания. Методические материалы содержат методы решения, примеры и задачи для самостоятельного решения. Практические занятия на компьютерах проходят в среде Linux, используется язык программирования С/С++, инструметальные средства ОС Linux (CentOS). Для достижения хороших результатов при изучении дисциплины студентам необходимо самостоятельно дома решать задания, выданные преподавателем, а также разбирать методические материалы и рекомендованную учебную литературу. Обеспечен круглосуточный удаленный доступ к учебному серверу кафедры для самостоятельной работы студентов и решения домашних заданий. 9 Оценочные средства для текущего контроля и аттестации студента Тематика заданий текущего контроля Пример задачи. В папке /home/source/zadan1 лежат файлы mas_print.c, mas.h, mas_get.c, mass_check.c. Разместить mass.h в каталоге заголовочных файлов. Создать динамическую библиотеку libmass.so, поместить ее в каталог библиотек. Прописать переменную LD_LIBRARY_PATH в .profile. Скомпилировать и запустиить mass_check.c. 9.1 Вопросы для оценки качества освоения дисциплины Пример задачи. В папке /home/source/zadan2 лежит файл mas.tar. Распаковать его в папку src. Создать файл makefile, чтобы с помощью утилиты make выполнялись следующие действия: 1. mass.h размещался в каталоге заголовочных файлов 2. создавалась динамическая библиотека libmass.so и помещалась в каталог библиотек 3. компилировала программа mass_check.c и создавался исполняемый файл mass_check. 9.2 5 Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики» Программа дисциплины «Логика и архитектура вычислительных сред» для направления 01.04.04. «Прикладная математика» подготовки магистра Динамическая библиотека должна быть размещена в каталоге в соответствии с переменной окружения LD_LIBRARY_PATH в .profile 10 Порядок формирования оценок по дисциплине 10.1 Порядок формирования оценок по дисциплине Преподаватель оценивает работу студентов на практических занятиях: оценивается активность студентов в дискуссиях, правильность решения задач. Оценки за работу на практических занятиях преподаватель выставляет в рабочую ведомость. Накопленная оценка по 10-ти балльной шкале за работу на практических занятиях определяется перед итоговым контролем - Оаудиторная. Накопленная оценка за текущий контроль учитывает результаты студента по текущему контролю следующим образом: Онакопленная= 0,9*Отекущий + 0,1* Оаудиторная где Отекущийрассчитывается как взвешенная сумма всех форм текущего контроля, предусмотренных в РУП Отекущий = Одз ; Результирующая накопленная оценка за дисциплину рассчитывается следующим образом: Онакопленная Итоговая=0,5 Онакопленная 1+0,5 Онакопленная 2 ГдеОнакопленная 1, Онакопленная2–накопленные оценки модулей 1 и 2, Способ округления накопленной оценки итогового контроля в форме экзамена: в пользу студента. В диплом выставляет результирующая оценка по учебной дисциплине, которая формируется по следующей формуле: Орезульт = 0,6·Онакопл + 0,4·Оитоговый Способ округления результирующей оценки по учебной дисциплине: в пользу студента. ВНИМАНИЕ: оценка за итоговый контроль блокирующая, при неудовлетворительной итоговой оценке она равна результирующей. 11 Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины 11.1 Основная литература 1. А. Робачевский. Операционная система Unix - BHV-СПб, 2005 2. В. Карпов, К.А. Коньков. Основы операционных систем - Интуит.ру, Москва, 2004 3. Э.Таннебаум. Современные операционные системы, - 3 изд., Питер, СПб., 2013 11.2 Дополнительная литература 1. Э.Танненбаум Архитектура компьютера, - 4 изд., Питер, СПб., 2006 6 Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики» Программа дисциплины «Логика и архитектура вычислительных сред» для направления 01.04.04. «Прикладная математика» подготовки магистра 11.3 Программные средства Для успешного освоения дисциплины, студент использует следующие программные средства: 1. OS Windows, OS Linux, Mac OS X 2. Средства разработки и пакеты дистрибутива Linux (CentOS 6.5, например) 3. Средства виртуализации: KVM, VirtualBox 12 Материально-техническое обеспечение дисциплины Для проведения практических занятий необходимы: - сервер с ОС Linux, подключенный к сети Интернет для выполнения домашних работ студентами - компьютерный класс современных персональных ЭВМ с ОС Linux, подключенный по сети к серверу. - интерактивная доска и/или проектор с экраном 7