УТВЕРЖДАЮ Директор ИК ___________ А.А. Захарова «___»_____________2015 г. БАЗОВАЯ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ И СЕТЕЙ НАПРАВЛЕНИЕ ООП 09.03.01. Информатика и вычислительная техники ПРОФИЛИ ПОДГОТОВКИ Вычислительные машины, комплексы, системы и сети Информационно-коммуникационные технологии КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ) бакалавр БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА 2015 г. КУРС 4 СЕМЕСТР 7 КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ 6 кредитов ECTS КОД ДИСЦИПЛИНЫ Б1.ВМ4.18 ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС: Виды учебной деятельности Лекции, ч Лабораторные занятия, ч Аудиторные занятия, ч Самостоятельная работа, ч ИТОГО Временной ресурс 32 48 80 136 216 ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ экзамен ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ кафедра ВТ ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ ВТ ____________ Марков Н.Г., профессор РУКОВОДИТЕЛЬ ООП ____________ Рейзлин В.И., доцент ПРЕПОДАВАТЕЛЬ ____________ Кацман Ю.Я., доцент 2015г. 1. ЦЕЛИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ Целями преподавания дисциплины являются усвоение студентами общих принципов и методов моделирования дискретно-непрерывных процессов, в частности, информационных процессов, протекающих в компьютерных системах и сетях передачи данных. При изучении данной дисциплины основное внимание уделяется теории систем массового обслуживания (СМО), принципам системного подхода при разработке имитационных моделей, структуре и методам написания программ имитационного моделирования СМО на универсальных языках программирования (С++, Паскаль и др.), методам и алгоритмам моделирования случайных событий с различными законами распределения. Поставленные цели полностью соответствуют целям (Ц1, Ц2, Ц3) ООП. 2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП Дисциплина «Моделирование вычислительных систем и сетей» (Б1.ВМ4.18) является дисциплиной вариативной части блока Б1 междисциплинарного профессионального модуля ВМ4. Для успешного усвоения дисциплины необходимы знания базовых понятий теории вероятностей и математической статистики, дискретной математики и теории графов; умения разрабатывать имитационные модели методами объектно-ориентированного (визуального) программирования; владеть на достаточно высоком уровне технологиями разработки, отладки и тестирования программ в различных средах. Пререквизитами данной дисциплины являются дисциплины: «Технологии программирования» (Б1.ВМ4.9), «Организация ЭВМ» (Б1.ВМ4.14); «Дискретная математика» (Б1.ВМ4.8), «Теория вероятностей и математическая статистика» (Б1.ВМ4.12). 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ Планируемым результатом освоения дисциплины является способность ставить и решать задачи комплексного анализа, связанные с созданием аппаратнопрограммных средств информационных и автоматизированных систем, с использованием базовых и специальных знаний, современных аналитических методов и моделей (Р3). В соответствии с требованиями ООП освоение дисциплины направлено на формирование у студентов следующих компетенций (результатов обучения), в т.ч. в соответствии с ФГОС: 2 Таблица 1 Составляющие результатов обучения, которые будут получены при изучении данной дисциплины РезультаСоставляющие результатов обучения ты обучения (компетенции из ФГОС) Ко д Знания Код Умения Код Владение опытом Методами плаМатематичеРазрабатывать нирования и соских и имитаимитационную здания имитациционных метомодель, экспеонной модели; дов моделирориментировать, методами оценки вания; методов оценивать точточности резульпланирования ность и достотатов; инструимитационных верность рементальными средствами и Р3 экспериментов зультатов модеязыками моде(ОК-6, с моделями; У.3. лирования, ана- В.3. З.3.2 ОПК-1, методов моде2 лизировать 2 лирования. ПК-2,4) лирования слусхемные решечайных велиния, использочин, событий и вать современпотоков; метоные инструмендов оценки тальные средточности рества и языки зультатов вемоделирования. рификации. В результате освоения дисциплины студентом должны быть достигнуты следующие результаты: Таблица 2 Планируемые результаты освоения дисциплины № п/п Результат Знать теорию марковских цепей; алгоритмы моделирования внешних РД1 случайных воздействий (дискретных и непрерывных) Владеть современными инструментальными средствами: языками и РД2 средами для разработки модели Уметь планировать и разрабатывать модель вычислительной системы РД3 Уметь обосновывать принимаемые проектные решения, осуществлять РД4 проверку корректности и эффективности работы модели 3 4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 4.1 Аннотированное содержание разделов дисциплины: 1. Введение в предмет. История развития моделирования, основные понятия. 2. Системы и модели. Разработка модели: классический и системный подход. Классификация видов моделей. 3. Имитационное моделирование (ИМ). Цель и задачи имитационного моделирования. Основные этапы разработки и создания имитационной модели. Основные понятия: процесс, событие, действие (активность). Языки ИМ как функции процессно, событийно ориентированного подходов и подхода сканирования активностей. Универсальные языки моделирования. 4. Системы и сети массового обслуживания (СМО). Терминология, основные определения и задачи СМО. Марковские случайные процессы, цепи Маркова, переходные вероятности. Пуассоновские потоки и их свойства. Задача телефонии и вывод формул Эрланга. Формулы Эрланга в отсутствие очереди и при наличии ожидающего устройства. 5. Параметры и характеристики СМО. Структура СМО. Параметры структуры СМО. Параметры закона управления процессами в СМО: дисциплины ожидания и обслуживания. Характеристики СМО. Показатели эффективности СМО. Исследование СМО с простейшими потоками событий. 6. Стохастическое моделирование – инструмент моделирования внешних воздействий. Методы Монте – Карло. Моделирование детерминированных и стохастических процессов. Моделирование законов распределения дискретных и непрерывных случайных величин. Метод обратной функции и метод Неймана. Датчик случайных чисел (ДСЧ). Длина, период и отрезок апериодичности. Методы генерирования псевдослучайных чисел. Проверка качества последовательности псевдослучайных чисел: "Критерий Хи -квадрат", проверка серий,... 5. ОРГАНИЗАЦИЯ И УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ 5.1 Самостоятельную работу студентов (СРС) можно разделить на текущую и творческую. Текущая СРС – работа с лекционными и учебно-методическими материалами, включая образовательные ресурсы, представленные в сети Internet и Intranet. Творческая проблемно-ориентированная исследовательская самостоятельная работа – заключается в поиске информации (учебники, монографии, интернет ресурсы); изучении методов стохастического моделирования; проведении компьютерных экспериментов (исследований). 5.2 Контроль самостоятельной работы Оценка результатов самостоятельной работы организуется как единство двух форм: самоконтроль и контроль со стороны преподавателя. 4 С целью самоконтроля каждая тема (раздел) в учебно-методических материалах завершалась набором контрольных вопросов. Аналогичный подход реализован при выдаче лабораторных (5 работ) и индивидуальных заданий (1 задание). По результатам текущего контроля формируется допуск студента к экзамену. Экзамен проводится в письменной форме и оценивается преподавателем. 5.3 Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов Для самостоятельной работы студенты в компьютерных классах кафедры обеспечены неограниченным доступом к сетевым ресурсам Internet, учебнометодические и справочные материалы размещены в сети по адресу: ftp://ftp.vt.tpu.ru/study/Katsman/public/Model/. 6. СРЕДСТВА ТЕКУЩЕЙ И ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ Оценка качества освоения дисциплины производится по результатам следующих контролирующих мероприятий: Таблица 3 Контролирующие мероприятия Результаты обучения по дисциплине Выполнение и защита лабораторных раРД1 – РД4 бот Защита индивидуальных заданий, рефеРД1 – РД4 ратов (доклады) на конференц-неделе Экзамен РД1 – РД4 Текущий контроль по каждому разделу дисциплины осуществляется преподавателем, при этом учитывается своевременность и корректность выполнения каждой лабораторной работы. При защите работы обязательно оценивается исследовательская составляющая и знание теории. Итоговый контроль осуществляется лишь при успешном выполнении всего объёма лабораторных и индивидуальных заданий: итоговый контроль проводится, как правило, в письменном виде; результаты контроля оцениваются в баллах на основе рейтинговой системы, принятой в Томском политехническом университете, и учитывают баллы, набранные при текущем контроле. Для подготовки к сдаче итогового контроля (экзамена) предложен набор теоретических вопросов. Каждый билет включает три теоретических вопроса и один практический – разработать алгоритм моделирования случайной величины, оценить параметры эффективности СМО и т.п. 7. Рейтинг качества освоения дисциплины Оценка качества освоения дисциплины в ходе текущей и промежуточной аттестации обучающихся осуществляется в соответствии с «Руководящими материалами по текущему контролю успеваемости, промежуточной и итоговой аттестации студентов Томского политехнического университета», утвержденными приказом ректора № 77/од от 29.11.2011 г. В соответствии с «Календарным планом изучения дисциплины»: 5 текущая аттестация (оценка качества усвоения теоретического материала (ответы на вопросы и др.) и результаты практической деятельности (решение задач, выполнение заданий, решение проблем и др.) производится в течение семестра (оценивается в баллах (максимально 60 баллов), к моменту завершения семестра студент должен набрать не менее 33 баллов); промежуточная аттестация (экзамен, зачет) производится в конце семестра (оценивается в баллах (максимально 40 баллов), на экзамене (зачете) студент должен набрать не менее 22 баллов). Итоговый рейтинг по дисциплине определяется суммированием баллов, полученных в ходе текущей и промежуточной аттестаций. Максимальный итоговый рейтинг соответствует 100 баллам. 8. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 1. 2. 3. 4. 5. 6. Основная Гнеденко Б. В., Коваленко И.Н. Введение в теорию массового обслуживания. Изд. 6-е. М.: Издательство ЛКИ, 2013. — 400с. Советов, Борис Яковлевич. Моделирование систем [Электронный ресурс] : учебник / Б. Я. Советов, С. А. Яковлев; Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет (СПбГЭТУ). — 7-е изд. — Мультимедиа ресурсы (10 директорий; 100 файлов; 740MB). — Москва: Юрайт, 2014. — 1 Мультимедиа CD-ROM. — Электронные учебники издательства "Юрайт". — Бакалавр. Базовый курс. — Электронная копия печатного издания. — Библиогр.: с. 340-341. — Доступ из корпоративной сети ТПУ. — Системные требования: Pentium 100 MHz, 16 Mb RAM, Windows 95/98/NT/2000, CDROM, SVGA, звуковая карта, Internet Explorer 5.0 и выше. Шелухин О.И. Моделирование информационных систем. Учебное пособие для вузов. – 2-е изд., перераб. И доп. – М.: Горячая линия-Телеком, 2011.-536 с. Белов В.В. Проектирование информационных систем: учебник для студ. учреждений высш.проф. образования / В.В. Белов, В.И. Чистякова; под ред. В.В. Белова – М.: Издательский центр «Академия», 2013. – 2013. – 352 с. (Сер. Бакалавриат). Красс. М. С. Математика в экономике: математические методы и модели: учебник для бакалавров / М. С. Красс, Б.П Чупрынов; под редю М. С. Красса. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Издательство Юрайт, 2013. – 541 с. – Серия: Бакалавр. Базовый курс. Попов А.М. Экономико-математические методы и модели: учебник для бакалавров / А. М. Попов, В.Н. Сотников; под ред. А. М. Попова. – 2-е изд. испр. и доп. – М.: Издательство Юрайт, 2013. – 479 с. – Серия: Бакалавр. Базовый курс. Дополнительная 1. 2. 3. Гультяев А. Визуальное моделирование в среде MATLAB учебный курс - СПб. Питер,2000.-432 с. Дьяконов В. Simulink 4. Специальный справочник. - СПб. Питер, 2002. - 528 с. Дьяконов В., Круглов В. MATLAB. Анализ идентификация и моделирование систем. Специальный справочник. - СПб. Питер, 2002. - 448 с. 6 Ермаков С. М., Михайлов Г. А. Курс статистического моделирования. – М.: Наука, 1976. 5. Вероятностные методы в вычислительной технике: Учеб. пособие для вузов по спец. ЭВМ/ Под ред. А.Н. Лебедева и Е.А.Чернявского. - М.: Высш. шк., 1986. – 312 с. 6. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем – искусство и наука. –М.: Мир, 1978. 7. Бенькович Е.С., Колесов Ю.Б., Сениченков Ю.Б. Практическое моделирование динамических систем - СПб.: БХВ-Петербург, 2002. - 464 с. 8. Ослин Б. Г. Моделирование. Имитационное моделирование СМО: учебное пособие / Б. Г. Ослин; ТПУ – Томск: Изд-во ТПУ, 2010. – 128 с. 9. Кацман Ю. Я. Моделирование: Учеб. пособие / Том. политехн. ун-т. – Томск, 2003. – 91 с. Программное обеспечение и Internet-ресурсы 1. http://ru.wikipedia.org/wiki 2. http://matlab.exponenta.ru/index.php 3. http://exponenta.ru/ 4. Используемые языки (среды): • MATLAB R2009b • Borland Delphi 7 (Pascal) • Microsoft Visual C++ 8 • JAVA 1.6.0 4. 9. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ При изучении данной дисциплины, самостоятельной работе студентов и выполнении лабораторных работ в компьютерных классах кафедры используются современные персональные компьютеры, оснащенные лицензионным программным обеспечением и неограниченным доступом в Internet: № Наименование оборудования Корпус, ауд., количество установок п/п 1. ПК Intel Core 2 Е6320, 1,86 GHz. 10 корпус, 12 установок Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС по направлению 09.03.01 «Информатика и вычислительная техника» и профилей подготовки «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети». Программа одобрена на заседании кафедры вычислительной техники (протокол № 54 от « 22 » 06 2015 г.). Автор доцент кафедры ВТ Кацман Юлий Янович Рецензент профессор кафедры ВТ Спицын Владимир Григорьевич 7