Кафедра К3 Прикладная математика, информатика
и вычислительная техника

Системное программное обеспечение

Преподаватель: Чернышов Александр Викторович

Направление подготовки: 654600 «Информатика и вычислительная техника»
Специальность: 230101 (220100) «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»
Семестры: 6, 7
Вид итогового контроля:
зачет — 6 семестр
экзамен — 7 семестр
курсовая работа — 7 семестр

Содержание курса:

1. Введение. Предмет и задачи СПО
   
   • Понятие СПО.
   • Соотношение СПО и операционной системы.
   • Функции ОС, используемые в СПО и дополняемые СПО: пользовательский интерфейс операционной среды, управление задачами, управление памятью, управление вводом-выводом, управление памятью.
2. Пример ОС и её СПО
   
   • ОС UNIX и её разновидности: Linux, FreeBSD.
   • Основные принципы построения.
   • Стандарт POSIX.
   • Мобильность программного обеспечения.
   • Базовые команды UNIX/Linux.
   • Основные принципы решения сложных задач.
   • Фильтры.
   • Перенаправление ввода-вывода.
   • Конвейеры.
   • Применение описанных принципов для администрирования систем.
3. Язык Ассемблера
   
   • Базовые понятия и принципы.
   • Программирование в машинных кодах.
   • Достоинства и недостатки.
   • Мнемокоды и машинный код.
   • Директивы.
   • Определение меток и адресов памяти.
   • Двухпроходный алгоритм трансляции.
   • Трансляция в абсолютные адреса.
   • Машинно зависимые и машинно независимые особенности.
   • Литералы.
   • Определения.
   • Выражения.
   • Способы адресации.
   • Понятие перемещения программ.
   • Трансляция перемещаемой программы.
   • Машинно независимые особенности ассемблеров: программные блоки и управляющие секции.
   • Трансляция программы как набора независимых модулей.
   • Внешние определения и ссылки.
   • Понятие разрешения ссылок.
   • Варианты построения.
   • Однопроходные ассемблеры.
   • Многопроходные ассемблеры.
   • Ассемблеры с оверлейной структурой.
   • Соотношение изученных принципов с реально существующим ассемблером для ПЭВМ IBM PC.
4. Загрузчики и редакторы связей
   
   • Назначение и функции загрузчика.
   • Разновидности загрузчиков: абсолютный, перемещающий, связывающий.
   • Связь Ассемблера и загрузчика через объектный код программы.
   • Базовый алгоритм работы загрузчика.
   • Машинно-зависимые особенности реализации.
   • Машинно независимые особенности загрузчиков.
   • Статическое и динамическое связывание.
   • Подключение библиотек.
   • Создание программ оверлейной структуры.
   • Базовая схема.
   • Особенности трансляции, редактирования связей, загрузки и выполнения.
   • Статическое связывание и откладывание связывания на этап исполнения программы.
   • Динамическое связывание в процессе исполнения программы.
5. Макропроцессоры
   
   • Назначение и функции.
   • Базовый алгоритм функционирования.
   • Машинно независимые особенности реализаций.
   • Специализированные и универсальные макропроцессоры.
   • Проблемы универсализма.
   • Варианты реализации.
   • Примеры реализаций.
6. Компиляторы
   
   • Введение.
   • История понятия «транслятор».
   • Языки программирования низкого и высокого уровней.
   • Трансляторы с языков и на языки.
   • Назначение и функции транслятора.
   • Структура транслятора.
   • Лексический, синтаксический и семантический анализаторы, генератор кода.
   • Формальные языки и грамматики.
   • Типы грамматик.
   • Синтаксический разбор.
   • Схема трансляции.
   • Приоритеты.
   • Ассоциативность.
   • Рекурсивность.
   • Вывод цепочек.
   • Распознавание цепочки.
   • Автоматы-распознаватели.
   • Преобразование левоассоциативной и леворекурсивной грамматики в праворекурсивную.
   • Рекурсивный спуск.
   • Основные понятия лексического анализа.
   • Алфавит языка.
   • Лексема и терминальный символ.
   • Соотношение и взаимодействие лексического и синтаксического анализаторов.
   • Таблица символов (имён).
   • Стековая машина.
   • Вычисление арифметических выражений на стековой машине.
   • Реализация управляющих конструкций типа if, while на стековой машине.
   • Построение автомата по заданной грамматике.
   • Реализация простейшего транслятора инфиксной записи выражений в постфиксную.
   • Лексический анализ.
   • Разбор входного потока на лексемы.
   • Буферизация входного потока и особенности обработки. Регулярные выражения.
   • Понятие конечного автомата.
   • Недетерминированный конечный автомат (НКА).
   • Понятие.
   • Формальное определение НКА.
   • Диаграммы разбора. Формализованные правила построения диаграммы НКА по заданному регулярному выражению. Детерминированный конечный автомат (ДКА). Свойства.
   • Преобразование НКА в ДКА.
   • Промежуточная форма представления программы.
   • Генератор промежуточного кода.
   • Оптимизация кода.
   • Машинно зависимые и машинно независимые варианты оптимизации.
   • Генерация целевого кода.
   • Структуры данных.
   • Распределение памяти.
   • Виды переменных.
   • Организация вызова подпрограмм.
   • Структурно-вложенные языки.
   • Обработка ошибок при трансляции.
   • Постановка задачи.
   • Цели, правила и способы обработки ошибок.
   • Сообщения об ошибках.
   • Примеры правильных и неправильных сообщений.
   • Варианты реализации трансляторов.
   • Компиляторы, интерпретаторы и трансляторы на P-код.
   • Различия в структуре компиляторов и интерпретаторов.
   • Особенности реализации и применения трансляторов на P-код.
7. Инструментальные средства программирования
   
   • Компиляторы компиляторов. Разновидности.
   • Генератор программ синтаксического разбора YACC.
   • Применение YACC для разработки транслятора с заданной грамматикой.
   • Генератор программ лексического разбора LEX.
   • Особенности используемых регулярных выражений.
   • Применение LEX как самостоятельного средства разработки программ.
   • Совместное использование YACC и LEX для разработки программ.
   • Пример разработки интерактивного калькулятора выражений.
   • Постановка задачи введения в интерактивный калькулятор именованных ячеек памяти.
   • Возникающие вопросы и пути их решения.
   • Примеры реализации различных вариантов именованных ячеек памяти.
8. СПО современных ОС
   
   • Состав СПО современной ОС.
   • Необходимость СПО и прикладного ПО в современной ОС.
   • Требования к текстовым редакторам.
   • Базовые средства представления и обработки графических данных.
   • Требования к графическим средствам современной ОС.
   • Проблемы накопления данных и доступа к данным.
   • Системы управления базами данных. Требования к СУБД.
   • Системы анализа данных и визуализации.
   • Системы компьютерной алгебры и математической обработки.
   • Универсальные и специализированные языки программирования.
   • Системы ведения проектов, архиваторы и компрессоры.
   • Программные отладчики.
   • ПО для работы в сети.
   • Системы вёрстки. История. Современное состояние.
   • Системы разметки текста командами и WYSIWYG.
   • Система вёрстки TeX как пример хорошо проработанной системы разметки текста командами, ориентированной на сложные виды работ с достижением профессионального качества.
9. Разработка специальных приложений
   
   • Применение СПО для решения практических задач на примере построения наземных комплексов обработки телеметрической информации.
   • Понятие ТМ системы.
   • Цели, задачи и порядок обработки ТМИ
   • Проблемы реализации наземных ТМ комплексов на базе ПЭВМ.
   • Аппаратные ограничения.
   • Требования к применяемому ПО.
   • Примеры практических реализаций.
   • Их сильные и слабые стороны.

Рекомендуемая литература:

1. Молчанов А. Ю. Системное программное обеспечение: Учебник для вузов спец. «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» и «Автоматизированные системы обработки информации и управления». — СПб.: Питер, 2006. — 395 с.
2. Ахо А., Сети Р., Ульман Д. Компиляторы: принципы, технологии, инструменты. — М.: Вильямс, 2001. — 768 с.

Дополнительная литература:

1. Керниган Б., Пайк Р. UNIX. Программное окружение. — СПб.: Символ-Плюс, 2003. — 416 с.
2. Тейнсли Д. Linux и UNIX: программирование в shell. — Киев: БХВ, 2001. — 464 с.
3. Фридл Дж. Регулярные выражения. Библиотека программиста. — СПб.: Питер, 2001. — 352 с. Препарата Ф., Шеймос М. Вычислительная геометрия: Введение.: Пер. с англ. — М.: Мир, 1989. — 478 с.

Учебные и учебно-методические пособия:

1. Чернышов А. В. Системное программное обеспечение. Лабораторный практикум для студентов специальности 220100. — М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2000. — 64 с.
2. Чернышов А. В. Работа за X-терминалом. Учебное пособие для студентов специальностей 230100, 230101. — М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2005. — 87 с.
3. Кнут Д. Е. Искусство программирования. Том 1. Основные алгоритмы. 3-е изд. — М.: Вильямс, 2000. — 720 с.
4. Кнут Д. Е. Искусство программирования. Том 2. Получисленные алгоритмы. 3-е изд. — М.: Вильямс, 2000. — 830 с.
5. Кнут Д. Е. Искусство программирования. Том 3. Сортировка и поиск. 2-е изд. — М.: Вильямс, 2000. — 824 с.
6. Муллен Р. HTML 4: справочник программиста. — СПб.: Питер Ком, 1998. — 304 с.
7. Чернышов А. В. Инструментальные средства программирования из состава ОС UNIX и их применение в повседневной практике. Учебное пособие для студентов специальности 2201. — М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 1999. — 191 с.
8. Шевель А. Linux. Обработка текстов. Специальный справочник. — СПб.: Питер, 2001. — 384 с.
9. Робачевский А. Операционная система UNIX. — СПб.: БХВ, 1999. — 528 с.
10. Чернышов А. Программное обеспечение рабочего места контроля бортовой телеметрической аппаратуры. — М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2007. — 160 с.

Нормативные документы:

1. ГОСТ 19.701-90 (ИСО 5807-85) Схемы алгоритмов, программ, данных и систем.
2. ГОСТ 19781-90 Обеспечение систем обработки информации программное. Термины и определения.

Интернет-ресурсы:

1. www.linuxcenter.ru
2. www.linuxformat.ru

Учебные материалы:

Вопросы к экзамену