| Закреплена за кафедрой | Кафедра вычислительной техники и электроники |
|---|---|
| Направление подготовки | 09.06.01. Информатика и вычислительная техника |
| Направленность | Системный анализ, управление и обработка информации |
| Форма обучения | Заочная |
| Общая трудоемкость | 3 ЗЕТ |
| Учебный план | z09_06_01_ИВиТ_Систем_анализ-1-2020 |
|
|
||||||||||||||
Распределение часов по курсам
| Курс | 2 | Итого | ||
|---|---|---|---|---|
| Вид занятий | УП | РПД | УП | РПД |
| Лекции | 4 | 4 | 4 | 4 |
| Практические | 4 | 4 | 4 | 4 |
| Сам. работа | 91 | 91 | 91 | 91 |
| Часы на контроль | 9 | 9 | 9 | 9 |
| Итого | 108 | 108 | 108 | 108 |
Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году
Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2020-2021 учебном году на заседании
кафедры
Кафедра вычислительной техники и электроники
Протокол от 08.06.2020 г. № 79/19-20
Заведующий кафедрой к.ф.-м.н., Пашнев Владимир Валентинович, доц., зав. кафедрой "Вычислительной техники и электроники"
| 1.1. | Цель изучения дисциплины – формирование у будущих специалистов теоретических знаний и практических навыков по применению основ моделирования с использованием современных персональных компьютеров и программных средств для решения широкого спектра задач в различных областях, а именно: ознакомить студентов с принципами и методами построения моделей и моделирования, проведения численных экспериментов и интерпретации результатов, проверки построенных моделей на адекватность реальным объектам. Основными задачами изучения дисциплины «Моделирование вычислительных систем» являются: - овладение фундаментальными знаниями по основам моделирования различных систем, в том числе и вычислительных и информационных систем: получить целостное представление о науке и ее роли в развитии вычислительных технологий в области модели-рования процессов и систем; владеть общими вопросами и принципами моделирования; - использование вычислительных систем для построения и уточнения математической модели реального объекта в процессе моделирования; - приобретение практических навыков решения задач моделирования с использованием персональных компьютеров и математических пакетов программ, навыков проведения численных экспериментов и интерпретации результатов моделирования. Дисциплине «Моделирование вычислительных систем» предшествует изучение дисциплин «Математика» и «Алгебра и геометрия», «Вычислительная математика». Данный курс требует от студентов наличия базовых знаний по математическому анализу, численным методам, математической логике и теории алгоритмов, а также об архитектуре вычислительных систем. Знания и навыки, полученные при изучении дисциплины «Моделирование», используются при изучении общепрофессиональных и специальных дисциплин. |
|---|
| Цикл (раздел) ООП: Б1.В.03 |
| ПК-3 | cпособность демонстрировать системное понимание в профессиональной области и получать научные результаты, удовлетворяющие установленным требованиям к содержанию диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук по направленности Приборы и методы экспериментальной физики |
| В результате освоения дисциплины обучающийся должен | |
| 3.1. | Знать: |
|---|---|
| 3.1.1. | - об основных тенденциях развития программных средств и методов моделирования; - о принципах построения и работы структурных, функциональных и логических схем ЭВМ; - о методах и способах проверки построенных моделей на адекватность реальным объектам. |
| 3.2. | Уметь: |
| 3.2.1. | - классификацию, назначение, свойства и возможности основных типов моделей, применяемых на системном и функционально-логическом уровнях детализации проекта; - применять основы анализа результатов моделирования; - формулировать понятия, характеризующие модели и процесс моделирования; - применять методики построения моделей; - реализовывать этапы и подходы моделирования вычислительных и информационных систем. |
| 3.3. | Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть): |
| 3.3.1. | - навыками проведения формализации исследуемых структур на системном и функционально-логическом уровне детализации проекта компьютерных систем; - навыками планирования и проведения машинных экспериментов на разработанной им модели; - навыками интерпретации полученных результатов, увязывая их с соответствующими техническими характеристиками; - навыками использования ЭВМ, знания операционных систем и языков программирования для решения задач моделирования. |
| Код занятия | Наименование разделов и тем | Вид занятия | Курс | Часов | Компетенции | Литература |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Раздел 1. Средства моделирования и классификация моделей | ||||||
| 1.1. | Основные понятия теории моделирования и классификация видов моделирования. Средства моделирования и модели, применяемые в процессе проектирования вычислительных систем на разных стадиях детализации проекта. Классификация моделей. Имитационные модели и планирование имитационных экспериментов. Концептуальные модели. Логическая структура моделей и построение моделирующих алгоритмов. Формализация и алгоритмизация процессов обработки информации. Оценка точности и достоверности результатов моделирования. Инструментальные средства и языки моделирования. Анализ и интерпретация результатов моделирования на ЭВМ. | Лекции | 2 | 0,5 | ПК-3 | Л2.2, Л2.3, Л1.1, Л2.1, Л2.4, Л2.5, Л1.2 |
| 1.2. | Практические | 2 | 1 | |||
| 1.3. | Архитектуры однопроцессорных и многопроцессорных вычислительных систем. Особенности моделирования систем информатики, вычислительных систем и сетей. | Сам. работа | 2 | 20 | ПК-3 | Л2.2, Л2.3, Л1.1, Л2.1, Л2.4, Л2.5, Л1.2 |
| Раздел 2. Качественная теория динамических систем. Динамика биологических популяций. | ||||||
| 2.1. | Маятник: движение маятника вблизи положения устойчивого и неустойчивого равновесия, точное решение задачи о маятнике, приведение уравнений к безразмерному виду. Маятник с затуханием. Качественное исследование динамических (автономных, линейных) систем. Сводка результатов. Анализ нелинейных динамических систем. Модель Мальтуса и логистическое уравнение (уравнение Ферхюльста). Модель Вольтерры и его модификации. Межвидовая конкуренция. | Лекции | 2 | 1 | ПК-3 | Л2.2, Л2.3, Л1.1, Л2.1, Л2.4, Л2.5, Л1.2 |
| 2.2. | Практические | 2 | 1 | |||
| 2.3. | Модель Вольтерры и его модификации. Межвидовая конкуренция. | Сам. работа | 2 | 19 | ПК-3 | Л2.2, Л2.3, Л1.1, Л2.1, Л2.4, Л2.5, Л1.2 |
| Раздел 3. Колебательные процессы в химии. Предельные циклы и автоколебания. Самоорганизация и образование структур. Фракталы.Хаотическое поведение динамическое систем. | ||||||
| 3.1. | Затухающие колебания и незатухающие колебания. Предельные циклы: вводные примеры, классификация предельных циклов. Автоколебания в физических, химических и биологических системах: качественное рассмотрение автоколебательных систем, количественное рассмотрение автоколебаний. Распределенные системы. Брюсселятор. Фракталы в математике. Размерности: размерность самоподобия. Дискретный аналог уравнения Ферхюльста. Универсальность Фейгенбаума. Другие отображения. Система уравнений Лоренца. | Лекции | 2 | 1 | ПК-3 | Л2.2, Л2.3, Л1.1, Л2.1, Л2.4, Л2.5, Л1.2 |
| 3.2. | Практические | 2 | 1 | |||
| 3.3. | Размерность по Хаусдорфу-Безиковичу. Фракталы в природе. Хаотическое поведение динамическое систем: аттрактор Ресслера. Неавтономная система. | Сам. работа | 2 | 20 | ПК-3 | Л2.2, Л2.3, Л1.1, Л2.1, Л2.4, Л2.5, Л1.2 |
| Раздел 4. Стохастические и детерминистические модели: | ||||||
| 4.1. | Теория перколяции: критические показатели и масштабная инвариантность, Алгоритм Хошена-Копельмана. Моделирование роста дендритов. Клеточные автоматы: ограниченная диффузией агрегация. Электрический пробой диэлектрика. Игра «Жизнь». Модель Винера-Розенблюта. Модель Ва-Тор. Модель Изинга и генетические алгоритмы: Алгоритм Метрополиса. Задача о коммивояжере. Распознавание образов. Генетические алгоритмы. | Лекции | 2 | 1 | ПК-3 | Л2.2, Л2.3, Л1.1, Л2.1, Л2.4, Л2.5, Л1.2 |
| 4.2. | Практические | 2 | 1 | |||
| 4.3. | Распознавание образов. Генетические алгоритмы. | Сам. работа | 2 | 16 | ПК-3 | Л2.2, Л2.3, Л1.1, Л2.1, Л2.4, Л2.5, Л1.2 |
| Раздел 5. Статистическое моделирование - Генерация случайных чисел на компьютере. Инструментальные средства для исследования динамических систем | ||||||
| 5.1. | Линейный конгруэнтный генератор. Мультипликативный конгруэнтный алгоритм Генератор на основе сдвига регистра. Исследование динамической системы с использованием пакетов Mathematica, Maple, Маtlab, Mathcad. | Лекции | 2 | 0,5 | ПК-3 | Л2.2, Л2.3, Л1.1, Л2.1, Л2.4, Л2.5, Л1.2 |
| 5.2. | Изучение пакетов Mathematica, Maple, Маtlab, Mathcad | Сам. работа | 2 | 16 | ПК-3 | Л2.2, Л2.3, Л1.1, Л2.1, Л2.4, Л2.5, Л1.2 |
| Раздел 6. Аттестация | ||||||
| 6.1. | Экзамен | 2 | 9 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 | |
| 5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины |
| 1. Основные понятия теории моделирования и классификация видов моделирования 2. Средства моделирования и модели, применяемые в процессе проектирования вычислительных систем на разных стадиях детализации проекта 3. Классификация моделей. Имитационные модели и планирование имитационных экспериментов 4. Концептуальные модели. Логическая структура моделей и построение моделирующих алгоритмов 5. Формализация и алгоритмизация процессов обработки информации 6. Оценка точности и достоверности результатов моделирования 7. Инструментальные средства и языки моделирования 8. Анализ и интерпретация результатов моделирования на ЭВМ 9. Особенности моделирования систем информатики, вычислительных систем и сетей 10. Качественная теория динамических систем (дифференциальная модель): движение маятника вблизи положения устойчивого и неустойчивого равновесия, точное решение задачи о маятнике, приведение уравнений к безразмерному виду. 11. Качественная теория динамических систем: дифференциальная модель маятника с затуханием. 12. Качественное исследование динамических систем. 13. Сводка результатов качественного исследования динамических систем. 14. Динамика биологических популяций: модель Мальтуса и логистическое уравнение (уравнение Ферхюльста). 15. Динамика биологических популяций: модель Вольтерры и его модификации. Межвидовая конкуренция. 16. Колебательные процессы в химии: затухающие колебания и незатухающие колебания. 17. Предельные циклы: вводные примеры, классификация предельных циклов. 18. Автоколебания в физических, химических и биологических системах: качественное рассмотрение автоколебательных систем и автоколебаний. 19. Самоорганизация и образование структур: распределенные системы. 20. Самоорганизация и образование структур: Брюсселятор. 21. Фракталы в математике. 22. Размерности фракталов: размерность самоподобия, размерность по Хаусдорфу-Безиковичу. 23. Фракталы в природе. 24. Хаотическое поведение динамическое систем: дискретный аналог уравнения Ферхюльста. 25. Хаотическое поведение динамическое систем: универсальность Фейгенбаума. 26. Хаотическое поведение динамическое систем: различные отображения. 27. Хаотическое поведение динамическое систем: система уравнений Лоренца. 28. Хаотическое поведение динамическое систем: аттрактор Ресслера. 29. Хаотическое поведение динамическое систем: неавтономная система. 30. Теория перколяции: критические показатели и масштабная инвариантность. 31. Теория перколяции: алгоритм Хошена-Копельмана. 32. Моделирование роста дендритов: ограниченная диффузией агрегация. 33. Моделирование роста дендритов: электрический пробой диэлектрика. 34. Клеточные автоматы: игра «Жизнь». 35. Клеточные автоматы: модель Винера-Розенблюта. 36. Клеточные автоматы: модель Ва-Тор. 37. Модель Изинга: алгоритм Метрополиса. 38. Задача о коммивояжере. 39. Распознавание образов. 40. Генетические алгоритмы 41. Исследование динамической системы с использованием пакета Mathematica 42. Исследование динамической системы с использованием пакета Maple 43. Исследование динамической системы с использованием пакета Matlab 44. Исследование динамической системы с использованием пакета Mathcad 45. Генерация случайных чисел на компьютере: линейный конгруэнтный генератор. 46. Генерация случайных чисел на компьютере: мультипликативный конгруэнтный алгоритм. 47. Генерация случайных чисел на компьютере: генератор на основе сдвига регистра. |
| 5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.) |
| 1. Исследование компьютерных систем с помощью имитационного моделирования. 2. Разработка и исследование моделей функциональных схем ЭВМ в многозначных алфавитах. 3. Исследование дифференциальной модели колебательной системы. 4. Математическое моделирование динамики биологических популяций. 5. Моделирование колебательных процессов в химии. 6. Моделирование автоколебательных систем в физике, химии и биологии - предельные циклы. 7. Моделирование самоорганизации распределенных систем – моделирование диссипативных структур. 8. Моделирование фрактальных структур. 9. Хаотическое поведение динамических систем. 10. Моделирование роста дендритов. 11. Изучение поведения клеточного автомата – игра «Жизнь». 12. Моделирование как метод динамических исследований. 13. Точность и достоверность аналогового моделирования. 14. Принципы структурного моделирования. 15. Схемы моделирования линейных звеньев систем автоматического управления из стандартных блоков ЭВМ. 16. Моделирование электрических цепей и физических элементов методом прямых аналогий. 17. Схемы моделирования некоторых функциональных зависимостей и выполнения нелинейных математических операций. 18. Исследование компьютерных систем с помощью имитационного моделирования. 19. Разработка и исследование моделей функциональных схем ЭВМ в многозначных алфавитах. 20. Исследование дифференциальной модели колебательной системы. |
| 5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации |
| 6.1. Рекомендуемая литература | ||||
| 6.1.1. Основная литература | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л1.1 | Павловский Ю.Н., Белотелов Н.В., Бродский Ю.И. | Имитационное моделирование: учеб. пособие для вузов | М.: Академия, 2008 | www.lib.asu.ru |
| Л1.2 | Дьяконов В.П. | VisSim+Mathcad+MATLAB. Визуальное математическое моделирование: | СОЛОН - ПРЕСС // ЭБС "Университетская библиотека ONLINE", 2008 | http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=117681 |
| 6.1.2. Дополнительная литература | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л2.1 | Башкирцева И.А., Ряшко Л.Б. | Компьютерное моделирование популяционной динамики: учеб. пособие | Екатеринбург: Изд-во УрГУ, 2009 | |
| Л2.2 | В. С. Зарубин | Математическое моделирование в технике: учеб. для вузов | М.: Изд-во МГТУ, 2001 | |
| Л2.3 | С. В. Попов | Логическое моделирование: [учебник] | М.: Тровант, 2006 | |
| Л2.4 | Бусленко Н.П. | Моделирование сложных систем: | М. : Наука, 1978 | |
| Л2.5 | Подколзин А.С. | Компьютерное моделирование логических процессов. Архитектура и язык решателя задач: | ФИЗМАТЛИТ, 2008 | |
| 6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет" | ||||
| Название | Эл. адрес | |||
| Э1 | e.lanbook.com/books/ | |||
| Э2 | www.gpntb.ru/ Государственная публичная научно-техническая библиотека. | |||
| Э3 | www.nlr.ru/ Российская национальная библиотека. | |||
| Э4 | www.nns.ru/ Национальная электронная библиотека. | |||
| Э5 | www.rsl.ru/ Российская государственная библиотека. | |||
| Э6 | www.microinform.ru/ Учебный центр компьютерных технологий «Микроинформ». | |||
| Э7 | www.tests.specialist.ru/ Центр компьютерного обучения МГТУ им. Н.Э.Баумана. | |||
| Э8 | www.intuit.ru/ Образовательный сайт | |||
| Э9 | www.window.edu.ru/ Библиотека учебной и методической литературы | |||
| Э10 | www.osp.ru/ Журнал «Открытые системы» | |||
| Э11 | www.ihtika.lib.ru/ Библиотека учебной и методической литературы | |||
| 6.3. Перечень программного обеспечения | ||||
| Для проведения лабораторных занятий необходимо использование компьютерного класса. На компьютерах должны быть установлены программные средства, поддерживающие работу с алгоритмическими языками С/C++, Pascal и т.п. Microsoft Windows Microsoft Office 7-Zip AcrobatReader | ||||
| 6.4. Перечень информационных справочных систем | ||||
| Электронная библиотечная система Алтайского государственного университета (http://elibrary.asu.ru/) Электронно-библиотечная система Университетская библиотека on-line (http://www.biblioclub.ru) Электронно-библиотечная система издательства «Лань» (http://e.lanbook.com) Электронно-библиотечная система Юрайт (https://www.biblio-online.ru/) | ||||
| Аудитория | Назначение | Оборудование |
|---|---|---|
| Учебная аудитория | для проведения занятий лекционного типа, занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проектирования (выполнения курсовых работ), проведения практик | Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска) |
| 203К | лаборатория цифровой обработки сигналов - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации | Учебная мебель на 12 посадочных мест; рабочее место преподавателя; доска меловая 2 шт.; компьютеры: марка компьютер Парус модель 945 MSI - 12 единиц; коммутатор D-LINK; методические указания по выполнению лабораторной работы по дисциплине "Нейроинформационные технологии": алгоритм обратного рассеяния; обучение без учителя; персептрон; Сети Хопфилда и Хемминга. |
| 001вК | склад экспериментальной мастерской - помещение для хранения и профилактического обслуживания учебного оборудования | Акустический прибор 01021; виброизмеритель 00032; вольтметр Q1202 Э-500; вольтметр универсальный В7-34А; камера ВФУ -1; компьютер Турбо 86М; масспектрометр МРС -1; осциллограф ЕО -213- 2 ед.; осциллограф С1-91; осциллограф С7-19; программатор С-815; самописец 02060 – 2 ед.; стабилизатор 3218; терц-октавный фильтр 01023; шкаф вытяжной; шумомер 00026; анализатор АС-817; блок 23 Г-51; блок питания "Статрон" – 2 ед.; блок питания Ф 5075; вакуумный агрегат; весы; вольтметр VM -70; вольтметр В7-15; вольтметр В7-16; вольтметр ВУ-15; генератор Г-5-6А; генератор Г4-76А; генератор Г4-79; генератор Г5-48; датчик колебаний КВ -11/01; датчик колебаний КР -45/01; делитель Ф5093; измеритель ИМП -2; измеритель параметров Л2-12; интерферометр ИТ 51-30; источник "Агат" – 3 ед.; источник питания; источник питания 3222; источник питания ЭСВ -4; лабораторная установка для настройки газовых лазеров; лазер ЛГИ -21; М-кальк-р МК-44; М-калькул-р "Электроника"; магазин сопротивления Р4075; магазин сопротивления Р4077; микроскоп МБС -9; модулятор МДЕ; монохроматор СДМС -97; мост переменного тока Р5066; набор цветных стекол; насос вакумный; насос вакуумный ВН-01; осциллограф С1-31; осциллограф С1-67; осциллограф С1-70; осциллограф С1-81; осциллоскоп ЕО -174В – 2 ед.; пентакта L-100; пирометр "Промень"; пистонфон 05001; преобразователь В9-1; прибор УЗДН -2Т; скамья оптическая СО 1м; спектограф ДФС -452; спектограф ИСП -51; стабилизатор 1202; стабилизатор 3217 – 4 ед.; стабилизатор 3218; стабилизатор 3222 – 3 ед.; станок токарный ТВ-4; усилитель мощности ЛВ -103 – 4 ед.; усилитель У5-9; центрифуга ВЛ-15; частотомер Ч3-54А; шкаф металлический; эл.двигатель; электродинамический калибратор 11032 |
| не требуется |