Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
"Национальный исследовательский университет
"Высшая школа экономики"
Московский институт электроники и математики
Департамент компьютерной инженерии
Программа междисциплинарного экзамена по направлению подготовки 09.03.01 «Информатика и вычислительная техника».
для образовательной программы «Информатика и вычислительная техника»
Разработчики программы:
Вишнеков А.В., д.т.н., проф., avishnekov@hse.ru
Кожевников А.М., д.т.н., проф., akozhevnikov@hse.ru
Гудков Ю.И., к.т.н., доц., ygudkov@hse.ru
Одобрена Академическим советом ОП
«7» апреля 2016 г.
Академический руководитель образовательной программы
_________________
Утверждена УС МИЭМ НИУ ВШЭ
«___»_____________201_ г.
Ученый секретарь
В.П.Симонов___________
Москва, 2015
Настоящая программа не может быть использована другими подразделениями университета и другими вузами без разрешения подразделения-разработчика программы.
1Область применения и нормативные ссылки
Программа разработана в соответствии с:
Образовательным стандартом университета для направления подготовки .
Положением об итоговой государственной аттестации Университета.
Рабочим учебным планом образовательной программы «Информатика и вычислительная техника», утвержденным в 2015г.
2Содержание
Базовый профессиональный цикл.
Организация ЭВМ
Архитектуры ЭВМ. CISC и RISC архитектуры. Основные подсистемы, входящие в состав ЭВМ, их назначение и пути развития.
Архитектура фон Неймана и её реализация в современных вычислительных системах.
Центральный процессор. Структура ЦП. Основные блоки и устройства, включенные в состав ЦП и их назначение. Характеристики ЦП.
Арифметико-логические устройства (АЛУ). Назначение, принципы организации и основные характеристики АЛУ, их классификация. Структура АЛУ и алгоритмы выполнения основных арифметических операций. АЛУ табличного типа. АЛУ с конвейерной обработкой операндов.
Назначение и классификация устройств управления (УУ) процессора, их функции. Системы адресации ЭВМ. Обобщенная структурная схема УУ. Организация управления выполнением последовательности команд и операций. Взаимодействие узлов УУ при реализации переходов, циклов, обращений к процедурам и др. Аппаратные и микропрограммные УУ.
Типы данных. Классификация команд. Процедура выполнения команд. Конвейер команд. Режимы адресации операндов и команд.
Подсистема памяти. Иерархия памяти. Способы защиты памяти. Виды ЗУ, относящиеся к различным уровням иерархии, их особенности и назначение. Типовая структура и принцип работы Кэш-памяти. Способы размещения данных в КЭШ.
Назначение и общие принципы организации подсистемы прерывания программ. Характеристики. Программно-управляемый приоритет прерывающих программ. Маскирование прерываний. Организация прерываний в персональных ЭВМ.
Организация подсистемы ввода/вывода. Алгоритмы и структура интерфейсов ввода-вывода при различных видах обмена: программно-управляемом, по прерыванию, с прямым доступом к памяти. Каналы ввода-вывода. Типовые интерфейсы ЭВМ.
Программирование.
Динамические структуры в языке Pascal. Статические и динамические переменные. Указатели. Типизированный указатель. Операция разыменования. Стандартные процедуры для работы с памятью. Использование указателей. Связанные списки. Основные типы связанных списков стек и очередь, линейные и циклические связанные списки.
Язык программирования С. Структура и достоинства языка. Простые и составные типы. Типы данных. Определение размеров памяти для хранения данных. Константы целые, вещественные, символьные и строковые. Специальные управляющие символьные константы. Описания с начальным присваиванием.
Абстрактные классы в С++.
Проявления полиморфизма в программах на С++.
Инкапсуляция и наследование.
Виртуальные методы в С++.
Статические методы и свойства класса в С++.
Области видимости переменных и членов класса в С++.
Конструктор, деструктор и аллокатор в С++.
Перегрузка операторов в С++.
Библиотека Standard Template Library (STL).
Базы данных.
Назначение и основные компоненты системы баз данных. Трехуровневая модель систем баз данных.
Понятие модели данных. Модели данных первого поколения (сетевая и иерархическая).
Реляционная модель данных. Операции реляционной алгебры.
Этапы проектирования баз данных. Проектирование с использованием метода "сущность-связь".
Особенности проектирования реляционных баз данных. Нормализация отношений (до ЗНФ).
Системы управления базами данных, состав и основные функции. Обеспечение логической и физической целостности БД.
Физическая организация данных в системах БД. Структуры хранимых данных. Методы управления памятью.
Индексирование как механизм доступа к данным. Принципы организации и использование индексов.
Механизмы размещения и доступа к данным: хеширование и кластеризация. Принципы организации и использование этих механизмов.
Оптимизация выполнения запросов. Методы оптимизации по синтаксису и по стоимости.
Обеспечение защиты данных от несанкционированного доступа. Управление доступом к данным.
Обеспечение защиты данных при сбоях. Восстановление базы данных. Резервное копирование.
Доступ к базе данных в многопользовательских системах. Взаимовлияние транзакций и уровни изоляции транзакций. Блокировки.
Схемотехника .
Элементная база БИС. Схемотехника электронных ключей и логических элементов
Схемотехника полупроводниковых запоминающих устройств.
БИС и СБИС с программируемой структурой. Схемотехника и области применения.
Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи.
Операционные усилители. Классификация, параметры, применение.
Обратные связи в электронных устройствах. Виды обратных связей, влияние на параметры электронных устройств.
Схемотехника аналоговых электронных устройств на операционных усилителях.
Активные фильтры. Области применения, частотные характеристики, схемотехника.
Способы обеспечения помехоустойчивости электронных устройств.
Автоматизация схемотехнического проектирования цифровых и аналоговых электронных узлов. Модели компонентов, алгоритмы, этапы проектирования.
Сети и телекоммуникации.
Архитектура (физическая и логическая структуризация) сети. Сетевые службы. Понятие «открытая система». Многоуровневый подход. Протокол. Интерфейс. Модель OSI. Сетезависимые и сетенезависимые уровни.
Модульность и стандартизация. Источники стандартов. Стандартные стеки коммуникационных протоколов. Стек протоколов. Стеки OSI, TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS/SMB.
Передача цифровых данных по аналоговым каналам. Квадратурно-амплитудная модуляция
Импульсно-кодовая модуляция. Каналы передачи данных Т1/Е1, Т2/Е2, Т3/Е3.
Сети Ethernet. Принципы функционирования, формат кадра, виды сетей Ethernet.
Протокол TCP/IP, форматы кадров, управление трафиком и обеспечение QoS. Фрагментация и дефрагментация потока передаваемых данных.
Протокол IP. Адресная маршрутизация, фрагментирование.
Адресация в крупных и глобальных вычислительных сетях. Необходимость различных уровней сетевых адресов, их взаимосвязь.
Сетевой уровень модели OSI/ISO, его взаимосвязь с нижними уровнями. Протоколы IP и ARP. Способы построения маршрутов в крупных и глобальных вычислительных сетях.
Технологии межсетевого взаимодействия с преобразованием сетевых адресов.
Методы передачи данных на канальном уровне. Асинхронные и синхронные протоколы. Обнаружение и коррекция ошибок. Методы обнаружения ошибок. Избыточные коды. Методы восстановления искаженных и потерянных кадров. Компрессия данных.
Методы передачи данных на сетевом и транспортном уровне. Методы коммутации данных. Коммутация каналов, ее виды и характеристики. Обеспечение дуплексного режима работы на основе технологий FDM, TDM и WDM.
Коммуникационное оборудование.
Передача данных по линиям связи. Топология физических связей. Типы и характеристики линий связи и способы их определения. Помехоустойчивость и достоверность. Организация совместного использования линий связи. Стандарты кабелей. Типы кабелей (витая пара, коаксиал, оптоволокно) и их основные характеристики. Беспроводные линии связи (радиосвязь, спутниковая связь, инфракрасная связь).
Методы передачи дискретных данных на физическом уровне. Методы и характеристики аналоговой модуляция сигналов данных. Методы и характеристики цифровой модуляции (кодирования) сигналов данных.
Структурированная кабельная система. Концентраторы и сетевые адаптеры. Логическая структуризация сети с помощью мостов и коммутаторов. Принципы работы мостов.
Коммутаторы локальных сетей. Техническая реализация и дополнительные функции коммутаторов. Характеристики, влияющие на производительность коммутаторов. Типовые схемы применения коммутаторов в локальных сетях. Сочетание коммутаторов и концентраторов.
Intranet - технология. Стянутая в точку магистраль на «коммутаторе». Распределенная магистраль на коммутаторах. Виртуальные локальные сети VLAN и сети VPN. Особенности построения мобильных локальных сетей.
Маршрутизаторы. Принципы и типы маршрутизации. Протоколы и таблицы маршрутизации в IP-сетях. Внутренние и внешние протоколы маршрутизации Internet. Дистанционно-векторный протокол RIP. Адаптация RIP-маршрутизаторов к изменениям состояния сети. Методы борьбы с ложными маршрутами в протоколе RIP.
Принципы объединения сетей на основе протоколов сетевого уровня. Реализация межсетевого взаимодействия средствами TCP/IP. Соответствие уровней стека TCP/IP семиуровневой модели ISO/OSL. Протокол IP. Адресация в IP-сетях. Протокол надежной доставки ТСР-сообщений.
Операционные системы, системное программное обеспечение и защита информации.
Понятие операционной системы. ОС как расширенная машина и система управления ресурсами. Классификация ОС по алгоритмам управления ресурсами, особенностям аппаратных платформ, особенностям областей использования, методам построения.
Концептуальная модель ОС семейства Unix. Структура канонической файловой системы Unix. Другие типы файловых систем ОС Unix.
Понятие процесса. Состояния и свойства процессов. Операции над процессами и связанные с ними понятия. Переключение контекста.
Порождение процессов в ОС Unix. Методы организации параллельных процессов. Программные каналы. Другие средства организации взаимодействия процессов.
Уровни планирования процессов. Критерии планирования и требования к алгоритмам планирования. Параметры планирования процессов.
Алгоритмы планирования процессов.
Простейшие схемы управления памятью. Оверлейная структура. Свопинг.
Управление памятью. Схема с фиксированными разделами. Мультипрограммирование с переменными разделами.
Понятие виртуальной памяти. Архитектурные средства поддержки виртуальной памяти. Страничная память.
Виртуальная память. Сегментная и сегментно-страничная организации памяти. Ассоциативная память. Иерархия памяти.
Особенности защиты информации в компьютерах и информационно-вычислительных системах. Архитектура системы защиты информации в компьютерных сетях. Сетевые экраны.
Несанкционированный доступ (НСД). Аппаратные и программные средства защиты от НСД и разграничение доступа к ресурсам. Электронная подпись.
Штатные средства зашиты, встроенные в операционные системы. Криптографические средства защиты.
Методы защиты баз данных и операционных систем. Методы антивирусной защиты.
Защита от Internet-атак. Надежность средств защиты.
Специализация «Информационно-коммуникационные технологии»
Магистрально-модульный принцип построения МП-систем. Совместимость: электрическая, информационная, конструктивная.
Методы расширения адресного пространства в МП-системе.
Однокристальные и секционные микроконтроллеры.
Сравнительный анализ микроконтроллеров CISC и RISC архитектуры.
Организация прерываний в МП-системе. Стандартный программируемый контроллер прерываний. Встроенная система прерываний в микроконтроллере.
Организация прямого доступа к памяти в МП-системе. Стандартный программируемый контроллер прямого доступа. Арбитраж.
Электрические параметры интерфейсов. Обеспечение гальванической развязки. Токовые интерфейсы. Интерфейсы с выходом по напряжению.
Асинхронный формат передачи данных. Последовательные интерфейсы RS232,RS422,RS485.
Интерфейс USB. Инициализация и адресация устройств. Типы сообщений. Стандартные дескрипторы устройства.
Интерфейса SPI. Электрические характеристики. Режимы Master и Slave.
Интерфейс I2C. Состояния: старт, стоп, повторный старт. Запись-чтение в шине I2C. Арбитраж и конкуренция.
Интерфейс CAN. Форматы сообщений. Обнаружение ошибок. Арбитраж и конкуренция.
Разрешение изображения при сканировании и печати. Разрешение оптических устройств. Факторы, влияющие на разрешающую способность цифровой фотокамеры.
Цвет и цветовые модели. Природа цвета, цветовой охват, возможности программных и
аппаратных средств по воспроизведению и генерации цветов.
Разрешающая способность. Разрешение печатного и экранного изображения. Диаграмма стандартов видеоразрешений.
Стандарты видео и их сравнение. Кодирование цифрового видео. Линейный и нелинейный видеомонтаж.
Сетевые видеотехнологии. Специфика пакетной передачи видеоизображения Передача динамичного и статичного видео, критические требования к качеству. Онлайн-обработка видео, работа с метаданными. Хранение видео в сети. Протоколы передачи видео.
Подготовка информационного сопровождения событий. Средства информационного сопровождения. Сервисы SaaS и размещаемые веб-сервисы. Оценка нагрузочной способности сервисов и оценка объема привлекаемой аудитории. Создание многосторонних видеотрансляций (телемостов). Технические средства создания многокамерных трансляций.
Специализация «Системы автоматизированного проектирования»
Иерархия языков по Хомскому.
Регулярные выражения, регулярные грамматики.
КС-грамматики.
LR-грамматики.
Метод генерации кода по арифметическому выражению.
Методы оптимизации сгенерированного кода.
Преобразования недетерминированного конечного автомата в детерминированный.
Метод устранения е-дуг в конечном автомате.
Недетерминированный и детерминированный конечный автомат.
МП-автоматы.
Предмет исследования искусственного интеллекта. Трудно формализуемые задачи проектирования. Классификация моделей представления знаний. Формальные системы. Исчисление предикатов первого порядка. Автоматическое доказательство теорем. Метод резолюции.
Языки искусственного интеллекта. Фреймовые модели представления знаний. Представление задач в пространстве состояний. Графовые и гиперграфовые модели. И-ИЛИ деревья. Методы поиска в пространствах состояний. Продукционные системы и методы поиска решений. Семантические сети.
Экспертные системы. Подсистемы накопления знаний, общения, объяснения. Модели нечетких знаний. Нечеткие множества. Структуры интеллектуальных подсистем САПР. Их разновидности и методы построения. Примеры интеллектуальных подсистем САПР и способов их реализации.
Классификация задач конструкторского проектирования. Иерархическое проектирование. Топологическое проектирование. Математические модели в задачах конструкторского проектирования.
Алгоритмы геометрического и топологического синтеза. Переборные, последовательные и итерационные алгоритмы. Синтез форм деталей. Анализ и верификация конструкций. Примеры конструкторских САПР и их проектирующих подсистем.
Взаимосвязь систем конструкторского и технологического проектирования. Иерархические уровни технологического проектирования. Структурно-логические и функциональные модели.
Синтез технологических маршрутов обработки и сборки изделий. Информационное обеспечение АСТПП. Унификация описаний технологической информации. Таблицы решений. Разработка оптимального технологического маршрута. Формализация задачи базирования. Примеры систем АСТПП. Подготовка управляющих программ для станков. Автоматизация подготовки и выпуска конструкторско-технологической документации
Специализация «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»
Функции и архитектура систем управления (администрирования) сетями. Функциональные группы задач управления. Многоуровневое представление задач управления. Архитектуры систем управления сетями. Схема менеджер — агент. Структуры распределенных систем управления. Платформенный подход.
Стандарты систем управления на основе протокола SNMP. Концепции SNMP-управления. Примитивы протокола SNMP. Структура SNMP MIB. Недостатки протокола SNMP.
Стандарты управления OSI. Агенты и менеджеры. Управление системами, управление уровнем и операции уровня. Информационная модель управления. Управляющие знания и деревья знаний. Использование древовидных баз данных для хранения управляющих знаний. Правила определения управляемых объектов. Протокол CMIP и услуги CMIS. Управление виртуальными сетями.
Средства мониторинга и анализа локальных сетей. Анализаторы протоколов. Сетевые анализаторы. Кабельные сканеры и тестеры. Многофункциональные портативные приборы мониторинга. Мониторинг локальных сетей на основе коммутаторов. Наблюдение за трафиком.
Система как объект проектирования: структурная и функциональная организация системы, общие свойства систем, эффективность системы, параметры и характеристики системы, понятие процесса, классификация систем и процессов.
Структурная и динамическая модель компьютерной сети модель. Средства моделирования и проектирования на основе Mathcad.
Проектирование компьютерной сети. Этапы проектирования и их автоматизация. Моделирование зоны покрытия беспроводной сети. Моделирование параметров сетевых технологий, выбор сетевого оборудования.
Основные понятия распределенных вычислительных систем. Определения. Промежуточное программное обеспечение. Классификация распределенных вычислительных систем.
История развития распределенных вычислений. Три поколения систем распределенных вычислений.
Технология одноранговых сетей (peer-to-peer - равный-к-равному (Р2Р-сетей)). Структура Р2Р сети. Алгоритмы работы Р2Р сетей. Применение технологий Р2Р.
Технологии Грид. Архитектура Грид. Примеры систем Грид.
Облачные вычисления. Определение облачных вычислений. Многослойная архитектура облачных приложений. Инфраструктура как сервис (IaaS). Платформа как сервис (PaaS). Программное обеспечение как сервис (SaaS). Виды облаков.
3Литература
Основная (базовый профессиональный цикл).
Смирнов Ю.А., Соколов С.В. , Титов Е.В. Основы микроэлектроники и микропроцессорной техники. М.: Лань, 2013.
Куприянов М.С. Матюшкин Б.Д. Цифровая обработка сигналов: процессоры, алгоритмы, средства проектирования. СПб.: Политехника, 2000.
Челлис Дж, Перкинс Ч., Стриб М. Основы построения сетей: Учебное руководство для специалистов MCSE. М.: Лори. 1997.
Андерсон К., Минаси М. Локальные сети: Полное руководство. М.: Энтроп, 1999.
Флинт Д. Локальные сети ЭВМ: архитектуры, принципы построения, реализация. М.: Финансы и статистика, 1986.
Лоу Д. Компьютерные сети для чайников. М.: Диалектика, 1994.
Мартин Дж. Организация баз данных в вычислительных системах. М.: Мир, 1980.
Зайцев С.С., Кравцунов М.И., Ротанов С.В. Сервис открытых информационно-вычислительных сетей: Справочник. М.: Радио и связь, 1990.
Петраков А.В. Основы практической защиты информации: Учебное пособие для ВУЗов. М.: Радио и связь, 2001.
Романец Ю.В. и др. Защита информации в компьютерных системах и сетях. М.: Радио и связь, 2001.
Буч Г. Объектно-ориентированное проектирование с примерами применения. М.: Конкорд, 1992.
Дюбуа Д., Прад А. Теория возможностей. Приложение к представлению знаний в информатике. М.: Радио и связь, 1990.
Вирт Н. Алгоритмы и структуры данных. М.: Мир, 1989.
Коутс Р., Влейминк И. Интерфейс "человек-компьютер". М.: Мир, 1990.
Гордеев А.В., Молчанов А.Ю. Системное программное обеспечение. СПб.: Питер, 2001.
Молчанов А.Ю. Системное программное обеспечение: Учебник для вузов. СПб.: Питер, 2003.
Олифер В.Г., Олифер Н.А. Сетевые операционные системы. СПб.: Питер, 2002.
Иванова Г.С. Технология программирования: Учебник для вузов. М.: МГТУ им. Н.Э Баумана, 2003.
Иванова Г.С., Ничушкина Т.Н., Пугачев Е.К. Объектно-ориентированное программирование: Учебник для вузов. М.: МГТУ им. Н.Э Баумана, 2003.
Орлов С.А. Технологии разработки программного обеспечения: Учебник. СПб.: Питер, 2002.
Брауде Э. Технология разработки программного обеспечения. СПб.: Питер, 2004.
Коннолли Т., Бегг К. Базы данных: проектирование, реализация, сопровождение. Теория и практика: Учебное пособие. М.: Вильяме, 2003.
Дейт К. Введение в системы баз данных. М.: Вильяме, 2005.
Грабер М. SQL. Бестселлер #1. М.: Лори, 2001.
Карпова И.П. Введение в базы данных: Учебное пособие. М.: МГИЭМ, 2003. с.
Веллинг Л., Томсон Л. Разработка Web-приложений с помощью PHP и MySQL. М.: Издательский дом “Вильямс”. 2008.
М. Шлее Qt 4.8. Профессиональное программирование на C++. BHV.: Москва, 2012.
Бьёрн С. Программирование: принципы и практика использования C++. М.: Вильямс, 2011.
Павловская Т.А. С/C++. Программирование на языке высокого уровня. СПб.: Питер, 2003.
Дополнительная (Специализации).
Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования. Учебник для вузов.- М: МГТУ им. НЭ Баумана, 2002.
Головицына М.В. Информационные технологии проектирования радиоэлектронных средств. Учебник. 2008
Норенков И.П., Кузьмик П.К. Информационная поддержка наукоемких изделий. CALS-технологии.М.: Изд-во МГТУ им. НЭ Баумана, 2002.
Вермишев Ю.Х. Основы автоматизации проектирования. М.: Радио и связь, 1988. – 280 с.
Алексеев О.В. и др. Автоматизация проектирования радиоэлектронных средств: Учебное пособие для вузов. М.: Высшая школа, 2000.
Мироненко И.Г. и др. Автоматизированное проектирование узлов и блоков РЭС средствами современных САПР: Учебное пособие для вузов. М.: Высшая школа, 2002.-391 с.
Корчак С.Н. и др. Системы автоматизированного проектирования технологических процессов, приспособлений и режущих инструментов: учебник для вузов. - М.: Машиностроение, 1988.
С.Новалис. Access 2000. Руководство по VBA. М.: Издательство «Лори», 2001
Дж.Ф.Люгер. Искусственный интеллект (стратегии и методы решения сложных проблем). Изд. дом "Вильямс", СПб, Киев, 2003.
Маглинец Ю.А. Анализ требований к автоматизированным информационным системам. Учебное пособие. М.: Интернет – университет информационных технологий, 2008.
***
Сташин В.В., Урусов Ф.В. Мологонцева О.Ф. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах. М.: Энергоатомиздат 1990.
Ремизевич Т.В. Микроконтроллеры для встраиваемых приложений. М.: Додека, 2000.
Щелкунов Н.Н., Дианов А.П. Микропроцессорные средства и системы. М.: Радио и связь, 1989.
Гук М. Аппаратные средства IBM PC. СПб.: ПитерКом, 2002
Столлингс В. Структурная организация и архитектура компьютерных систем, М.: Вильямс, 2002.
Мюллер Ск. Модернизация и ремонт ПК. М.:Диалектика, 1997.
Мячев А.А Интерфейсы средств вычислительной техники Радио и связь, 1993.
Хоровиц П, Хилл У. Искусство схемотехники. М.: Мир, 2003.
Стандарт RS232. http://www.softelectro.ru/rs232.html
USB 3.0 Specifications. www.usb.org
Kush Amerasinghe “H.264 For the Rest of Us”. Adobe Systems Inc. http://wwwimages.adobe.com/www.adobe.com/content/dam/Adobe/en/devnet/video/articles/h264_primer/h264_primer.pdf
Kazunori Sugiura “Getting Started with DVTS” Keio University. http://www.apricot.net/apricot2005/slides/T3-1.pdf
Adobe Video Solutions for Higher Education. Adobe Systems Inc. 2009. http://www.adobe.com/education/solutions/hed/video/pdfs/solhighered_sb_df_v5.pdf
Abhishek Ranjan, Jeremy Birnholtz, Rorik Hernikson, Ravin Balakrishnan, Dana Lee “Automatic Camera Control Unit Unobtrusive Vision and Audio Tracking” University of Toronto. http://www.aranjan.com/Docs/CameraControl_GI2010.pdf
Jack, Keith (2005) Video Demistified. Elsevier, USA. ISBN 0-7506-7822-4
Соколов А. Г. Монтаж: телевидение, кино, видео. Издательство «625»,2001.
***
Олифер Н.А., Олифер В.Г. Компьютерные сети. Принципы. Технологии. Протоколы: Учебник. СПб: Питер, 2001.
Максименко А.В., Селезнев М.Л. Основы проектирования информационно-вычислительных систем и сетей ЭВМ. М.: Радио и связь, 1991.
Алиев Т.И. Основы моделирования дискретных систем: учебное пособие. СПб.: СПбГУ ИТМО, 2009.
Радченко, Г.И. Распределенные вычислительные системы. Челябинск.: Фотохудожник, 2012.
|