Архітектура кіберфізичних систем
Спеціальність: Комп'ютерна інженерія
Код дисципліни: 6.123.04.E.312
Кількість кредитів: 4.00
Кафедра: Електронні обчислювальні машини
Лектор: Мельник А.О.
Семестр: 7 семестр
Форма навчання: денна
Результати навчання: Вивчення будови і організації функціонування кіберфізичних систем та їхніх компонентів на різних рівнях.
В результаті вивчення навчальної дисципліни студент повинен бути здатним
продемонструвати такі результати навчання:
1. Знати основні типи архітектури КФС, їхню багаторівневу ієрархічну організацію.
2. Розуміти співвідношення поміж архітектурою і технологіями.
3. Розуміти вплив архітектури і технологій на продуктивність КФС.
4. Знати способи та засоби вимірювання продуктивності комп’ютерів.
5. Знати основи мікроархітектури апаратних засобів.
6. Знати загальні принципи і напрямки вдосконалення архітектури КФС.
7. Вміти розробляти архітектуру КФС, визначати систему її команд,
структуру даних, алгоритми функціонування, враховуючи розподіл функцій обробки інформації між апаратними і програмними компонентами.
8. Вміти розробляти архітектуру пам'яті КФС з урахуванням ієрархічного принципу її побудови і розподілу адресного простору між компонентами системи.
9. Вміти розробляти алгоритми обміну інформацією КФС з зовнішніми пристроями в режимах програмного опитування готовності, переривань і прямого доступу до пам'яті.
Вивчення навчальної дисципліни передбачає формування та розвиток у студентів компетентностей:
Загальних:
1. ЗК1. Базові знання в галузі інформаційних технологій, необхідні для освоєння професійно-орієнтованих дисциплін.
2. ЗК4. Здатність до аналізу і синтезу.
3. ЗК5. Здатність застосовувати знання на практиці.
4. ЗК6. Здатність здійснювати пошук та аналізувати інформацію з різних джерел.
5. ЗК7. Дослідницькі навики і уміння.
6. ЗК9. Уміння розв’язувати поставлені задачі та приймати відповідні рішення.
7. ЗК10. Здатність до письмової та усної комунікації українською мовою.
8. ЗК11. Знання іншої мови(мов).
9. ЗК14. Креативність, здатність до системного мислення.
10. ЗК15. Потенціал до подальшого навчання.
11. ЗК16. Відповідальність за якість виконуваної роботи.
12. Здатність працювати самостійно.
13. Розуміння соціальних аспектів застосування здобутих знань і пов’язаної з цим відповідальності.
Фахових:
1. ФК2. Знання архітектури комп’ютера.
2. ФК4. Володіння методами та засобами програмування мовами високого та низького рівня.
3. ФК5. Знання принципів роботи операційних систем.
4. ФК6. Сучасні уявлення про інформаційні технології.
5. ФК7. Володіння спеціалізованими програмними пакетами.
6. ФК12. Знання з обчислювальної техніки та програмування, володіння навичками роботи з комп'ютером для вирішення задач по спеціальності.
7. ФК16. Здатність використовувати та впроваджувати нові технології, брати участь в модернізації та реконструкції обладнання, пристроїв, систем та комплексів, зокрема з метою підвищення їх енергоефективності та удосконалення захищеності.
8. Підготовка з комп’ютерної електроніки.
9. Знання теоретичних (логічних та арифметичних) основ побудови сучасних КФС та їх архітектури, вміння застосовувати їх в процесі побудови та експлуатації при рішенні професійних завдань.
10. Знання схемотехнічних основ сучасних комп’ютерів.
11. Знання загально-методологічних принципів побудови сучасних КФС з різною організацією для забезпечення високопродуктивної обробки інформації.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Попередні:
Комп’ютерна логіка
Комп’ютерна схемотехніка
Архітектура компютера
Короткий зміст навчальної програми: Предмет «Архітектура кіберфізичних систем» охоплює комплекс питань, пов'язаних з теорією і принципами побудови та організації функціонування кіберфізичних систем. Вивчаються алгоритми виконання операцій обробки даних і принципи побудови вбудованих комп'ютерів кіберфізичних систем, структура та організація роботи засобів збору, передачі та опрацювання інформації, засобів прийняття рішень та засобів взаємодії з користувачем. Окрема увага приділяється питанням подальшого підвищення ефективності кіберфізичних систем.
Вивчення основних теоретичних положень підкріплюється практичними завданнями, які вирішуються на лабораторних роботах з використанням симуляторів.
Методи та критерії оцінювання: 1. Поточний контроль на лекції (без виставляння балів) як фронтальне або вибіркове індивідуальне усне опитування студентів за раніше викладеним матеріалом, особливо за розділами курсу, які необхідні для зрозуміння теми лекції, що читається, або ж для встановлення ступеня засвоєння матеріалу прочитаної лекції.
2. Поточний контроль на лабораторних заняттях у формі індивідуального опитування.
2. Поточний контроль на практичних заняттях у формі індивідуального опитування.
3. Письмова перевірка.
4. Усна перевірка у формі співбесіди.
5. Тестова перевірка.
Форми поточного контролю та максимальні бали за виконані завдання
Техніка безпеки.
ЛР 1. Практика роботи з симулятором КФС.
ЛР 2. Дослідження виконання програм в КФС.
ЛР 3. Взаємодія рівнів КФС.
ЛР 4. Взаємодія з фізичними процесами
ЛР 5. Дослідження технічних характеристик КФС.
Кожна робота по 6 балів.
Разом за ПК - 30
Письмова компонента - 40
Усна компонента - 30
Разом за дисципліну - 100.
Рекомендована література: Підручник:
1. Мельник А. О. Спеціалізовані комп'ютерні системи реального часу. Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”, Львів, 1998. – 60 с.
Інструкції до виконання лабораторних робіт:
1. Лабораторний практикум з дисципліни «Архітектура кіберфізичних систем», для студентів спеціальності 123.
8. Рекомендована література
Базова
1. Глухов В.С., Мельник А. О., Мельник В.А., Сало А.М. Кіберфізичні системи: багаторівнева організація та проектування. За редакції професора Мельника А.О. Львів. Магнолія-2006. 2019. – 230 с.
2. Бочкарьов О.Ю., Голембо В.А., Парамуд Я.С., Яцук В.О. Кіберфізичні системи: технології збору даних. За редакції професора Мельника А.О. Львів. Магнолія-2006. 2019. – 190 с.
3. Peter Marwedel. Embedded Systems Foundations of Cyber-Physical Systems, and the Internet of Things. Third Edition. 2018
4. Мельник А.О. Кіберфізичні системи: проблеми створення та напрями розвитку. Вісник Національного університету “Львівська політехніка” Комп’ютерні системи та мережі, № 806, 2014. - с.154?161.
5. Anatoliy Melnyk. Cyber-Physical Systems Multilayer Platform and Research Framework. Advances in Cyber-Physical Systems. Lviv Polytechnic Publishing House. V/1, N1, 2016. – pp. 1-6.
6. Мельник А.О. Інтеграція рівнів кіберфізичної системи / Вісник НУ «Львівська політехніка», Серія «Комп’ютерні системи та мережі», 2015, №830. – с. 61-67.
Допоміжна
2. Edward Lee, Cyber Physical Systems: Design Challenges. University of California, Berkeley Technical Report No. UCB/EECS-2008-8б, January 23, 8 p., 2008.
3. Jules White et al. R&D challenges and solutions for mobile cyber-physical applications and supporting Internet services, Journal of Internet Services and Applications, Volume 1, Number 1, May 2010. – pp. 45-56.
4. Jiafu Wan, Hehua Yan, Hui Suo, Fang Li, Advances in Cyber-Physical Systems Research, KSII Transactions On Internet And Information Systems, VOL. 5, NO. 11, November 2011. – pp.1891-1908.
5. E. A. Lee and S. A. Seshia, Introduction to Embedded Systems: A Cyber-Physical Systems Approach, Second Edition. http://leeseshia.org, 2015.
6. The 4th IEEE International Conference on Cyber-Physical Systems, Networks, and Applications (CPSNA 2016). Nagoya, Japan, October 6-7, 2016. http://www.cpsna.org/
7. White et.al. R&D challenges and solutions for mobile cyber-physical applications and supporting Internet services, Journal of Internet Services and Applications, May 2010, Volume 1, Issue 1, pp 45-56.
8. Mohammad Ilyas, Imad Mahgoub, Smart Dust: Sensor Network Applications, Architecture, and Design, CRC Press, 2006. – 352 p.
9. Stefan Poslad, Ubiquitous Computing: Smart Devices, Environments and Interactions, Wiley, 2009. – 473 p.
10. Ambient Intelligence, Werner Weber et al. (Eds.), Springer, 2005. – 388 p.
11. Hakima Chaouchi. The Internet of Things: Connecting Objects, John Wiley & Sons, 2010. – 265 p.
12. W. Wolf, “Cyber-physical systems,” Computer, vol. 42, no. 3, pp. 88? 89, Mar. 2009.
13. Мельник А.А. Процессоры обработки сигналов / Мельник Анатолий Алексеевич, 61, [2] с. ил. 20 см, Львов ИППММ, 1989.
14. Mельник А.А. Проектирование поточного процесса БПФ на специализированных БИС / Мельник А. А. - Львов : ИППММ, 1990. - 43,[1] с. : схем.; 20 см. - (Препр. АН УССР, Ин-т прикл. пробл. механики и математики; N 35-89).
15. Мельник А.О. Спеціалізовані комп’ютерні системи реального часу. – Львів: Держ. ун-т “Львівська політехніка”, 1996. – 54 с.
16. Мельник А.О. Програмовані процесори обробки сигналів (конспект лекцій) - Львів, ви-во НУ”Львівська політехніка”, 2000, р.-55с.
17. Коркішко Т., Мельник А., Мельник В. Алгоритми та процесори симетричного блокового шифрування. – Львів: БаК, 2003. – 168с.
18. Ємець В., Мельник А., Попович Р. Сучасна криптографія. Основні поняття. – Львів: БаК, 2003. – 144с.
19. Мельник А.О., Мельник В.А. Персональні суперкомп’ютери: архітектура, проектування, застосування. Видавництво НУ «Львівська політехніка», 2012, 600 с. Монографія.
20. «Кафедра ЕОМ: до 50-річного ювілею», За редакцією А.О. Мельника. Видавництво Львівської політехніки, 2013 р.
21. Мельник А.О. Пам’ять із впорядкованим доступом. Львівська політехніка, 2014. – 330с.
22. Anatoliy Melnyk. Design Basics of the OAM-Based Fast Orthogonal Transforms Processor IP Cores Generator, in: Recent Developments in Mathematics and Informatics, Contemporary Mathematics and Computer Science. Vol. 2, Ed. A. Zapala, Wydawnictwo KUL, Lublin 2016, Part II, Chapter 8, pp. 103-118. ISBN: 978-83- 8061-345- 4. http://www.wydawnictwokul.lublin.pl/sklep/product_info.php?cPath=26&products_id=3412&language=en
23. А.О. Мельник, І.Д. Яковлєва. Структурний аналіз і синтез паралельних алгоритмів: монографія – Чернівці : Чернівецький нац. ун-т, 2018. – 184 с. ISBN 978-966-423-431.