ПРОГРАММА 09.04.01 Информатика и вычислительная техника на направление подготовки

Правила приема-2014 в ФГБОУ ВПО «ТГТУ» (Магистратура Программа вступительного испытания)
ПРОГРАММА
вступительного испытания для поступающих в 2014 году
на направление подготовки
09.04.01 Информатика и вычислительная техника
по магистерской программе
09.04.01.01 Модели, методы и программное обеспечение анализа проектных
решений
1. Теоретические основы разработки САПР.
1.1. Анализ предметной области проектирования САПР.
Понятие автоматизации проектирования. Основные функции САПР.
Необходимые условия разработки САПР. Основные принципы создания
САПР. Понятие и назначение подсистем САПР. Проектирующие и
обслуживающие подсистемы. Программно-технические и программнометодические комплексы САПР. Виды комплексов средств и компонентов
САПР. Протоколы взаимодействия подсистем и комплексов САПР.
Компоненты видов обеспечения САПР; математическое обеспечение,
программное обеспечение, техническое обеспечение, лингвистическое
обеспечение, методическое и организационное обеспечение. Формализация
процесса проектирования. Способы организации проектирования. Приемы
проектирования программно-аппаратных комплексов. Системотехническая
деятельность и ее содержание. Роль и место элементов искусственного
интеллекта в автоматизации проектных работ.
1.2. Вычислительная математика.
Теоретические основы численных методов: точность вычислений,
устойчивость метода. Методы решения нелинейного уравнения. Понятие
сжимающего отображения и теория о сходимости метода простой итерации.
Прямые и итерационные методы решения СЛАУ. Численные методы
решения систем нелинейных уравнений.
Постановка задачи интерполяции табличной функции. Методы Лагранжа,
Ньютона с разделенными и конечными разностями для ее решения.
Постановка задачи аппроксимации табличной функции, метод наименьших
квадратов
для
ее
решения.
Численное
интегрирование
и
дифференцирование. Постановка задачи Коши. Методы Эйлера и РунгеКутта для ее решения.
1.3. Математическое моделирование объектов проектирования; значение
математических моделей.
Определение математической модели и математического моделирования.
Назначение моделей. Классификация ММ и способы получения. Точность,
2
адекватность и экономичность ММ. Понятие макромодели. Области
адекватности моделей. Особенности составления математических моделей
различных
объектов
аналитическим,
экспериментальным
и
экспериментально-аналитическими
методами.
Аналогии
между
подсистемами. Топологические и компонентные уравнения. Эквивалентные
схемы
однородных
подсистем:
электрических,
механических,
гидравлических, пневматических, тепловых, массообменных, химикотехнологических. Способы формирования математических моделей систем:
обобщенный, узловой. Методы решения краевых задач. Метод конечных
разностей. Погрешности аппроксимации. Устойчивость разностных схем.
Явные и неявные разностные схемы. Метод конечных элементов. Метод
сведения к обыкновенным дифференциальным уравнения с параметром
(метод характеристик).
1.4. Оптимизация в САПР.
Математическая
постановка
задач
оптимизации.
Критерии
оптимальности: частный, аддитивный, мультипликативный, максиминный.
Виды ограничений. Классификация задач: задачи безусловной и условной
оптимизации, одномерной и многомерной оптимизации, задачи
нелинейного, линейного, целочисленного программирования, задачи
оптимального управления. Общая характеристика численных методов их
решения. Методы спуска. Конечношаговые и бесконечношаговые методы.
Порядок методов. Критерии окончания поиска. Одномерная оптимизация.
Необходимое и достаточное условия оптимальности. Методы половинного
деления, "золотого" сечения, Фибоначчи. Многомерная оптимизация.
Необходимое и достаточное условия оптимальности. Методы нулевого
порядка (покоординатного спуска, Пауэлла, симплексный). Методы первого
порядка (градиентный, наискорейшего спуска, сопряженных градиентов).
Метод «оврагов». Нелинейное программирование. Задачи с ограничениямиравенствами. Необходимое и достаточное условия оптимальности. Метод
множителей Лагранжа. Задачи с ограничениями-неравенствами. Седловая
точка функции Лагранжа. Методы решения задач нелинейного
программирования: прямые (прямой поиск с возвратом, проекции
градиента), штрафных функций (с внутренними и внешними функциями
штрафа). Решение общей задачи математического программирования
комбинированным методом штрафных функций. Примеры вариационных
задач. Определение функционала. Приращение и вариация функционала.
Постановка вариационных задач (возможные критерии, связи, ограничения,
краевые условия). Простейшая вариационная задача. Уравнения Эйлера,
Эйлера-Пуассона. Частные случаи интегрируемости уравнения Эйлера.
Численные методы решения уравнения Эйлера. Методы пристрелки,
прогонки. Прямые методы решения вариационной задачи - методы Ритца,
Канторовича, конечно-разностный метод Эйлера. Вариационные задачи на
условный экстремум. Вид уравнений связей - голономные, неголономные,
3
изопериметрические. Необходимые условия оптимальности в задачах на
условный экстремум. Методы решения вариационных задач на условный
экстремум.
1.5. Искусственный интеллект в САПР.
Интеллектуализация САПР. Основные причины, способы и подходы.
Экспертные системы. Назначение, компоненты, способы представления
знаний. Способы построения экспертных систем. Методология и технология
разработки экспертных систем. Уровни и трудности разработки экспертных
систем. Перспективы развития. Представление в ЭВМ нечетких знаний.
Модели поиска решений.
2. Разработка программных средств САПР.
2.1. Основы алгоритмизации.
Понятия вычислительного алгоритма. Эффективность алгоритма.
Сравнение алгоритмов. Методы формализации алгоритмов. Программные
средства реализации алгоритмов. Языки программирования.
2.2. Операционная среда ЭВМ и САПР. Системное программирование.
Типы операционных систем. Виды доступа пользователя к ресурсам
системы. Режимы использования ЭВМ. Современные методы защиты
информации.
Факторы,
способствующие
повышению
уязвимости
информации. Основные каналы потери информации. Принципы обеспечения
безопасности систем с использованием ЭВМ. Операционные системы
современных вычислительных комплексов. MS-DOS, UNIX, Windows NT,
Windows 95, Windows 98, Windows 2000, Windows ME, Windows XP.
2.3. Лингвистическое, информационное и программное обеспечение САПР.
Сравнительная характеристика языков программирования: Си, С+, С++ и
Паскаль. Языки САПР. Требования к языкам программирования.
Автономные и расширенные языки, командные и диалоговые языки.
Требования к командным языкам. Языковые процессоры. Концепция баз
данных. Модели данных. Информационный фонд и информационное
обеспечение САПР. Банк данных, СУБД и база данных. Уровни абстракции
при представлении данных. СУБД. Языки описания и манипулирования
данными. Общий алгоритм работы СУБД. Физическая организация баз
данных (представление структур данных в памяти ЭВМ). Представление
древовидных структур в форме линейного списка. Методы вычисления
адреса, записей. Проектирование баз данных. Основные этапы
проектирования баз данных. Формирование и анализ требований.
Инфологическое, логическое, физическое проектирование. Стандартные
СУБД в САПР. Классификации в СУБД. Обзор современных СУБД.
4
Основные подходы к разработке ПО. Методы программирования. Структура
программного обеспечения.
2.4. Программные средства геометрического моделирования и машинной
графики.
Базовые растровые алгоритмы (вывод двумерных примитивов, окна,
заполнение области, текстуры). Алгоритмы сжатия графических данных.
Геометрические 2D и 3D преобразования. Проекции трехмерных объектов.
Методы задания 3D объектов. Алгоритмы удаления скрытых поверхностей
(z-буфер, метод приоритетов, метод Варнока, BSP-дерево и т.п.). Алгоритмы
построения теней в машинной графике. Модели освещения. Алгоритмы
закраски Гуро и Фонг. Реалистическая графика (обратная трассировка луча).
Параметрические кривые и поверхности (Безье и Эрмита) в машинной
графике. Графические форматы (BMP, PNG, GIF и JPEG).
3. Аппаратные средства ЭВМ и САПР.
3.1. Организация ЭВМ и систем.
Принципы
построения
и
функционирования
ЭВМ.
Принцип
программного управления. Основные характеристики ЭВМ. Основные
характеристики центрального процессора (ЦП). Исполнительный цикл
процессора. Классификация ЭВМ. Представление данных в ЭВМ. Способы
адресации. Система портов ввода-вывода. Система прямого доступа к
памяти (DMA). Классификация процессоров (CISC и RISC). Организация
конвейера процессора ЭВМ. Три класса конвейерных конфликтов.
Классификация процессоров фирмы Intel®. Внешняя память (винчестеры и
оптическая память) и их интерфейсы.
3.2. Микропроцессорные средства и системы ЭВМ и САПР.
Использование Булевой алгебры для анализа и синтеза логических
электронных схем. Таблицы истинности, совершенные нормальные формы
представления булевых функций. Методы минимизации булевых функций.
Классификация микропроцессоров. Тенденция развития микропроцессоров.
Основные направления применения микропроцессоров. Микроконтроллеры
параллельного ввода-вывода. Микроконтроллеры последовательного вводавывода. Компьютерные вирусы. Антивирусные программы. Методы
обнаружения и удаления компьютерных вирусов. Автономная отладка
микропроцессорных
средств
и
систем.
Комплексная
отладка
микропроцессорных средств и систем. Основы построения
систем
поддержки разработки микроЭВМ, отладка программного и аппаратного
обеспечения, языки высокого уровня для микроЭВМ.
3.3. Техническое обеспечение ЭВМ и САПР.
5
Периферийные устройства ЭВМ. Внешние запоминающие устройства.
Печатающие устройства. Электромеханические устройства машинной
графики. Устройства оперативной связи человека с ЭВМ - дисплеи.
3.4. ЭВМ, комплексы, сети и автоматизированные системы проектирования
и управления.
Принцип действия ЭВМ, их общая структура. Информационная,
программная и аппаратная совместимость ЭВМ. Магистрально-модульный
принцип построения ЭВМ. Персональные ЭВМ, особенности их структуры и
применения. Назначение и структура процессора. Понятия системы команд и
методов адресации. Принципы организации памяти. Оперативные, внешние,
постоянные запоминающие устройства. Принципы организации системы
прерываний. Понятие уровней прерывания. Последовательность обработки
прерываний. Особенности системы прерываний малых ЭВМ и
микропроцессоров. Понятие телеобработки. Терминальные сети. Системная
телеобработка. Сетевая телеобработка. Локальные сети ЭВМ. Каналы связи.
Асинхронная и синхронная передача информации. Понятие протоколов и их
иерархия. Открытые вычислительные сетевые структуры. Эталонная модель
взаимосвязи открытых систем. Понятие параллельной обработки
информации. Транспьютеры. Использование транспьютеров в базовых
вычислительных
комплексах
САПР.
Программное
обеспечение
транспьютерных систем.
3.5. Аппаратные средства машинной графики.
Видеомониторы, графопостроители, джойстики, устройство “мышь”.
Основные схемы построения буферов кадров (ч/б, монохромного и
цветного). Стандарты на графические адаптеры IBM-совместимых ПЭВМ
(VGA, SVGA и VESA). Палитра графических адаптеров. Программирование
современных графических карт.
4. Разработка, использование и эксплуатация САПР.
4.1. Разработка САПР.
Экономическое обоснование разрабатываемой САПР. Системное
единство при разработке технического, программного, лингвистического,
информационного, методического и организационного обеспечения САПР.
Проектно-техническая документация. Методы синтеза структур САПР.
Использование экспертных систем. Разработка, отладка, испытание
компонентов САПР. Задачи анализа САПР и ее частей. Аналитическое и
имитационное моделирование САПР.
4.2. Автоматизация конструкторского и технологического проектирования.
Последовательность
конструирования
новых
объектов.
Задачи
топологического и параметрического синтеза при конструировании новых
6
объектов. Основные понятия технологической подготовки производства и
методы ее автоматизации. Оптимизационные задачи, решаемые при
автоматизации технологической подготовки производства. Технологическая
подготовка производства при использовании станков с ЧПУ. Графическое
моделирование траектории движения инструмента для автоматизированного
тестирования программ ЧПУ. Автоматизация технологической подготовки
гибких
производственных
систем.
Автоматизированные
системы
проектировании и технологической подготовки производства.
5. Современный уровень и перспективы развития САПР.
Современные микропроцессоры, применяемые в ЭВМ. Система PS/2,
VAX и другие суперЭВМ, станции фирм NEC, IBM, SUN, APPLE и другие.
Новейшие интеллектуальные средства диалога с ЭВМ в САПР.
Основные версии системы UNIX, OS-2, MS DOS, WINDOWS.
Программная поддержка сетевых комплексов. Параллельная обработка
заданий в передовых ЭВМ и САПР.
Эргономика, дизайн, интеллектуализация диалога с ЭВМ САПР.
6. Базы данных.
Назначение и основные компоненты баз системы данных; обзор
современных систем управления базами данных (СУБД); уровни
представления баз данных; понятия схемы и подсхемы; модели данных;
иерархическая, сетевая и реляционная модели данных; схема отношения;
язык манипулирования данными для реляционной модели; реляционная
алгебра и язык
SQL; проектирование реляционной базы данных,
функциональные зависимости, декомпозиция отношений, транзитивные
зависимости, проектирование с использованием метода сущность – связь;
изучение одной из современных СУБД по выбору; создание и модификация
базы данных; поиск, сортировка, индексирование базы данных, создание
форм и отчетов; физическая организация базы данных; хешированные,
индексированные файлы; защита баз данных; целостность и сохранность баз
данных.
ЛИТЕРАТУРА
1. Норенков И.П. САПР. 3-я книга. М.:В. школа, 1986.
2. Федорчук В.Г., Черненький В.М. Сапр. М.: В. школа, 1986
3. Норенков И.П., Маничев Б.П. Основы теории и проектирования
САПР. М.:В. школа, 1990
4. Хоффман Л.Д., Бэк. Современные методы защиты информации.
М.:Советское радио, 1980
5. Фролов Г.Д., Кузнецов Э.И. Элементы информатики. М.:В. школа,
1989.
6. Уотермен Д. Руководство по экспертным системам. М.: Мир, 1989
7
7. Системы управления гибким автоматизированным производством.
Уч. пособие / Под редакцией Краснопрошенной
А.А. К.:В. школа, 1987
8. Лысенко З.В. Проектирование автоматизированных систем
управления технологическим процессом. М.:Радио и связь, 1987
9. Управление гибкими производственными системами. Модели и
алгоритмы . Под редакцией Емельянова С.В. М.:Машиностроение, 1987
10. Справочник по САПР /А.П.Будя и др./ Под редакцией Скурихина
В.И. К.:Техника, 1988
11. Майоров С.А., Новиков Т.И. Структура электронных
вычислительных машин. Л.:Машиностроение, Ленинградское отделение,
1979.
12. Нешумова К.А. ЭВМ и системы. М.:В. школа, 1989
13.Технические средства и опреационные системы /Жук Д.Н.,
Мартынюк, Сомов П.А. /Под редакцией Норенкова И.П. М.: В. школа, 1986
14. Малые ЭВМ и их применение /Дедов Н.А., Островский М.А. и др./
Под редакцией Наумова Б.Н. М.:Статистика, 1980.
15. Захаров Н.П., Хомяков К.С. Конструирование периферийных
устройств ЭВМ. М.:Радио и связь, 1984
16. Ларионов А.М. и др. Вычислительные комплексы, системы и сети.
Учебник для вузов. Л.: Энергоатомиздат, 1987.
17.Системы автоматизированного проектирования. Учебное пособие
для вузов, 9 книга, кн.2, 1986.
18. Фоли Дж.А. вэн Дэм. Основы интерактивной машинной графики.
М.: В. школа, 1985.
19. Райан Д. Инженерная графика в САПР. М. :Мир, 1985.
20. Бергмаузен Т., Шлив П. Система автоматизированного
проектирования. М.:Радио и связь, 1989.
21. Роджерс Д. Алгоритмические основы машинной графики. М.:Мир,
1989
22. Рафикузаман. М.: Мкропроцессоры и машинное проектирование
микропроцессорных систем. М.:В. школа, 1988.
23. Петренко А.И., Силеков О.И. Основы пострения систем
автоматизированного проектирования микропроцессорных систем. М.:В.
школа, 1988.
24. Зелковиц М., Шоу А., Гэннон Дж. Принципы разработки
программного обеспечения. М.:В.школа, 1985.
25. САПР изделий и технологический процессов в машиностроении.
Под редакцией Аллика Р.А. Л.:Машиностроение, 1986.
26. Рыжов З.В., Аверченков В.И., Оптимизация технологических
процессов механической обработки. К.: Наук. думка, 1989.
27. Дудников Е.Т., Балакирев В.С., Цирлин А.М. Построение
математических моделей химико-технологических объектов. М.:Химия, 1970
28. Закгейм А.М. Введение в моделирование химико-технологических
процессов. М.:Химия, 1982.
8
29. Автоматизация проектирования аналого-цифровых устройств.
/Под редакцией Гитиса Э.И./ М.: Энергоатомиздат, 1987
30. Робачевский А.М. Операционная система UNIX. СПб:BHV –
Санкт-Петербург, 1997
31. Б.Керниган, Р.Пайк. UNIX - универсальная среда
программирования, /пер. с английского/ М.:Финансы и статистика, 1992
32. Амосов А.А., Дубинский Ю.А., Копченова Н.В. Вычислительные
методы для инженеров. М: Высшая школа, 1994 г.
33. Самарский А.А., Гулин А.В. Численные методы. М: Наука, 1989 г.
34. Табунщиков Ю.А. Математическое моделирование и оптимизация
тепловой эффективности зданий / Ю. А. Табунщиков, М. М. Бродач. - М.:
АВОК-ПРЕСС, 2002. - 194с. Режим доступа: Библиотека ТГТУ.
35. Математическое моделирование и оптимизация химикотехнологических процессов: Практ. руководство / В. А. Холоднов, В. П.
Дьяконов, Е. Н. Иванова, Л. С. Кирьянова. - СПб.: Профессионал, 2003. 480с. Режим доступа: Библиотека ТГТУ.
36. Измаилов А.Ф. Численные методы оптимизации: Учебное пособие /
А. Ф. Измаилов, М. В. Солодов. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. - 304 с. Режим
доступа: Библиотека ТГТУ.
37. Дворецкий С.И. Компьютерное моделирование и оптимизация
технологических процессов и оборудования: Учеб. пособие / С. И.
Дворецкий, А. Ф. Егоров, Д. С. Дворецкий; Тамб. гос. техн. ун-т. - Тамбов:
ТГТУ, 2003. - 224 с. Режим доступа: Библиотека ТГТУ.
38. Черноруцкий И.Г. Методы оптимизации в теории управления:
Учеб. пособие для вузов / И. Г. Черноруцкий. - СПб.: Питер, 2004. - 256 с.
Режим доступа: Библиотека ТГТУ.
39. Барботько А.И. Основы теории математического моделирования:
учеб. пособие для вузов / А. И. Барботько, А. О. Гладышкин. - Старый
Оскол: ООО "ТНТ", 2008. - 212с. Режим доступа: Библиотека ТГТУ.
40. Получение оптимальных проектных решений и их анализ с
использованием математических моделей. Лабораторный практикум /
Литовка Ю.В. - Тамбов, ТГТУ, 2006. - 165 с. Режим доступа: Библиотека
ТГТУ.