人工智能专业《操作系统》教学大纲

《操作系统》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：22130081课程性质：学科基础必修课学分：2.5学分学时：40学时（理论40学时）先修课程：数据结构与算法分析、程序设计基础等后续课程：计算机网络原理等适用专业：人工智能专业开课单位：智能工程学院一、课程说明《操作系统》是人工智能专业的一门学科基础必修课。课程内容从计算机操作系统的基本概念出发，循序渐进地介绍计算机操作系统进程的同步、互斥和通信、存储管理与虚拟存储管理、设备管理、文件管理等相关的知识。使学生在深刻理解计算机操作系统原理的基础上，在操作系统应用领域培养具有较强的分析问题和解决问题的能力，为学习相关课程及以后从事技术工作打下必要的基础。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：掌握操作系统的基本概念、基本原理和基本功能，理解操作系统的整体运行过程。为进一步学习其他软、硬件技术打下良好的理论基础，并能将操作系统的原理、思想应用到实际工作中，学会分析问题和解决问题。课程目标2：理解操作系统核心管理机制，包括存储器管理、进程控制、文件管理、设备管理和接口管理，能深入体会其中经典算法的思想和模型，理解不同算法的优缺点。课程目标3：在教学中引导学生了解国产操作系统的发展历程，培养学生勇于担当操作系统自主可控伟大事业重任的爱国主义精神，民族自豪感和勤奋刻苦、努力拼搏的创新精神与工匠精神。三、课程目标与毕业要求《操作系统》课程教学目标对人工智能专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度2.问题分析2.1能够运用相关科学原理，识别和判断复杂工程问题的关键环节。课程目标1：掌握操作系统的基本概念、基本原理和基本功能，理解操作系统的整体运行过程。为进一步学习其他软、硬件及技术打下良好的理论基础，并能将操作系统的原理、思想应用到实际工作中，分析问题和解决问题。课程目标3：在教学中引导学生了解国产操作系统的发展历程，培养学生勇于担当操作系统自主可控伟大事业重任的爱国主义精神，民族自豪感和勤奋刻苦、努力拼搏和创新精神与工匠精神。M3.设计/开发解决方案3.1掌握工程设计和系统开发的基本方法和技术，能够了解影响设计目标和技术方案各种因素。课程目标2：理解操作系统核心管理机制，包括存储器管理、进程控制、文件管理、设备管理和接口管理，能深入体会其中经典算法的思想和模型，理解不同算法的优缺点。课程目标3：在教学中引导学生了解国产操作系统的发展历程，培养学生勇于担当操作系统自主可控伟大事业重任的爱国主义精神，民族自豪感和勤奋刻苦、努力拼搏和创新精神与工匠精神。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配1.理论部分理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时对应的课程目标1.操作系统概述1.1操作系统的产生和发展1.2操作系统的特征1.3操作系统的功能1.4操作系统类型教学要求：使学生掌握操作系统的产生和发展过程，以及操作系统的特征、功能和操作系统的类型。重点:掌握操作系统的特征和功能；难点:操作系统特征的理解。41、32.进程与线程2.1进程的概念2.2进程状态及组成2.3进程控制2.4线程教学要求：使学生了解进程的概念、存在的状态以及组成，掌握进程和线程的区别以及进程的各状态转换过程。重点:掌握进程和线程的概念，进程和线程的创建、控制与撤销；难点:进程状态转换，进程控制。61、23.进程同步3.1进程同步概念3.2信号量机制3.3经典进程同步与互斥问题3.4管程教学要求：让学生掌握进程同步的意义、概念和方法；掌握临界区的概念及进程同步的四个准则；掌握用信号量机制来解决进程的同步问题；理解管程机制。重点:进程同步与互斥、信号量机制；难点:进程同步与互斥问题的分析与解决。82、34.调度与死锁4.1调度类型与准则4.2调度算法4.3死锁的基本概念4.4死锁预防与避免4.5死锁检测与解除教学要求：使学生了解进程的调度类型以及死锁的基本概念，掌握预防、检测和避免死锁的方法。重点:进程的调度类型与准则，进程调度的算法，死锁的产生原因及其预防和避免。难点:进程调度算法，死锁的预防和避免，银行家算法。61、2、35.存储管理5.1程序装入和链接5.2连续分配存储管理方式5.3页式存储管理5.4段式存储管理5.5虚拟存储管理5.6页面置换算法教学要求：理解程序装入的过程和链接的作用；掌握页式存储、段式存储和段页式存储管理的思想；理解虚拟存储管理的概念和实现方法。重点:页式存储管理，段式存储管理。难点:地址映射，页式存储管理，段式存储管理，页面置换算法。81、2、36.设备管理5.1I/O管理概述5.2I/O控制方式5.3I/O系统5.4磁盘管理5.5缓冲管理教学要求：掌握I/O控制方式；掌握I/O系统的中断处理和设备分配方式；理解磁盘管理、调度的思想和提高磁盘I/O速度方法。重点:I/O控制方式，I/O系统的中断处理、设备分配，磁盘管理、调度和缓冲，Linux的设备管理思想；难点:I/O控制方式，I/O系统的中断处理、设备分配，磁盘管理、调度和缓冲。41、27.文件管理7.1文件概述7.2文件结构和文件系统7.3目录7.4文件系统实现7.5文件系统可靠性7.6保护机制教学要求：了解文件结构和文件系统的作用；掌握文件系统的实现和可靠性保证机制；掌握文件系统的保护机制实现原理；重点:文件结构和文件系统，文件系统实现，文件系统的可靠性，保护机制。难点:文件系统实现，文件系统的可靠性，保护机制。41、3合计40五、教学方法及手段本课程以课堂讲授为主，学生比较全面地理解操作系统的工作过程，掌握操作系统中CPU、内存和存储的工作原理，采用启发式、讨论式教学和案例教学等，促进学生积极思考，开发学生的潜能，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；以“少而精”为原则，精选教学内容，精讲多练；安排习题课，巩固课堂所学知识；课程为校级精品课，提供灵活的自主学习平台。六、课程资源1.教材（1）汤小丹.梁红兵等.《计算机操作系统》（第四版）[M].西安:西安电子科技大学出版社,2014.2.参考书（1）AndrewSTanenbaum.《现代操作系统》第四版[M].北京:机械工业出版社,2017.（2）郁红英.《计算机操作系统》（第三版）[M].北京:清华大学出版社,2018.（3）徐小龙.《现代操作系统教程》[M].北京:人民邮电出版社,2022.3.期刊（1）赵伟,徐慧,邵黎勋等.supOS工业操作系统赋能未来工厂建设[J].数字经济,2021(12):50-55（2）王拥军,王飞跃,王戈,王晓等.平行医院:从医院信息管理系统到智慧医院操作系统[J].自动化学报,2021,47(11):2585-2599（3）石剑君,计卫星,石峰.操作系统内核并发错误检测研究进展[J].软件学报,2021,32(07):2016-2038（4）何森,迟万庆.一种操作系统内存初始化优化算法[J].计算机工程与科学,2020,42(10):1784-1790（5）ChoChaeho,SeongYeonsang,WonYoojae.MandatoryAccessControlMethodforWindowsEmbeddedOSSecurity[J].Electronics,2021,10(20):2478-24784.网络资源（1）中国大学MOOC.操作系统[EB/OL]./course/NJTU-1003245001,2022-02-19/2022-5-18（2）中国大学MOOC.计算机操作系统[EB/OL]./course/QDU-1206575805?tid=1450725780,2021-09-04/2022-5-18（3）学堂在线.操作系统[EB/OL]./course/sdut08091005498/16909455,2022-03-1/2022-6-7七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表3。表3课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核课堂表现15（1）根据课堂出勤情况和课堂回答问题情况进行考核，满分100分。（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√852作业20（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分。（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√1055阶段测试15（1）主要考核学生对阶段所学内容的复习、理解和掌握程度，满分100分。（2）每次测试单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以测试成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√753期末考核50（1）卷面成绩100分，以卷面成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。（2）主要考核进程概念、进程创建、进程调度方法、死锁的产生过和避免、存储管理、IO管理等内容。（3）考试题型为：选择题、填空题、判断题、简答题、分析计算题等。√√√202010合计：100分453520八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、作业、阶段测试、期末考试等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由期末试卷成绩和过程性考核成绩组成。其中：期末试卷成绩为100分（权重50%），试题类型为选择题、填空题、判断题、简答题和综合题等类型，试卷中基本知识、基本理论、基本技能的试题分值不超过50%，综合型或分析型题目分值不低于50%；课堂表现、作业、阶段测试等过程性考核成绩为100分（权重50%）；过程性考核和考试试题分值分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例。2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表4。表4过程性考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60课堂表现30笔记完整，积极参与教学活动，踊跃回答问题，准确率大于90%。笔记完整，认真参与教学活