Web-орієнтована система для аналізу використання ресурсів комп’ютерної аудиторії студентами

 

 

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Тернопільський національний економічний  університет

 

 

 

Кафедра комп’ютерних наук

 

 

 

Кильнік Іван Федорович

 

Web-орієнтована система для аналізу використання ресурсів комп’ютерної аудиторії студентами

 

Магістерська робота

 

зі спеціальності 8.080403 “Програмне забезпечення автоматизованих  систем”

 

 

Науковий керівник

к.т.н., старший викладач 

(вчений ступінь, вчене  звання)

Піговський Юрій Романович 

(прізвище, ім’я, по батькові)

 

 

 

 

Магістерська робота допущена до захисту

 

“ ______ “ ____________________ 2011 р.

 

Керівник магістерської  програми

 

          Дивак М.П., д.т.н., професор 

(прізвище, ініціали, вчений ступінь,  вчене звання)

 

 

 

 

 

 

Тернопіль, 2011 р.

 

ТЕРНОПІЛЬСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ЕКОНОМІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Факультет комп’ютерних інформаційних технологій

Кафедра комп’ютерних наук

 

 

„ЗАТВЕРДЖУЮ”

Зав. кафедри КН

проф. Дивак М.П.

________________

 

"___" __________ 2011 р.

 

 

ЗАВДАННЯ

на виконання магістерської  роботи на здобуття освітньо-кваліфікаційного рівня “магістр” зі спеціальності "Програмне забезпечення автоматизованих систем"

 

 

студенту   Кильніку Івану Федоровичу  

(прізвище, ім'я, по-батькові)

 

Тема: Web-орієнтована система для аналізу використання ресурсів комп’ютерної аудиторії студентами 

 

План роботи та терміни пред’явлення розділів керівникові

 

	Назва розділу	Термін виконання
1.	Проблеми аналізу використання  комп’ютерних ресурсів	14 березня 2011 р.
2.	Розробка математичного і програмного  забезпечення системи 2.1. Математичне забезпечення системи 2.2. Проектування програмного забезпечення  системи	4 квітня 2011 р.
3.	Програмна реалізація і дослідження  системи 3.1. Реалізація системної частини  веб-орієнтовагого додатку 3.2. Реалізація прикладної частини  веб-орієнтовагого додатку 3.3. Експериментальні дослідження  відлагодження системи в процесі  експлуатації	4 травня 2011 р.

 

Перелік графічних (ілюстративних) матеріалів

Протокол спостережень користування ресурсами в аудиторії вищого  
 навчального закладу 

 

Термін повного завершення, оформлення та

подання на кафедру______________________________________________________

 

Керівник _______________________________________________________________

 

Завдання отримав _______________________________________________________

 

АНОТАЦІЯ

 

Тема магістерської роботи: Web-орієнтована система для аналізу використання ресурсів комп’ютеризованої аудиторії студентами

Проект містить 3 розділи загальним  об’ємом 94 сторінки, 7 додатків, 14 рисунків та 1 таблицю. В роботі використано посилання на 36 джерел.

Розроблене в магістерській  роботі теоретичне та програмне забезпечення призначене для автоматизації процесу моніторингу і аналізу кількісної інформації про тривалість інтерактивної взаємодії з комп’ютерними ресурсами. Його застосування суттєво скорочує час і трудомісткість оцінювання практичних навичок роботи студентів з комп’ютерними ресурсами та планування модернізації обладнання комп’ютерних аудиторій вищих навчальних закладів.

У результаті виконання магістерської  роботи отримано наступні наукові та практичні результати:

• вдосконалено методи для нагромадження і аналізу кількісних даних про використання комп’ютерних ресурсів, що на відміну від існуючих враховують тривалість інтерактивної взаємодії з користувачем.
• розроблено Web-орієнтоване програмне забезпечення для аналізу і візуалізації даних про користування комп’ютерними ресурсами вищих навчальних закладів.

Ефективність отриманих у роботі результатів підтверджується їх впровадженням у навчальний процес університету, проте її кількісна  оцінка невідома, оскільки систему з описаним набором функціональних можливостей розроблено вперше.

 

Ключові слова: комп’ютерний ресурс, Web-орієнтована система, Win32 API, операційні системи (ОС), технології Java Beans, Java server pages (JSP), тривалість інтерактивної взаємодії з ОС.

 

Abstract

 

Subject of the master work: Web-oriented system for analyze of resource usage by students at a computer auditorium

 

The work consist of 3 chapters on 94 pages totally, 7 appendixes, 14 figures and 1 table; 36 sources are cited in literature.

The study describes software and theory for automated monitoring and analyzing of quantitative information about interactive usage of computer resources. Their application significantly reduces time and costs for estimation of students practical skills during usage of computer resources as well as for scheduling upgrades of computer hardware in university rooms.

 

Among main scientific and practical results of the work, we should note:

• methods accumulating and analyzing quantitative data of computer resources usage are improved; they in contrast to existing, take duration of interactive work with a user into account.
• web-oriented software analyzing and visualizing data about computer resource usage in universities is developed.

The effectiveness of obtained results is proved by their approach into educational process of the university; however its quantitative estimate is unknown because of the fact, that the system with mentioned functional abilities is a pioneer.

 

Key words: computer resource, web-oriented system, Win32 API, operating systems (OS), Java Beans, Java server pages (JSP) technologies, measures of interaction with OS.

 

Зміст

 

 

Перелік умовних позначень

Вікно	вікно операційної системи  Windows
Вікно у фокусі	вікно з яким користувач працює в  даний момент
Дескриптор	унікальний ідентифікаційний номер  відкритого ресурсу, що діє в межах  комп’ютерного процесу і дає  змогу ним користуватися
Інстанції ресурсу	кількість еквівалентних (взаємозамінних) одиниць ресурсу того чи іншого типу
Інтерактивна взаємодія	вплив користувача на ресурс посередністю пристроїв введення і отримання  результату посередністю пристроїв  виведення
Комп’ютерний ресурс	елементарна частина комп’ютерної системи, що може використовуватися  комп’ютерним процесом
ОС	операційна система
ПЗ	програмне забезпечення
Прикладне ПЗ	ПЗ, що обслуговує користувача
Системне ПЗ	ПЗ, що обслуговує апаратуру
Тип ресурсу	загальна риса деякої кількості  ресурсів, яка дає підставу вважати  їх еквівалентними

 

Вступ

Актуальність  теми. Комп’ютеризація стала невід’ємною частиною сучасної системи освіти. Комп’ютерами користуються не лише ті студенти, що навчаються на інженерних спеціальностях, але й економісти та гуманітарії.

В таких умовах питання інтенсивності  і цілеспрямованості використання студентами ресурсів комп’ютеризованих лабораторій потребує окремого вивчення. Наприклад, в одних випадках може виявитися, що ресурсів мережі не вистарчає для виконання завдань, що життєво-необхідні для освітянських цілей. В інших – навпаки, – можна констатувати факт нецілеспрямованого використання комп’ютерної техніки.

Деякі дисципліни передбачають в своєму плані лабораторні заняття. На цих  заняттях оцінювання роботи студентів  викладачем може виконуватися як за допомогою  захисту лабораторних робіт так  і за аналізом того, якими ресурсами користувався студент в аудиторний час. Захист лабораторних робіт дозволяє оцінити рівень теоретичних знань студента. Тоді як аналіз використовуваних студентом ресурсів дозволяє судити про його практичні навики і фахову працездатність.

Студент, що підчас заняття з спеціальних дисциплін вмикає комп’ютерні ігри або неперервно спілкується в соціальних мережах швидше за все не здатен до серйозної практичної роботи за фахом.

Комп’ютеризована аудиторія, системне або апаратне забезпечення якої не забезпечує належне функціонування програмного забезпечення фахового спрямування вимагає модернізації. Програмне забезпечення, що аналізує використання ресурсів комп’ютерної системи студентами може дати інформацію, на основі якої можна знайти оптимальні напрями вдосконалення апаратного забезпечення аудиторій.

Зважаючи на сказане можна стверджувати, що проблема розробки засобів аналізу  застосування ресурсів комп’ютеризованих  аудиторій ВНЗ є актуальною як для освіти так і для виробництва України.

Відповідні засоби суттєво виграли б також за умови їх тісного інтегрування з Web технологіями. Це дозволить отримати доступ до результатів аналізу з будь-якого пристрою, що містить Web-браузер, навіть за допомогою переносних пристроїв, таких як мобільний телефон чи PDA. Останнє суттєво полегшить процедуру вивчення отриманих результатів і дозволить своєчасно прореагувати на ту чи іншу подію.

Розроблюваний засіб аналізу повинен  споживати незначну частину ресурсів обчислювальної мережі. Тому для реалізації його ядра обрано мову програмування С++, що відзначається значною швидкодією і незначними затратами оперативної пам’яті.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Магістерська робота виконувалась згідно з індивідуальним планом виконання випускної роботи, затвердженої на засіданні кафедри комп’ютерних наук Тернопільського національного економічного університету.

Мета і завдання досліджень.

Метою роботи є підвищення ефективності і точності аналізу кількісних характеристик (об’єм, тривалість та інтенсивність) і якісного складу ресурсів, що використовуються студентами протягом навчання в комп’ютеризованих аудиторіях ВНЗ. Для досягнення цієї мети в роботі поставлені і виконані такі завдання:

• проаналізувати відоме програмне забезпечення для аналізу кількісних характеристик використання ресурсів як індивідуальних комп’ютерів так і комп’ютеризованих аудиторій в цілому,
• провести попередній аналіз основних функціональних та нефункціональних особливостей, які слід реалізувати в веб-орієнтованій системі аналізу використання комп’ютерних ресурсів ВНЗ, що слугуватиме основою для проектування програмного забезпечення, який її реалізує,
• розробити і дослідити базові методи та алгоритми нагромадження даних про кількісні характеристики використання комп’ютерних ресурсів,
• за допомогою підходів об’єктно-орієнтованого проектування на основі мови UML, спроектувати структуру програмного забезпечення для аналізу використання комп’ютерних ресурсів в аудиторіях ВНЗ,
• реалізувати системну частину спроектованого на попередньому кроці програмного забезпечення, що нагромаджує кількісні дані про використання ресурсів комп’ютерної аудиторії та здійснює їх передачу до прикладної частини засобами міжпроцесної взаємодії,
• реалізувати прикладну частину спроектованого програмного забезпечення, що являє собою веб-орієнтований інтернет-додаток, що візуалізує нагромаджені системною частиною дані у зручний для користувача спосіб,
• провести оцінку продуктивності і надійності розробленої веб-орієнтованої системи, ілюструючи ці оцінки кількісними даними та графіками,
• впровадження результатів роботи.

Об’єкт дослідження: комп’ютеризована лабораторія ВНЗ.

Предмет дослідження: методи та алгоритми нагромадження і обробки кількісних даних про використання комп’ютерних ресурсів студентами ВНЗ.

Методи досліджень. Теоретичною основою магістерського дослідження виступає теорія множин та елементарні поняття математичної статистики.

Наукова новизна  отриманих результатів. У магістерській роботі вдосконалено методи для нагромадження і аналізу кількісних даних про використання комп’ютерних ресурсів, що на відміну від існуючих враховують тривалість інтерактивної взаємодії користувача з прикладним програмним забезпеченням. Це дозволяє підвищити точність і ефективність відстежування як мотиваційних характеристик студентів так і функціонально-технічних характеристик комп’ютерного обладнання. Серед цих методів слід згадати про метод виявлення назви виконуваного файлу, що створив активне вікно в ОС, метод компактного представлення спостережень за використовуваним студентами програмним забезпеченням і метод швидкого пошуку і модифікації вищезгаданих спостережень в міру зміни студентом фокусу активного вікна.

Практичне значення отриманих у роботі результатів полягає в тому, що розроблено веб-орієнтоване програмне забезпечення для аналізу і візуалізації даних про користування комп’ютерними ресурсами ВНЗ.

Особистий внесок здобувача. Основні результати магістерської роботи отримані автором самостійно, на основі власних ідей та розробок.

Структура та об’єм роботи. Магістерська робота складається з трьох розділів, загальним обсягом 94 сторінок, де розміщено 1 таблицю, 14 рисунків, 7 додатків та 36 джерел в переліку посилань.

 

Розділ 1 
Проблеми аналізу використання комп’ютерних ресурсів

1.1. Огляд задачі аналізу використання комп’ютерних ресурсів

Під комп’ютерним ресурсом розумітимемо складову комп’ютерної системи, згідно з запропонованим в [34, C. 245–247] визначенням. Комп’ютерна система складається з скінченної кількості ресурсів, що повинні бути розподілені серед деякої кількості процесів (задач), що змагаються між собою (competing processes). Ресурси розподіляються на кілька типів, кожен з яких, у свою чергу, складається з деякої кількості еквівалентних (взаємозамінних) функціональних одиниць. Прикладом різних типів ресурсів є простір комп’ютерної пам’яті, цикли центрального процесора, файли та пристрої вводу-виводу (такі як принтери або DVD приводи). Якщо комп’ютерна система має два центральні процесори, то тип ресурсу „Центральний процесор” налічує дві функціональні одиниці. Подібно, тип ресурсу „Принтер” може бути представлений п’ятьма функціональними одиницями.

Розглянемо яким чином користувач комп’ютера, зокрема, студент ВНЗ може користуватися ресурсами комп’ютерної аудиторії. Технічно це відбувається через його взаємодію з одним з комп’ютерів, що знаходиться в комп’ютеризованій лабораторії. Під взаємодією розуміємо його вплив на пристрої введення: натиснення клавіш системного блоку, клавіатури, миші та ін. і отримання ним зворотньої інформації через пристрої виведення: дисплей, акустичну систему та ін. З теорії операційних систем відомо, що отримання інформації з пристроїв введення і її вивід на пристрої виведення відбувається за посередністю ядра операційної системи і драйверів пристроїв, що є системним програмним забезпеченням. Опрацюванням впливів користувача (натиснення клавіш, позиціонування миші) займаються прикладні програми, тобто саме прикладні програми надають сенсу будь-яким діям користувача. Без прикладних програм довільна дія користувача втрачає зміст.