תואר ראשון בהנדסת תוכנה

לימודי תואר במכללה יכללו גם כמה קורסי מבוא. בקורס נלמדים העקרונות הבסיסיים והמתקדמים של שפת התכנות C: מצביעים, מבנים, הקצאות זיכרון, פונקציות גנריות, סיביות, קבצים, MACROS, מחרוזות. מבנה פרויקט מורכב.

רקורסיה כפרדיגמת חשיבה אינטרדיסציפלינרית, ניתוח אלגוריתמים ושיעור הגידול, גידול של פונקציות וסכומים, גבולות וטורים, נוסחאות נסיגה, שיטת ההצבה, שיטת האיטרציה, שיטת הרקורסיה. חיפוש איבר ברשימה ממוינת ולא ממוינת, מינימום, מכסימום, מיזוג סדרות ממוינות, ניתוח סיבוכיות זמני הריצה שלהם. טיפוסי נתונים, ייצוגם ושימושיהם. רשימה כטיפוס נתון מופשט ,רשימה מעגלית ורשימות דו-כיווניות, מחסנית, חישוב ביטויים אלגבריים ותחביריים בעזרת מחסנית, תור. עץ בינארי, יישומים בעזרת עצים.סריקות שונות של עצים ועץ חיפוש בינארי , אלגוריתם של ג'וזפוס, עצים כלליים ועצים מאוזנים. ערמה, מיון באמצעות ערימה, מיון מהיר,מיון מנייה, מיון בסיס, מיון דלי, ניתוח סיבוכיות זמני הריצה שלהם. שיטות חיפוש, חיפוש בסיסי, חיפוש בעזרת עצים, טבלאות גיבוב - Hashing.

אנאליזה סטטיסטית מהווה כלי בסיסי הדרוש לכל חוקר. בקורס זה נלמד היקש סטטיסטי, נלמד להשוות בין התפלגויות של מדדים מסוגים שונים בקבוצות מדגם שונות. נלמד מבחנים פרמטריים ולא-פרמטריים, נלמד לערוך אנאליזת שונויות,, מבחני מתאם ורגרסיה לינארית. הנושאים ילמדו בצורה תאורטית, ויתורגלו מעשית בתרגילי מחשב בשפת R במעבדת המחשבים.

במהלך הקורס נלמד על עקרונות בבניית רשתות תקשורת מחשבים, ועל המנגנונים השונים המופעלים ברשתות אלה. הדגש בקורס יהיה על רשת האינטרנט, כולל המבנה הפיזי והמבנה הלוגי שלה. כמו כן נכלול יסודות של בניית יישומים רשתיים מעליה. הקורס מנוהל בגישת "מלמעלה למטה" כלומר מפרוטוקולי היישום עד הפרוטוקולים של השכבות הנמוכות. גישה שהכניסו ללימודי התקשורת Kurose & Ross שספרם (במהדורה השביעית) מהווה את הטקסט המרכזי בקורס

הקורס ידון במטרות אבטחה וסוגי תקיפה של תקשורת, בהצפנה בעזרת מפתח סימטרי ובמפתח פומבי. יוצגו ויתורגלו שיטות של תקיפת צפנים, פרוטוקולים להפצת מפתחות הצפנה, ועקרונות ההצפנה באינטרנט. יידונו ויודגמו מושגים באבטחת מערכת מחשב. הקורס יכלול רקע מתמטי הנדרש להבנת שיטות הצפנה והתנסות בהצפנה ופיענוח של צפנים פשוטים.

הקורס מלמד את התאוריה ומתרגל את הפרקטיקה של הוכחות נכונות קוד בעזרת שימוש בשפה ובכלי (Dafny) שתומכים בפעילות זו על ידי אוטומציה חלקית של תהליך ההוכחה. במהלך הקורס הסטודנטים ילמדו בהדרגה תאוריה וטכניקות שיאפשרו להם לתאר דרישות נכונות ולהוכיח נכונות של תוכניות במורכבות הולכת וגדלה.

מושגים בסיסיים בהסתברות: מרחב מדגם ומשפטים בסיסיים, חישובים קומבינטוריים, הסתברויות מותנות ואי תלות,משתנים מקריים בדידים ורציפים, תוחלת ושונות של משתנה מקרי, משתנים בעלי התפלגויות מיוחדות, משתנים רב ממדיים ומשפט הגבול המרכזי. מושגים בסיסיים בסטטיסטיקה: בעיות עמידה ובדיקת השערות במודלים הסתברותיים בדידים ורציפים.

הקורס עוסק בעקרונות תכנות ובתבניות עיצוב Design Patterns.

שפות פורמליות, מכונות מצבים סופיות דטרמיניסטיות ולא דטרמיניסטיות,שפות רגולריות, ביטויים רגולריים, דקדוקים חסרי הקשר, מכונות מחסנית,מכונות טיורינג ושפות כריעות וכריעות למחצה.

ניתוח הדרישות הוא השלב הראשון והכי משמעותי במחזור החיים של פיתוח, שבו מזהים את בעיית הלקוח ואת הדרישות למערכת תוכנה שתפתור את בעיית הלקוח. נציג הפיתוח מזהה את צרכי הלקוח ומתרגם אותם לאופיין (טכני) שישמש הן את מהנדסי פיתוח התוכנה והן את הבודקים המאשרים את המוצר. המחקר מראה שיותר מ-75% מהתקלות שמתגלות אצל הלקוחות לאחר התקנה מקורן באפיון הדרישות. בשנים האחרונות התפתחה דיסציפלינה חדשה של הנדסת דרישות הכוללת שיטות, מודלים, ותהליכים שמטרתם לשפר את הגדרת הדרישות, ניהול הדרישות והבקרה על השינויים בדרישות, מרגע הוצרן ע"י צרכי הלקוח, ועד השיגור של המערכת שפותחה לשביעות רצון הלקוח.

הקורס בונה קשר ישיר בין הרקע התיאורטי לניתוח , עיצוב והערכת ממשקי אדם מכונה לבין מערכות ויישומים שאנו משתמשים בהם יום יום. בין הנושאים שהקורס בוחן: 1. שימוש במתודולוגיות, כלי עבודה, וטכניקות לפיתוח ממשקים ליישומים לציוד נייח ונייד, תוך שימת דגש על תהליך בניית הממשק, החל מהגדרות הממשק וכלה בתיכון ועיצוב מפורט. 2. שימוש בטכניקות שונות לפיתוח, איסוף, הבנה והגדרה של צרכי המשתמש 3. יישום שיטות להערכת איכות ממשק המשתמש 4. פיתוח POC המיישם את הנושאים הנלמדים

במסגרת הקורס ינתן בסיס מקיף ליסודות של בינה מלאכותית. חלקו הראשון של הקורס יתמקד במושגי בינה מלאכותית של Search & Planning. החלק השני יתמקד בשיטות של Probabilistic reasoning.

חומר הקורס כולל: זרימה ברשתות ושימושים בה; אלגוריתמים מעניינים בשיטת תכנות דינמי; אלגוריתמי קירוב; מחלקות סיבוכיות וסיווג בעיות לפי השתייכות למחלקות האלו.

ניתוח לקסיקלי, יצור אוטומטי של מנתחים לקסיקליים ניתוח תחבירי מלמעלה למטה: predictive parsing ו- recursive descent ניתוח תחבירי מלמטה למעלה: shift reduce parsing תרגומים מונחי תחביר (syntax directed definitions) bison: כלי ליצור אוטומטי של מנתחים תחביריים סביבת זמן ריצה, יצור קוד ביניים עבור משפטי השמה, ביטויים ומבני בקרה בסיסיים linker, אופטימיזציות בסיסיות, נושאים נוספים ככל שיותיר הזמן

מימוש תשתית מרובת תהליכים; תכנות ריאקטיבי Reactive Programming; מנגנון ה-Logger; מנגנון Reflection; מודל MVC; בדיקות יחידה, Mocking, בדיקות אינטגרציה; פיתוח Web-Services; חיבור לבסיסי נתונים טבלאיים (Relational Databases) ובסיסי נתונים של NoSQL; פיתוח Client-Server; מתודולוגיית AOP תוך שימוש ב-Spring. הסטודנטיות והסטודנטים בקורס יתנסו בכתיבת פרויקט של מערכת עם מספר ממשקי משתמש שונים לאותה לוגיקה עסקית, באמצעות מבחר של יישומי קצה. הפרויקט ישלב מימושים בשפת JAVA לנושאים שנלמדו בקורסים אחרים: מערכות הפעלה, תקשורת ובסיסי נתונים, תוך שימוש ויישום עקרונות הנדסת תוכנה. הקורס ובעיקר הפרויקט מחייבים בנוסף לחומר הנלמד בקורס זה, שליטה ומיומנות מלאים בנושאי הקורסים מבוא למדעי המחשב, תכנות מונחה עצמים המבוססים של שפת Java ושיטות בהנדסת תוכנה. כמו כן לצורך הפרויקטים יהיה צורך בלמידה עצמאית של מחלקות ותשתיות תוכנה לפי הנחיות שימסרו לאורך הקורס.

לימודי הנדסת תוכנה במכללה נחשבת יכללו הגשת פרוקיט גמר בסיומם. תוצרים: מסמכי תוצרי פרויקט גמר בהנדסת תכנה

תקציר נושאי הקורס: מבוא לתכנון לינארי. סימפלכס , בעיה פרימלית ודואלית. בעיית התובלה ובעיית ההשמה. תכנות דינאמי .טיפוס נתונים גרף, ייצוגים שונים של גרפים. ואלגוריתמים בסיסיים עליהם. אלגוריתמים למציאת סגור טרנזיטיבי: באמצעות כפל מטריצות ולפי האלגוריתם של וורשל. מסלולי אוילר והמילטון. חיפוש לרוחב - BFS, חיפוש לעומק - DFS. רכיבים קשירים היטב(רק"חים) וגרף על . מיון טופולוגי , מסלולים קריטיים, מסלולים קצרים בגרף – DAG. מסלולים קצרים ביותר ממקור יחיד – מסלולים קצרים ביותר. האלגוריתמים של דייקסטרה ושל בלמן-פורד. מסלולים קצרים ביותר בין כל הזוגות. האלגוריתם: פלויד-וורשאל. אלגוריתמים חמדניים קידוד ועצי הופמן. עץ פורש מינימלי – "הצמחת" עץ פורש מינימלי, האלגוריתמים של קרוסקל ושל פרים. מסלולי אוילר והמילטון.

קורס זה עוסק ביחסי הגומלין שבין מידול בעיה ושפות תכנות. פתרון בעיות נסמך על שימוש במודלים טובים הממומשים בשפת תכנות המסוגלת לתמוך בהם. החומר הנלמד בקורס מהווה שילוב של תיאוריה ומעשה. כל העקרוות התאוריטים הנלמדים ממומשים בתוכנה, וכל התרגילים בקורס דורשים תכנות.

הקורס משלב שתי גישות בלימוד עקרונות שפות תכנות:

1. שימוש בשפה אחת להדגמת כל מאפייני השפות הנלמדים בקורס
2. שימוש במספר שפות לייצוג אספקטים ופרדיגמות שונות.

הגישה הראשונה תבוא לידי ביטוי בלימוד שפת Scheme – שפה זו מאפשרת, באמצעים פשוטים יחסית, לתמוך באלמנטים מורכבים כגון: העברת פרוצדורות כארגומנטים, יצירת פרוצדורות (גם חסרות שם) בזמן ריצה, מבנים אין-סופיים, ביצוע מניפולציות על הסביבה ועל ה-Call Stack , מימוש תכנות מונחה-עצמים ועוד. בשפה זו נבנה מפרש (interpreter) המקבל כקלט תוכנית וקלט לתכנית, ומחזיר כפלט את הערכים שהתוכנית מחשבת.

נסקור גם שפות תכנות נוספות הממשות פרדיגמות תכנותיות שונות כגון Prolog המבטאת את הפרדיגמה הלוגית ו -Python בה ממומשים תכנות אימפרטיבי ועקרונות נוספים.

ארכיטקטורת מחשבים מקביליים, תיכון ותכנות מקבילי, MPI, OpenMP ,CUDA, מחשוב מקבילי עם מעבד גראפי , אלגוריתמים מקביליים ויישומם.

מערכת הפעלה הינה תוכנה שמנהלת את משאבי החומרה במחשב. מערכת ההפעלה נותנת שירותים מקובלים לאפליקציות השונות. הקורס מציג את הנושאים המרכזיים של מערכות הפעלה מודרניות. בפרט: פסיקות, ניהול תהליכים (זימון, החלפת הקשר, תיאום, בעיית הקטע הקריטי), ניהול זיכרון (דפדוף, זיכרון וירטואלי) וניהול התקני זיכרון משני (מערכת הקבצים). מערכת שעות

מערכות ניהול בסיסי נתונים (DBMS = Database Management System) הם טכנולוגיית ליבה ביישומים עסקיים. הקורס נועד לתת לסטודנטים הבנה של התיאוריה והפרקטיקה של DBMS. נושאים מרכזיים כוללים: היכרות עם מערכות ניהול בסיסי נתונים, המודל הרלציוני, מודל ישויות/יחסים (Entity-Relationship Model),SQL, תכנון בסיס הנתונים, כתיבת טרנסאקציות, הרשאות, ושילוב בסיסי נתונים בתוך מערכות תוכנה. נשתמש ב-PostgreSQL כדי לקבל ניסיון מעשי בשימוש בבסיס נתונים.

הקורס מחולק לשני חלקים. בחלק הראשון נלמד איך לתאר מערכות תגובתיות כמכונות מצבים (transition systems) ואיך לתאר תכונות בטיחות וחיות בעזרת נוסחאות בלוגיקה טמפורלית. נשתמש בכלי NuSMV כדי לבדוק באופן אוטומטי האם התכונות הרצויות מתקיימות. בחלק השני נלמד איך לתאר מערכות עתירות מידע בעזרת לוגיקה רלציונית ואיך לנסח תכונות מבניות (structural invariants) והתנהגותיות בעזרת הלוגיקה הרלציונית והכלי Alloy analyzer.

בקורס נכיר ונפתח יישומים בתחום הדיגיטאלי במערכת אלקטרונית הניתנות לתיכון: במהלך הקורס נתבסס על מחשבים בטכנולוגיה RISC(Reduced Instruction Set Computer) וזאת בניגוד לתפיסה של יצרני המחשבים של בנית מעבדים מסובכים ומורכבים עם אוצר פקודות רב ומורכב מאד. נתבסס על ארכיטקטורה פון נוימן וארכיטקטורה מחשבי PIC כולל מבנה הזיכרון, ומבנה כללי של הפריפריה ,שפות המחשב בקורס הינם אסמבלר של המכונה וסט הפקודות ושפת C. נדון גם בכמה נושאים בפיתוח ארכיטקטורה כרטיס המעבדה כולל DAC,LCD,GLCD ופריפריות פנימיות WDT + TIMER, A/D, Interrupt, CCP , Usart Micro peripherals Non volatile memory ומימוש לאפליקציות מעשיות.

בקורס יוצגו עקרונות ושיטות לאבטחת איכות תוכנה, וכיצד בתהליך פיתוח התוכנה ניתן לשפר את איכות מוצר התוכנה. במהלך הקורס ייסקרו הפעילויות לשיפור איכות התוכנה דרך תכנון עיצוב ובצוע בדיקות, מעקב ובקרה, מדידה ושיפור של תהליכי פיתוח התוכנה ותחזוקתה, התקנים הנהוגים בתעשייה, שיטות העבודה הנהוגות בתעשייה, והכלים התומכים בפעילויות אלו.