Главная / Информатика / Рабочая программа учебной дисциплины «Основы архитектуры, устройство и функционирование вычислительных систем»

Рабочая программа учебной дисциплины «Основы архитектуры, устройство и функционирование вычислительных систем»

Название документа Автор.doc

Немкова Евгения Александровна,

преподаватель, председатель цикловой (предметной) комиссии общепрофессиональных и специальных дисциплин специальностей: 120301 «Землеустройство», 230103 «Автоматизированные системы обработки информации и управления»,

высшая квалификационная категория,

ФГОУ СПО «Куртамышский сельскохозяйственный техникум»,

Курганская обл., г. Куртамыш,

an0008@mail.ru

http://www.kurtamysh-sht.ru/



Название документа программа архитектура ЭВМ.doc














Рабочая ПРОГРАММа УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ


Основы архитектуры, устройство и функционирование вычислительных систем































Куртамыш

2011.г.

Рабочая программа учебной дисциплины разработана на основе Федерального государственного образовательного стандарта (далее – ФГОС) по специальности (специальностям) среднего профессионального образования (далее - СПО) 230401 Информационные системы (по отраслям), 230400 Информационные системы и технологии.



Организация-разработчик: ФГОУ СПО «Куртамышский сельскохозяйственный техникум


Разработчики:


Немкова Е. А.

Ф.И.О., ученая степень, звание, должность

_________________________________________________

Ф.И.О., ученая степень, звание, должность

_________________________________________________

Ф.И.О., ученая степень, звание, должность


Рекомендована Экспертным советом по профессиональному образованию Федерального государственного учреждения Федерального института развития образования (ФГУ ФИРО)

Заключение Экспертного совета №____________ от «____»__________20__ г.

номер


©

©

©

©

©


СОДЕРЖАНИЕ


стр.

  1. ПАСПОРТ Рабочей ПРОГРАММЫ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ


4

  1. СТРУКТУРА и ПРИМЕРНОЕ содержание УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

5

  1. условия реализации учебной дисциплины

12

  1. Контроль и оценка результатов Освоения учебной дисциплины

14



1. паспорт рабочей ПРОГРАММЫ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Основы архитектуры, устройство и функционирование вычислительных систем


1.1. Область применения рабочей программы

Рабочая программа учебной дисциплины является частью основной профессиональной образовательной программы в соответствии с ФГОС по специальности (специальностям) СПО 230401 Информационные системы (по отраслям), 230400 Информационные системы и технологии.


Рабочая программа учебной дисциплины может быть использована в дополнительном профессиональном образовании (в программах повышения квалификации и переподготовки) и профессиональной подготовке по профессиям рабочих, должностей служащих: 230103.01 Оператор электронно-вычислительных машин



1.2. Место учебной дисциплины в структуре основной профессиональной образовательной программы: дисциплина входит в общепрофессиональный цикл (П.00, ОП01).

1.3. Цели и задачи учебной дисциплины – требования к результатам освоения учебной дисциплины:


В результате освоения учебной дисциплины обучающийся должен уметь:

  • с помощью программных средств организовывать управление ресурсами вычислительных систем;

  • осуществлять поддержку функционирования информационных систем;

В результате освоения учебной дисциплины обучающийся должен знать:

  • построение цифровых вычислительных систем и их архитектурные особенности;

  • принципы работы основных логических блоков систем;

  • классификацию вычислительных платформ и архитектур;

  • параллелизм и конвейеризацию вычислений;

  • основные конструктивные элементы средств вычислительной техники, функционирование, программно-аппаратная совместимость

1.4. Рекомендуемое количество часов на освоение примерной программы учебной дисциплины:

максимальной учебной нагрузки обучающегося 154 часа, в том числе:

обязательной аудиторной учебной нагрузки обучающегося 110 часов;

самостоятельной работы обучающегося 44 часа.

2. СТРУКТУРА И ПРИМЕРНОЕ СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

2.1. Объем учебной дисциплины и виды учебной работы


Вид учебной работы

Объем часов

Максимальная учебная нагрузка (всего)

154

Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего)

110

в том числе:


практические занятия

40

Самостоятельная работа обучающегося (всего)

44

в том числе:

подготовка презентаций

подготовка докладов

написание рефератов

подготовка сообщений


4

18

20

2


Итоговая аттестация в форме экзамена



2.2. Примерный тематический план и содержание учебной дисциплины

«Основы архитектуры, устройство и функционирование вычислительных систем»

Наименование разделов и тем

Содержание учебного материала, практические занятия, самостоятельная работа

Объем часов

Уровень освоения

1

2

3

4

Введение

Содержание учебного материала



1

Роль и место знаний по дисциплине «Основы архитектуры, устройство и функционирование вычислительных систем» в сфере профессиональной деятельности. История развития вычислительных средств. Классификация ЭВМ по физическому представлению обработки информации, поколениям ЭВМ, сферам применения и методам исполнения вычислительных машин.

2

2

Раздел 1. Представление информации в
вычислительных системах




Тема 1.1. Арифметические основы ЭВМ

Содержание учебного материала

12

1

Системы счисления. Непозиционные и позиционные системы счисления. Системы счисления, используемые в ЭВМ. Свойства позиционных систем счисления.


2

2

Перевод чисел из одной системы счисления в другую.

2

3

Алгебраическое представление двоичных чисел: прямой, обратный и дополнительные коды. Использование обратного и дополнительного двоичных кодов для реализации всех арифметических операций с помощью суммирующего устройства.

2

4

Представление чисел в ЭВМ: естественная и нормальная формы. Форматы хранения чисел в ЭВМ.

3

Практические занятия

4


1

Перевод чисел из одной системы счисления в другую.

2

Выполнение операций над числами в естественной и нормальной формах.

Самостоятельная работа обучающихся


Подготовить презентацию «История развития вычислительной техники»


Тема 1.2. Представление информации в ЭВМ



Содержание учебного материала

6

1

Виды информации и способы ее представления в ЭВМ.


2

2

Кодирование информации. Символьные коды: ASCII, UNICODE и др. Кодирование графической информации. Двоичное кодирование звуковой информации. Сжатие информации. Кодирование видеоинформации. Стандарт MPEG.


3

Практические занятия

2



1

Кодирование информации

Самостоятельная работа обучающихся


Написать реферат «Стандарты кодирования информации»


Раздел 2.

Архитектура и принципы работы

основных логических блоков вычислительных систем (вс)



Тема 2.1.

Логические основы ЭВМ, элементы и узлы

Содержание учебного материала

10

1

Базовые логические операции и схемы. Таблицы истинности. Схемные логические элементы ЭВМ: регистры, вентили, триггеры, полусумматоры и сумматоры. Таблицы истинности RS-, JK- и T-триггера


2

2

Логические узлы ЭВМ и их классификация. Сумматоры, дешифраторы, программируемые логические матрицы, их назначение и применение.


3

Практические занятия

6



Работа и особенности логических элементов ЭВМ.


Работа логических узлов ЭВМ.

Самостоятельная работа обучающихся


Подготовить сообщение «Микросхемы с логическими элементами»


Подготовить доклад «Использование сумматоров в вычислительной технике»


Тема 2.2.

Основы построения ЭВМ


Содержание учебного материала

4

1

Понятие архитектуры и структуры компьютера. Принципы (архитектура) фон Неймана.


2

2

Основные компоненты ЭВМ. Основные типы архитектур ЭВМ.


2

Самостоятельная работа обучающихся



Подготовить реферат «Канальная архитектура ЭВМ»



Подготовить доклад «Сравнительный анализ принципов работы CISC, RISC процессоров »



Тема 2.3.

Внутренняя организация процессора

Содержание учебного материала

8


1

Реализация принципов фон Неймана в ЭВМ. Структура процессора. Устройство управления: назначение и упрощенная функциональная схема. Регистры процессора: сущность, назначение, типы. Регистры общего назначения, регистр команд, счетчик команд, регистр флагов. Структура команды процессора. Цикл выполнения команды. Понятие рабочего цикла, рабочего такта. Принципы распараллеливания операций и построения конвейерных структур. Классификация команд. Системы команд и классы процессоров: СISC, RISC, MISC, VLIM.



2

Арифметико-логическое устройство (АЛУ): назначение и классификация. Структура и функционирование АЛУ. Интерфейсная часть процессора: назначение, состав, функционирование. Организация работы и функционирование процессора.



Практические занятия

4


1

Построение последовательности машинных операций для реализации простых вычислений.

Самостоятельная работа обучающихся



Подготовить доклад «Виды интерфейсов процессора»


Тема 2.4.

Организация работы памяти компьютера


Содержание учебного материала

8

1

Иерархическая структура памяти. Основная память ЭВМ. Оперативное и постоянное запоминающие устройства: назначение и основные характеристики.

Организация оперативной памяти. Адресное и ассоциативное ОЗУ: принцип работы и сравнительная характеристика. Виды адресации. Линейная, страничная, сегментная память. Стек. Плоская и многосегментная модель памяти


2

2

Кэш-память: назначение, структура, основные характеристики. Организация кэш-памяти: с прямым отображением, частично-ассоциативная и полностью ассоциативная кэш-память.


2

3

Динамическая память. Принцип работы. Обобщенная структурная схема памяти. Режимы работы: запись, хранение, считывание, режим регенерации. Модификации динамической оперативной памяти. Основные модули памяти. Наращивание емкости памяти. Статическая память. Применение и принцип работы. Основные особенности. Разновидности статической памяти.


2

4

Устройства специальной памяти: постоянная память (ПЗУ), перепрограммируемая постоянная память (флэш-память), видеопамять. Назначение, особенности, применение. Базовая система ввода/вывода (BIOS): назначение, функции, модификации.


3

Самостоятельная работа обучающихся

-


Тема 2.5 Интерфейсы


Содержание учебного материала

14

1

Понятие интерфейса. Организация взаимодействия ПК с периферийными устройствами. Чипсет: назначение и схема функционирования.

Общая структура ПК с подсоединенными периферийными устройствами. Системная шина и ее параметры. Интерфейсные шины и связь с системной шиной. Системная плата: архитектура и основные разъемы.



2

2

Классификация интерфейсов. Внутренние интерфейсы ПК: шины ISA, EISA, VCF, VLB, PCI, AGP и их характеристики.

Интерфейсы периферийных устройств IDE и SCSI. Современная модификация и характеристики интерфейсов IDE/ATA и SCSI. Внешние интерфейсы компьютера. Последовательные и параллельные порты. Последовательный порт стандарта RS-232: назначение, структура кадра данных, структура разъемов. Параллельный порт ПК: назначение и структура разъемов. Назначение, характеристики и особенности внешних интерфейсов USB и IEEE 1394 (FireWire). Интерфейс стандарта 802.11 (Wi-Fi).


2

Практические занятия

10


1

Архитектура системной платы.


2

Внутренние интерфейсы системной платы.

3

Интерфейсы периферийных устройств IDE и SCSI.

4

Параллельные и последовательные порты и их особенности работы.

5

Последовательные порты и их особенности работы.

Самостоятельная работа обучающихся


Подготовить доклад «Интерфейс стандарта (Wi-Fi


Тема 2.6 Режимы работы процессора


Содержание учебного материала

6

1

Режимы работы процессора. Характеристика реального режима процессора 8086. Адресация памяти реального режима.


3

2

Основные понятия защищенного режима. Адресация в защищенном режиме. Дескрипторы и таблицы. Системы привилегий. Защита.


3

3

Переключение задач. Страничное управление памятью. Виртуализация прерываний. Переключение между реальным и защищенным режимами.


3

Самостоятельная работа обучающихся



Подготовить реферат «Страничная организация памяти»


Тема 2.7 Основы программирования процессора


Содержание учебного материала

18

1

Основы программирования процессора.


2

2

Выбор и дешифрация команд. Выбор данных из регистров общего назначения и микропроцессорной памяти. Обработка данных и их запись.


2

3

Выработка управляющих сигналов.


2

4

Основные команды процессора: арифметические и логические команды, команды перемещения, сдвига, сравнения, команды условных и безусловных переходов, команды ввода-вывода. Подпрограммы.


2

5

Виды и обработка прерываний. Этапы компиляции исходного кода в машинные коды и способы отладки. Использование отладчиков.


2

Практические занятия

8


1

Программирование арифметических и логических команд.


2

Программирование переходов


3

Программирование ввода-вывода.


4

Программирование и отладка программ.


Самостоятельная работа обучающихся


Подготовить реферат «Особенности Assembler для различных процессоров»


Тема 2.8 Современные процессоры


Содержание учебного материала

8

1

Основные характеристики процессоров. Идентификация процессоров. Совместимость процессоров. Типы сокетов.


2

2

Обзор современных процессоров ведущих мировых производителей.

Процессоры нетрадиционной архитектуры. Клеточные и ДНК-процессоры. Нейронные процессоры.


2

Практические занятия

4


1

Идентификация и установка процессора.

Самостоятельная работа обучающихся


Подготовить доклад «Классификации процессоров»


Подготовить реферат «Модели двуядерных процессоров Intel »


Раздел 3. Вычислительные системы



Тема 3.1.

Организация вычислений в вычислительных системах


Содержание учебного материала

8

1

Назначение и характеристики ВС. Организация вычислений в вычислительных системах.



2

ЭВМ параллельного действия, понятия потока команд и потока данных.



3

Ассоциативные системы. Матричные системы.



4

Конвейеризация вычислений. Конвейер команд, конвейер данных. Суперскаляризация



Самостоятельная работа обучающихся

-


Тема 3.2 Классификация вычислительных систем


Содержание учебного материала

6

1

Классификация ВС в зависимости от числа потоков команд и данных: ОКОД (SISD), ОКМД (SIMD), МКОД (MISD), МКМД (MIMD). Классификация многопроцессорных ВС с разными способами реализации памяти совместного использования: UMA, NUMA, COMA. Сравнительные характеристики, аппаратные и программные особенности.



2

Классификация многомашинных ВС: MPP, NDW и COW. Назначение, характеристики, особенности. Примеры ВС различных типов. Преимущества и недостатки различных типов вычислительных систем.



Практические занятия

2


1

Выбор вычислительной системы.

Самостоятельная работа обучающихся


Подготовить реферат «Вычислительные системы MISD »


Подготовить доклад «Вычислительные системы SISD »


Всего:

110

Для характеристики уровня освоения учебного материала используются следующие обозначения:

1. – ознакомительный (узнавание ранее изученных объектов, свойств);

2. – репродуктивный (выполнение деятельности по образцу, инструкции или под руководством)

3. – продуктивный (планирование и самостоятельное выполнение деятельности, решение проблемных задач)

3. условия реализации УЧЕБНОЙ дисциплины

3.1. Требования к минимальному материально-техническому обеспечению

Реализация программы дисциплины требует наличия учебного кабинета архитектуры вычислительных систем.

Оборудование учебного кабинета:

- посадочные места (30);

- персональные компьютеры;

- корпуса системных блоков персональных компьютеров;

- блоки питания;

- системные платы;

- микропроцессоры;

- модули оперативной памяти;

- видеоадаптеры;

- звуковые карты;

- сетевые карты;

- накопители на жестких дисках;

Технические средства обучения:

  • персональные компьютеры;

  • проектор;

  • экран;

  • интерактивная доска.


3.2. Информационное обеспечение обучения

Перечень рекомендуемых учебных изданий, Интернет-ресурсов, дополнительной литературы

Основные источники:

  1. Бройдо В.Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: Учебник для вузов. – СПб.: Питер, 2008.

  2. Воеводин В.В. Параллельные вычисления: Учебное пособие для вузов. – СПб.: БХВ-Петербург, 2007.

  3. Гук М. Процессоры Pentium III, Athlon и другие. – СПб.: Питер, 2009.

  4. Гук М. Шины PCI, USB и FireWire: Энциклопедия. – СПб.: Питер, 2006.

  5. Максимов Н.В., Партыка Т.Л., Попов И.И. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем: Учебник. – М.: ФОРУМ, 2010.

  6. Пятибратов А.П., Гудыно П.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. – М.: Финансы и статистика, 2009.

  7. Таненбаум Э. Архитектура компьютера. –4 изд-е. – СПб.: Питер, 2005.


Дополнительные источники:

  1. Гергель, В. Теория и практика параллельных вычислений / В.П. Гергель. - Бином. Лаборатория знаний, 2007. - 424 с.

  2. Ларионов, А. Вычислительные комплексы, системы и сети / А. М. Ларионов, С. А.

  3. Таненбаум, Э. Архитектура компьютера/ Э. Таненбаум. – СПб.: Питер, 2007. – 848 с.

  4. Хорошевский, В. Архитектура вычислительных систем / В.Г. Хорошевский. Москва: МГТУ им. Баумана, 2008. - 520 с.

  5. Цилькер, Б. Организация ЭВМ и систем / Б.Я. Цилькер, С.А. Орлов. СПб.: Питер - 2007, 672 c.

4. Контроль и оценка результатов освоения УЧЕБНОЙ Дисциплины

Контроль и оценка результатов освоения дисциплины осуществляется преподавателем в процессе проведения практических занятий и лабораторных работ, тестирования, а также выполнения обучающимися индивидуальных заданий, проектов, исследований.

Результаты обучения

(освоенные умения, усвоенные знания)

Формы и методы контроля и оценки результатов обучения

Умения:

с помощью программных средств организовывать управление ресурсами вычислительных систем;

практические занятия

осуществлять поддержку функционирования информационных систем;

практические занятия

Знания:

построение цифровых вычислительных систем и их архитектурные особенности;

тест, фронтальный опрос, собеседование, внеаудиторная самостоятельная работа

принципы работы основных логических блоков систем;

тест, фронтальный опрос, собеседование, внеаудиторная самостоятельная работа

классификацию вычислительных платформ и архитектур;

тест, фронтальный опрос, собеседование, внеаудиторная самостоятельная работа

параллелизм и конвейеризацию вычислений;

тест, фронтальный опрос, собеседование, внеаудиторная самостоятельная работа

основные конструктивные элементы средств вычислительной техники, функционирование, программно-аппаратная совместимость.


тест, фронтальный опрос, собеседование, внеаудиторная самостоятельная работа



Разработчики:

ФГОУ СПО «Куртамышский сельскохозяйственный техникум




преподаватель




Е.А. Немкова

(место работы)


(занимаемая должность)


(инициалы, фамилия)


Эксперты:

____________________ ___________________ _________________________

(место работы) (занимаемая должность) (инициалы, фамилия)


____________________ ___________________ _________________________

(место работы) (занимаемая должность) (инициалы, фамилия)





Рабочая программа учебной дисциплины «Основы архитектуры, устройство и функционирование вычислительных систем»
  • Информатика
Описание:


СОДЕРЖАНИЕ

 

стр.

Паспорт рабочей программы учебной дисциплины

4

Структура и примерное содержание учебной дисциплины

5

Условия реализации  учебной дисциплины

12

Контроль и оценка результатов освоения учебной дисциплины

14

 


1. Паспорт рабочей программы учебной дисциплины

Основы архитектуры, устройство и функционирование вычислительных систем

1.1. Область применения рабочей программы

Рабочая программа учебной дисциплины является частью основной профессиональной образовательной программы в соответствии с ФГОС по специальности (специальностям) СПО 230401 Информационные системы (по отраслям), 230400 Информационные системы и технологии.

Рабочая программа учебной дисциплины может быть использована в дополнительном профессиональном образовании (в программах повышения квалификации и переподготовки) и профессиональной подготовке по профессиям рабочих, должностей служащих: 230103.01 Оператор электронно-вычислительных машин

1.2. Место учебной дисциплины в структуре основной профессиональной образовательной программы: дисциплина входит в общепрофессиональный цикл (П.00, ОП01).

1.3. Цели и задачи учебной дисциплины – требования к результатам освоения учебной дисциплины:

В результате освоения учебной дисциплины обучающийся должен уметь:

  • с помощью программных средств организовывать управление ресурсами вычислительных систем;
  • осуществлять поддержку функционирования информационных систем;

В результате освоения учебной дисциплины обучающийся должен знать:

  • построение цифровых вычислительных систем и их архитектурные особенности;
  • принципы работы основных логических блоков систем;
  • классификацию вычислительных платформ и архитектур;
  • параллелизм и конвейеризацию вычислений;
  • основные конструктивные элементы средств вычислительной техники, функционирование, программно-аппаратная совместимость

1.4. Рекомендуемое количество часов на освоение примерной программы учебной дисциплины:
максимальной учебной нагрузки обучающегося  154 часа, в том числе:
обязательной аудиторной учебной нагрузки обучающегося 110 часов;
самостоятельной работы обучающегося 44 часа.

2. Структура и примерное содержание учебной дисциплины

2.1. Объем учебной дисциплины и виды учебной работы

Вид учебной работы

Объем часов

Максимальная учебная нагрузка (всего)

154

Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего)

110

в том числе:

 

     практические занятия

40

Самостоятельная работа обучающегося (всего)

44

в том числе:
подготовка презентаций
подготовка докладов
написание рефератов
подготовка сообщений

 

4
18
20
2

 

Итоговая аттестация в форме  экзамена



2.2. Примерный тематический план и содержание учебной дисциплины
«Основы архитектуры, устройство и функционирование вычислительных систем»



Наименование разделов и тем

Содержание учебного материала, практические занятия, самостоятельная работа

Объем часов

Уровень освоения

1

2

3

4

Введение

Содержание учебного материала

1

Роль и место знаний по дисциплине «Основы архитектуры, устройство и функционирование вычислительных систем» в сфере профессиональной деятельности. История развития вычислительных средств. Классификация ЭВМ по физическому представлению обработки информации, поколениям ЭВМ, сферам применения и методам исполнения вычислительных машин.

2

2

Раздел 1. Представление информации в

вычислительных системах

 

 

 

Тема 1.1. Арифметические основы ЭВМ

Содержание учебного материала

12

1

Системы счисления. Непозиционные и позиционные системы счисления. Системы счисления, используемые в ЭВМ. Свойства позиционных систем счисления.

 

2

2

Перевод чисел из одной системы счисления в другую.

2

3

Алгебраическое представление двоичных чисел: прямой, обратный и дополнительные коды. Использование обратного и дополнительного двоичных кодов для реализации всех арифметических операций с помощью суммирующего устройства.

2

4

Представление чисел в ЭВМ: естественная и нормальная формы. Форматы хранения чисел в ЭВМ.

3

Практические занятия

4

 

1

Перевод чисел из одной системы счисления в другую.

2

Выполнение операций над числами в естественной и нормальной формах.

Самостоятельная работа обучающихся

 

Подготовить презентацию «История развития вычислительной техники»

 

Тема 1.2. Представление информации в ЭВМ

Содержание учебного материала

6

1

Виды информации и способы ее представления в ЭВМ.

 

2

2

Кодирование информации. Символьные коды: ASCII, UNICODE и др. Кодирование графической информации. Двоичное кодирование звуковой информации. Сжатие информации. Кодирование видеоинформации. Стандарт MPEG.

 

3

Практические занятия

2

 

 1 

Кодирование информации

Самостоятельная работа обучающихся

 

Написать реферат «Стандарты кодирования информации»

 

Раздел 2.
 Архитектура и принципы работы
основных логических блоков вычислительных  систем (вс)

 

 

Тема 2.1.
Логические основы ЭВМ, элементы и узлы

Содержание учебного материала

10

1

Базовые логические операции и схемы. Таблицы истинности. Схемные логические элементы ЭВМ: регистры, вентили, триггеры, полусумматоры  и  сумматоры.  Таблицы  истинности   RS-,  JK-  и T-триггера

 

2

2

Логические узлы ЭВМ и их классификация. Сумматоры, дешифраторы, программируемые логические матрицы, их назначение и применение.

 

3

Практические занятия

6

 

 

Работа и особенности логических элементов ЭВМ.

 

Работа логических узлов ЭВМ.

Самостоятельная работа обучающихся

 

Подготовить сообщение «Микросхемы с логическими элементами»

 

Подготовить доклад «Использование сумматоров в вычислительной технике»

 

Тема 2.2.
 Основы построения  ЭВМ

Содержание учебного материала

4

1

Понятие архитектуры  и структуры компьютера. Принципы (архитектура) фон Неймана.

 

2

2

Основные компоненты ЭВМ. Основные типы архитектур ЭВМ.

 

2

Самостоятельная работа обучающихся

 

 

Подготовить реферат «Канальная архитектура ЭВМ»

 

 

Подготовить доклад «Сравнительный анализ принципов работы CISC, RISC процессоров »

 

 

Тема 2.3.
 Внутренняя организация процессора

Содержание учебного материала

8

 

1

Реализация принципов фон Неймана в ЭВМ. Структура процессора. Устройство управления: назначение и упрощенная функциональная схема. Регистры процессора: сущность, назначение, типы. Регистры общего назначения, регистр команд, счетчик команд, регистр флагов. Структура команды процессора. Цикл выполнения команды. Понятие рабочего цикла, рабочего такта. Принципы распараллеливания операций и построения конвейерных структур. Классификация команд. Системы команд и классы процессоров: СISC, RISC, MISC, VLIM.

 

 

2

Арифметико-логическое устройство (АЛУ): назначение и классификация. Структура и функционирование АЛУ. Интерфейсная часть процессора: назначение, состав, функционирование. Организация работы и функционирование процессора.

 

 

Практические занятия

4

 

1

Построение последовательности машинных операций для реализации простых вычислений.

Самостоятельная работа обучающихся

 

 

Подготовить доклад «Виды интерфейсов процессора»

 

Тема 2.4.
 Организация работы памяти компьютера

Содержание учебного материала

8

1

Иерархическая структура памяти. Основная память ЭВМ. Оперативное и постоянное запоминающие устройства: назначение и основные характеристики.
Организация оперативной памяти. Адресное и ассоциативное ОЗУ: принцип работы и сравнительная характеристика. Виды адресации. Линейная, страничная, сегментная память. Стек. Плоская и многосегментная модель памяти

 

2

2

Кэш-память: назначение, структура, основные характеристики. Организация кэш-памяти: с прямым отображением, частично-ассоциативная и полностью ассоциативная кэш-память.

 

2

3

Динамическая память. Принцип работы. Обобщенная структурная схема памяти. Режимы работы: запись, хранение, считывание, режим регенерации. Модификации динамической оперативной памяти. Основные модули памяти. Наращивание емкости памяти. Статическая память. Применение и принцип работы. Основные особенности. Разновидности статической памяти.

 

2

4

Устройства специальной памяти: постоянная память (ПЗУ), перепрограммируемая постоянная память (флэш-память),  видеопамять. Назначение, особенности, применение. Базовая система ввода/вывода (BIOS): назначение, функции, модификации.

 

3

Самостоятельная работа обучающихся

-

 

Тема 2.5 Интерфейсы

Содержание учебного материала

14

1

Понятие интерфейса. Организация взаимодействия ПК с периферийными устройствами. Чипсет: назначение и схема функционирования.
Общая структура ПК с подсоединенными периферийными устройствами. Системная шина и ее параметры. Интерфейсные шины и связь с системной шиной. Системная плата: архитектура и основные разъемы.

 

2

2

Классификация интерфейсов. Внутренние интерфейсы ПК: шины ISA, EISA, VCF, VLB, PCI, AGP и их характеристики.
Интерфейсы периферийных устройств IDE и SCSI. Современная модификация и характеристики интерфейсов IDE/ATA и SCSI. Внешние интерфейсы компьютера. Последовательные и параллельные порты. Последовательный порт стандарта RS-232: назначение, структура кадра данных, структура разъемов. Параллельный порт ПК: назначение и структура разъемов. Назначение, характеристики и особенности внешних интерфейсов USB и IEEE 1394 (FireWire). Интерфейс стандарта  802.11 (Wi-Fi).

 

2

Практические занятия

10

 

1

Архитектура системной платы.

 

2

Внутренние интерфейсы системной платы.

3

Интерфейсы периферийных устройств IDE и SCSI.

4

Параллельные и последовательные порты и их особенности работы.

5

Последовательные порты и их особенности работы.

Самостоятельная работа обучающихся

 

Подготовить доклад «Интерфейс стандарта  (Wi-Fi)»

 

Тема 2.6 Режимы работы процессора

Содержание учебного материала

6

1

Режимы работы процессора. Характеристика реального режима процессора 8086. Адресация памяти реального режима.

 

3

2

Основные понятия защищенного режима. Адресация в защищенном режиме. Дескрипторы и таблицы. Системы привилегий. Защита.

 

3

3

Переключение задач. Страничное управление памятью. Виртуализация прерываний. Переключение между реальным и защищенным режимами.

 

3

Самостоятельная работа обучающихся

 

 

Подготовить реферат «Страничная организация памяти»

 

Тема 2.7 Основы программирования процессора

Содержание учебного материала

18

1

Основы программирования процессора.

 

2

2

Выбор и дешифрация команд. Выбор данных из регистров общего назначения и микропроцессорной памяти. Обработка данных и их запись.

 

2

3

Выработка управляющих сигналов.

 

2

4

Основные команды процессора: арифметические и логические команды, команды перемещения, сдвига, сравнения, команды условных и безусловных переходов, команды ввода-вывода. Подпрограммы.

 

2

5

Виды и обработка прерываний. Этапы компиляции исходного кода в машинные коды и способы отладки. Использование отладчиков.

 

2

Практические занятия

8

 

1

Программирование арифметических и логических команд.

 

2

Программирование переходов

 

3

Программирование ввода-вывода.

 

4

Программирование и отладка программ.

 

Самостоятельная работа обучающихся

 

Подготовить реферат «Особенности Assembler для различных процессоров»

 

Тема 2.8 Современные процессоры

Содержание учебного материала

8

1

Основные характеристики процессоров. Идентификация процессоров. Совместимость процессоров. Типы сокетов.

 

2

2

Обзор современных процессоров ведущих мировых производителей.
Процессоры нетрадиционной архитектуры. Клеточные и ДНК-процессоры. Нейронные процессоры.

 

2

Практические занятия

4

 

1

Идентификация и установка процессора.

Самостоятельная работа обучающихся

 

Подготовить доклад «Классификации процессоров»

 

Подготовить реферат «Модели двуядерных процессоров Intel »

 

Раздел 3. Вычислительные системы

 

 

Тема 3.1.
  Организация вычислений в вычислительных системах

Содержание учебного материала

8

1

Назначение и  характеристики ВС. Организация вычислений в вычислительных системах.

 

 

2

ЭВМ параллельного действия, понятия потока команд и потока данных.

 

 

3

Ассоциативные системы. Матричные системы.

 

 

4

Конвейеризация вычислений. Конвейер команд, конвейер данных. Суперскаляризация

 

 

Самостоятельная работа обучающихся

-

 

Тема 3.2  Классификация  вычислительных систем

Содержание учебного материала

6

1

Классификация ВС в зависимости от числа потоков команд и данных: ОКОД (SISD), ОКМД (SIMD), МКОД (MISD), МКМД (MIMD). Классификация многопроцессорных ВС с разными способами реализации памяти совместного использования: UMA, NUMA, COMA. Сравнительные характеристики, аппаратные и программные особенности.

 

 

2

Классификация  многомашинных ВС: MPP, NDW и COW. Назначение, характеристики, особенности. Примеры ВС различных типов. Преимущества и недостатки различных типов вычислительных систем.

 

 

Практические занятия

2

 

1

Выбор вычислительной системы.

Самостоятельная работа обучающихся

 

Подготовить реферат «Вычислительные системы MISD »

 

Подготовить доклад «Вычислительные системы SISD »

 

Всего:

110

Для характеристики уровня освоения учебного материала используются следующие обозначения:
1. – ознакомительный (узнавание ранее изученных объектов, свойств);
2. – репродуктивный (выполнение деятельности по образцу, инструкции или под руководством)
3. – продуктивный (планирование и самостоятельное выполнение деятельности, решение проблемных задач)


3. Условия реализации учебной дисциплины

3.1. Требования к минимальному материально-техническому обеспечению
Реализация программы дисциплины требует наличия учебного кабинета архитектуры вычислительных систем.
Оборудование учебного кабинета:
- посадочные места (30);
- персональные компьютеры;
- корпуса системных блоков персональных компьютеров;
- блоки питания;
- системные платы;
- микропроцессоры;
- модули оперативной памяти;
- видеоадаптеры;
- звуковые карты;
- сетевые карты;
- накопители на жестких дисках;
Технические средства обучения:

  • персональные компьютеры;
  • проектор;
  • экран;
  • интерактивная доска.

3.2. Информационное обеспечение обучения

Перечень рекомендуемых учебных изданий, Интернет-ресурсов, дополнительной литературы

Основные источники:

  1. Бройдо В.Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: Учебник для вузов. – СПб.: Питер, 2008.
  2. Воеводин В.В. Параллельные вычисления: Учебное пособие для вузов. – СПб.: БХВ-Петербург, 2007.
  3. Гук М. Процессоры Pentium III, Atdlon и другие. – СПб.: Питер, 2009.
  4. Гук М. Шины PCI, USB и FireWire: Энциклопедия. – СПб.: Питер, 2006.
  5. Максимов Н.В., Партыка Т.Л., Попов И.И. Архитектура ЭВМ и вычислительных  систем: Учебник. – М.: ФОРУМ, 2010.
  6. Пятибратов А.П., Гудыно П.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. – М.: Финансы и статистика, 2009.
  7. Таненбаум  Э.  Архитектура компьютера.  –4 изд-е. – СПб.: Питер, 2005.

Дополнительные источники:

  1. Гергель, В. Теория и практика параллельных вычислений / В.П. Гергель. - Бином. Лаборатория знаний, 2007. - 424 с.
  2. Ларионов, А. Вычислительные комплексы, системы и сети / А. М. Ларионов, С. А.
  3. Таненбаум, Э. Архитектура компьютера/ Э. Таненбаум. – СПб.: Питер, 2007. – 848 с.
  4. Хорошевский, В. Архитектура вычислительных систем / В.Г. Хорошевский. Москва: МГТУ им. Баумана, 2008. - 520 с.
  5. Цилькер, Б. Организация ЭВМ и систем / Б.Я. Цилькер, С.А. Орлов. СПб.: Питер - 2007, 672 c.

4. Контроль и оценка результатов освоения учебной дисциплины

Контроль и оценка результатов освоения дисциплины осуществляется преподавателем в процессе проведения практических занятий и лабораторных работ, тестирования, а также выполнения обучающимися индивидуальных заданий, проектов, исследований.

Результаты обучения
(освоенные умения, усвоенные знания)

Формы и методы контроля и оценки результатов обучения

Умения:

с помощью программных средств организовывать управление ресурсами   вычислительных систем;

практические занятия

осуществлять поддержку функционирования информационных систем;

практические занятия

Знания:

построение цифровых вычислительных систем и их архитектурные особенности;

тест, фронтальный опрос, собеседование, внеаудиторная самостоятельная работа

принципы работы основных логических блоков систем;

тест, фронтальный опрос, собеседование, внеаудиторная самостоятельная работа

классификацию вычислительных платформ и архитектур;

тест, фронтальный опрос, собеседование, внеаудиторная самостоятельная работа

параллелизм и конвейеризацию вычислений;

тест, фронтальный опрос, собеседование, внеаудиторная самостоятельная работа

основные конструктивные элементы средств вычислительной техники, функционирование, программно-аппаратная совместимость.

тест, фронтальный опрос, собеседование, внеаудиторная самостоятельная работа

Автор Немкова Евгения Александровна
Дата добавления 26.12.2011
Раздел Информатика
Подраздел
Просмотров 4130
Номер материала 60
Скачать свидетельство о публикации

Оставьте свой комментарий:

Введите символы, которые изображены на картинке:

Получить новый код
* Обязательные для заполнения.


Комментарии:

↓ Показать еще коментарии ↓