Краткое описание документа:

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 418202 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: Бройдо В.Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: Учебник для вузов. – СПб.: Питер, 2008. Воеводин В.В. Параллельные вычисления: Учебное пособие для вузов. – СПб.: БХВ-Петербург, 2007. Гук М. Процессоры Pentium III, Atdlon и другие. – СПб.: Питер, 2009. Гук М. Шины PCI, USB и FireWire: Энциклопедия. – СПб.: Питер, 2006. Максимов Н.В., Партыка Т.Л., Попов И.И. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем: Учебник. – М.: ФОРУМ, 2010. Пятибратов А.П., Гудыно П.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. – М.: Финансы и статистика, 2009. Таненбаум Э. Архитектура компьютера. –4 изд-е. – СПб.: Питер, 2005. Дополнительные источники: Гергель, В. Теория и практика параллельных вычислений / В.П. Гергель. - Бином. Лаборатория знаний, 2007. - 424 с. Ларионов, А. Вычислительные комплексы, системы и сети / А. М. Ларионов, С. А. Таненбаум, Э. Архитектура компьютера/ Э. Таненбаум. – СПб.: Питер, 2007. – 848 с. Хорошевский, В. Архитектура вычислительных систем / В.Г. Хорошевский. Москва: МГТУ им. Баумана, 2008. - 520 с. 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