Рабочая программа дисциплины Архитектура компьютерных систем
рабочая программа по информатике и икт по теме

стр.

1. ПАСПОРТ РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
   

3

2. СТРУКТУРА и содержание УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
   

4

3. условия реализации РАБОЧЕЙ программы учебной дисциплины
   

11

4. Контроль и оценка результатов Освоения учебной дисциплины
   

12

Вид учебной работы

Объем часов

Максимальная учебная нагрузка (всего)

99

Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего)

66

в том числе:

     лабораторные занятия

12

     практические занятия

14

     контрольные работы

2

     курсовая работа (проект)

-

Самостоятельная работа обучающегося (всего)

33

в том числе:

     самостоятельная работа над курсовой работой (проектом)

-

 проработка конспекта лекций

13

 решение вариативных задач

4

 ответы на контрольные вопросы

6

 подготовка к выполнению лабораторных работ

6

 подготовка докладов/эссе

4

Итоговая аттестация в форме экзамена

Наименование разделов и тем

Содержание учебного материала, лабораторные работы и практические занятия, самостоятельная работа обучающихся, курсовая работа (проект)

Объем часов

Уровень освоения

1

2

3

4

Введение

Содержание учебного материала

Роль и место знаний по дисциплине «Архитектура компьютерных систем» в сфере профессиональной деятельности.

История развития компьютеров.

Классификация компьютеров.

Базовые параметры и технические характеристики компьютера.

2

2

Лабораторные работы

-

Практические занятия

-

Контрольные работы

-

Самостоятельная работа обучающихся

Проработка конспекта лекций.

1

РАЗДЕЛ 1. Представление информации в вычислительных системах

12

Тема 1.1 Арифметические основы вычислительных систем

Содержание учебного материала

Системы счисления. Непозиционные и позиционные системы счисления. Системы счисления, используемые в электронно-вычислительных машинах. Свойства позиционных систем счисления. Перевод чисел из одной системы счисления в другую.

Представление чисел в компьютере: естественная и нормальная формы. Форматы хранения чисел. Алгебраическое представление двоичных чисел: прямой, обратный и дополнительный коды.

Операции с числами в прямом двоичном, восьмеричном и шестнадцатеричном кодах. Использование обратного и дополнительного двоичных кодов для реализации арифметических операций.

2

2

Лабораторные работы

-

Практические занятия

1. Перевод чисел из одной системы счисления в другую. Выполнение арифметических операций над двоичными числами.

2

Контрольные работы

-

Самостоятельная работа обучающихся

Проработка конспекта лекций.

Решение вариативных задач по переводу чисел из одной системы счисления в другую.

Решение вариативных задач по выполнению арифметических операций над двоичными числами.

1

1

1

Тема 1.2 Представление информации в вычислительных системах

Содержание учебного материала

Виды информации и способы ее представления в вычислительных системах. Кодирование символьной информации. Кодирование  графической информации. Кодирование звуковой информации. Кодирование видеоинформации.

2

2

Лабораторные работы

-

Практические занятия

-

Контрольные работы

-

Самостоятельная работа обучающихся

Проработка конспекта лекций.

Ответы на контрольные вопросы.

Подготовка докладов/эссе.

1

1

1

РАЗДЕЛ 2. Архитектура и принципы работы основных логических блоков вычислительных систем

74

Тема 2.1

Логические основы вычислительных систем

Содержание учебного материала

Базовые логические операции, их схемы и таблицы истинности. Логические функции.

Совершенная дизъюнктивная нормальная форма (СДНФ) и совершенная конъюнктивная нормальная форма (СКНФ). Минимальная дизъюнктивная нормальная форма (МДНФ) и минимальная конъюнктивная нормальная форма (МКНФ). Карты Вейча.

2

2

Лабораторные работы

-

Практические занятия

1. Построение СДНФ, СКНФ и схемы логического устройства по таблицам истинности.

2

Контрольные работы

-

Самостоятельная работа обучающихся

Проработка конспекта лекций.

Решение вариативных задач по построению СДНФ, СКНФ и схемы логического устройства по таблицам истинности.

1

2

Тема 2.2

Логические элементы, узлы, блоки и устройства компьютера

Содержание учебного материала

Классификация элементов и устройств компьютера.

Последовательностные логические устройства (цифровые автоматы): триггеры, регистры, счетчики.

Комбинационные логические устройства: дешифраторы, шифраторы, мультиплексоры, демультиплексоры.

Сумматоры.

Арифметико-логические устройства (АЛУ): применение, обобщенная структурная схема.

8

2

Лабораторные работы

1. Исследование работы RS-триггера, D-триггера и T-триггера.

2. Исследование работы параллельного и последовательного сдвигающего регистров.

3. Исследование работы счетчиков электрических импульсов и основных комбинационных устройств: дешифраторов, демультиплексоров и мультиплексоров.

4. Исследование работы стандартного арифметико-логического устройства (АЛУ).

2

2

2

2

Практические занятия

-

Контрольные работы

-

Самостоятельная работа обучающихся

Проработка конспекта лекций.

Ответы на контрольные вопросы.

Подготовка к выполнению лабораторных работ.

2

1

4

Тема 2.3 Организация шин

Содержание учебного материала

Понятие шины. Классификация шин компьютера. Организация взаимодействия компьютера с периферийными устройствами. Чипсет: назначение и схема функционирования.

Системная шина и ее параметры.

Синхронные и асинхронные системные шины: особенности и схемы функционирования.

Арбитраж шин. Алгоритмы арбитража. Схемы арбитража.

Стандартизация шин.

Шины «большого» интерфейса: параллельные шины VME, Multibus II, ISA, EISA; последовательные шины PCI Express, HyperTransport, QPI.

Шины «малого» интерфейса: USB, FireWire, Bluetooth, IrDA.

Общая структура компьютера с подсоединенными периферийными устройствами. Подключение дополнительного оборудования и настройка связи между элементами компьютерной системы. Инсталляция и настройка программного обеспечения компьютерных систем.

Режимы ввода-вывода информации.

8

2

Лабораторные работы

1. Исследование системных шин в современных компьютерах.

2

Практические занятия

1. Подключение к ПК дополнительного оборудования.

2. Исследование режимов ввода-вывода информации в современных компьютерах.

2

2

Контрольные работы

-

Самостоятельная работа обучающихся

Проработка конспекта лекций.

Ответы на контрольные вопросы.

Подготовка к выполнению лабораторных работ.

Подготовка докладов/эссе.

2

1

1

1

Тема 2.4 Организация работы памяти компьютера

Содержание учебного материала

Классификация и характеристики запоминающих устройств. Иерархическая структура запоминающих устройств.

Основная память компьютера. Оперативное  (ОЗУ) и постоянное (ПЗУ) запоминающие устройства: назначение и основные характеристики.

Стековая память.

Ассоциативная память.

Кэш-память: назначение, структура, основные характеристики.

Понятие виртуальной памяти.

Внешняя память.

Структура больших интегральных схем памяти. Виды больших интегральных схем ОЗУ. Виды больших интегральных схем ПЗУ.

Расслоение памяти. Принципы построения памяти заданной емкости на основе больших интегральных схем.

6

2

Лабораторные работы

-

Практические занятия

1. Исследование работы оперативной памяти компьютера.

2. Построение блока памяти заданной емкости.

2

2

Контрольные работы

-

Самостоятельная работа обучающихся

Проработка конспекта лекций.

Ответы на контрольные вопросы.

Подготовка докладов/эссе.

2

1

1

Тема 2.5

Внутренняя организация процессора

Содержание учебного материала

Структура процессора. Устройство управления. Классификация процессоров по принципу организации устройства управления: процессоры со схемным управлением, процессоры с микропрограммным управлением. Схема реализации микропрограммного принципа управления процессором.

RISC-, CISC-, MISC-архитектуры процессоров.

Процессоры с архитектурой VLIW.

Процессоры с архитектурой EPIC.

Архитектура многоядерных процессоров.

Упрощенная внутренняя архитектура процессора семейства Intel.

Сигналы и временная диаграмма работы процессора семейства Intel.

Режимы работы процессора. Характеристика реального режима работы процессора семейства Intel. Адресация памяти в реальном режиме.

Характеристика защищенного режима работы процессора Intel. Адресация памяти в защищенном режиме.

Дескрипторы и таблицы. Системы привилегий. Защита памяти.

4

1

Лабораторные работы

1. Исследование работы процессора семейства Intel.

2

Практические занятия

1. Исследование сигналов и построение временной диаграммы работы процессора Intel.

2

Контрольные работы

1. Контрольная работа по разделу 2 «Архитектура и принципы работы основных логических блоков вычислительных систем».

2

Самостоятельная работа обучающихся

Проработка конспекта лекций.

Ответы на контрольные вопросы.

Подготовка к выполнению лабораторных работ.

1

1

1

РАЗДЕЛ 3. Вычислительные системы

8

Тема 3.1 Организация вычислений в вычислительных системах

Содержание учебного материала

Назначение и характеристики вычислительных систем. Организация вычислений в вычислительных системах. Вычислительные машины параллельного действия. Понятие потока команд и потока данных.

Конвейеризация вычислений. Конвейер команд, конвейер данных. Суперскаляризация. Современные технологии для увеличения производительности работы вычислительных систем.

2

1

Лабораторные работы

-

Практические занятия

-

Контрольные работы

-

Самостоятельная работа обучающихся

Проработка конспекта лекций.

1

Тема 3.2 Классификация вычислительных систем

Содержание учебного материала

Классификация вычислительных систем в зависимости от числа потоков команд и потоков данных: OKOД (SISD), OKMД (SIMD), MKOД (MISD), МКМД (МIМD).

Классификация многопроцессорных вычислительных систем с разными способами реализации памяти совместного использования. Сравнительные характеристики, аппаратные и программные особенности.

Классификация многомашинных вычислительных систем. Назначения, характеристики, особенности.

Перспективы развития вычислительных систем.

2

1

Лабораторные работы

-

Практические занятия

-

Контрольные работы

-

Самостоятельная работа обучающихся

Проработка конспекта лекций.

Ответы на контрольные вопросы.

Подготовка докладов/эссе.

1

1

1

Примерная тематика курсовой работы (проекта)

-

Самостоятельная работа обучающихся над курсовой работой (проектом)

-

Всего часов:

99

Результаты обучения

(освоенные умения,

усвоенные знания)

Формы и методы контроля и оценки результатов обучения

Умения:

переводить числа из одной системы счисления в другую

Защита практической работы 1 по теме 1.1.

выполнять арифметические операции над числами в прямом и дополнительном коде

Защита практической работы 1 по теме 1.1.

строить СДНФ, СКНФ и схемы логического устройства по таблицам истинности

Защита практической работы 1 по теме 2.1.

минимизировать логические функции с помощью карт Вейча

Защита практической работы 1 по теме 2.1.

проводить исследование работы триггеров

Защита лабораторной работы 1 по теме 2.2.

проводить исследование работы регистров

Защита лабораторной работы 2 по теме 2.2.

проводить исследование работы счетчиков электрических импульсов

Защита лабораторной работы 3 по теме 2.2.

проводить исследование работы основных комбинационных устройств

Защита лабораторной работы 3 по теме 2.2.

проводить исследование работы арифметико-логического устройства

Защита лабораторной работы 4 по теме 2.2.

проводить исследование системных шин в современных компьютерах

Защита лабораторной работы 1 по теме 2.3.

подключать к ПК дополнительное оборудование и настраивать связь между элементами компьютерной системы

Защита практической работы 1 по теме 2.3.

проводить исследование режимов ввода-вывода информации в современных ПК

Защита практической работы 2 по теме 2.3.

проводить исследование работы оперативной памяти компьютера

Защита практической работы 1 по теме 2.4.

производить построение блока памяти заданной емкости

Защита практической работы 2 по теме 2.4.

проводить исследование работы процессора семейства Intel

Защита лабораторной работы 1 по теме 2.5.

проводить исследование сигналов и построение временной диаграммы работы процессора семейства Intel

Защита практической работы 1 по теме 2.5.

Знания:

базовые понятия и основные принципы построения архитектур вычислительных систем

Диктант по теме «Введение».

Устный опрос по темам 1.1, 1.2.

Ответы на контрольные вопросы по теме 1.2.

организация и принцип работы основных логических блоков компьютерных систем

Устный опрос по темам 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5.

Письменный опрос по темам 2.3, 2.5.

Ответы на контрольные вопросы по темам 2.2, 2.3, 2.4, 2.5.

Тестирование по теме 2.4.

Контрольная работа по темам 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5.

типы вычислительных систем и их архитектурные особенности

Устный опрос по темам 3.1, 3.2.

Ответы на контрольные вопросы по теме 3.2.

Тестирование по темам 3.1.,3.2.