440305_mii_4kurs_arhitektura_kompyutera_ofo_sorokinx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный университет
имени Н.Г. Чернышевского»
Балашовский институт (филиал)
УТВЕРЖДАЮ:
Директор БИ СГУ
доцент А.В. Шатилова
_________________
"10" ноября 2014 г.
Рабочая программа дисциплины
Архитектура компьютера
Направление подготовки
44.03.05 Педагогическое образование
Профиль подготовки
Математика и информатика
Квалификация (степень) выпускника
Бакалавр
Форма обучения
Очная
Балашов
2014
СОДЕРЖАНИЕ
1. Цель освоения дисциплины ____________________________________________3
2. Место дисциплины в структуре образовательной программы_____________3
3. Компетенции обучающегося, формируемые в процессе освоения дисциплины
____________________________________________________________________________3
Планируемые результаты обучения по дисциплине ____________________________ 3
4. Содержание и структура дисциплины __________________________________4
4.1. Объем дисциплины _____________________________________________________ 4
4.2. Содержание дисциплины ________________________________________________ 4
4.3. Структура дисциплины _________________________________________________ 5
5. Образовательные технологии, применяемые при освоении дисциплины ____6
Информационные технологии, используемые при осуществлении
образовательного процесса по дисциплине __________________________________________ 6
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной
аттестации по итогам освоения дисциплины ___________________________________7
Самостоятельная работа студентов по дисциплине _____________________________ 7
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости и промежуточной
аттестации по дисциплине _________________________________________________________ 7
7. Данные для учета успеваемости студентов в БАРС _____________________10
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины _______11
Литература по курсу_______________________________________________________11
Основная литература ______________________________________________________________ 11
Дополнительная литература ________________________________________________________ 11
Интернет-ресурсы _________________________________________________________11
Программное обеспечение __________________________________________________12
9. Материально-техническое обеспечение дисциплины ____________________12
2
1. Цель освоения дисциплины
Цель освоения дисциплины «Архитектура компьютера» – формирование
систематизированных знаний по строению компьютера и программирования в исходном
коде в области методики обучения информатике.
2. Место дисциплины
в структуре образовательной программы
Дисциплина относится квариативной части профессионального цикла (Б3.В.12).
Для освоения указанной дисциплины студент должен овладеть компетенциями,
знаниями и умениями, сформированными в результате освоения дисциплин, таких как
«Теоретические основы информатики», «Алгоритмизация и программирование»,
«Информационные системы», «Информатика. В ходе изучения дисциплины происходит
обобщение знаний, полученных при освоении указанных курсов, показывается
взаимосвязь и взаимовлияние различных дисциплин, реализуется профессиональная
направленность образовательного процесса.
Изучение дисциплины «Архитектура компьютера» предшествует и необходимо для
изучения дисциплин «Компьютерные сети, Интернет и мультимедиа технологии»,
«Информационные технологии в образовании», «Программное обеспечение ЭВМ с
открытым кодом».
3. Компетенции обучающегося,
формируемые в процессе освоения дисциплины
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих
компетенций:
Выпускник должен обладать следующими общекультурными компетенциями
(ОК):
готовностью использовать основные методы, способы и средства получения,
хранения, переработки информации, готовностью работать с компьютером как средством
управления информацией (ОК-8).
Выпускник должен обладать следующими специальными компетенциями (СК):
в области математики и информатики:
способностью ориентироваться в основных фактах, идеях и методах математики и
информатики, использовать научный язык, методологию программирования, современные
компьютерные технологии, применять знания при решении практических задач (СК-1).
Планируемые результаты обучения по дисциплине
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
знать:
– об устройстве, параметрах, принципах действия, характеристиках, способах
программирования и управления памяти, микропроцессора и устройств ЭВМ;
уметь:
3
– читать схемы устройств ЭВМ;
– пользоваться научно – технической и справочной литературой по
программированию и проектированию устройств ЭВМ;
– создавать программные продукты на основе известных элементарных кодов
процессора;
– практически определять параметры и характеристики устройств ЭВМ;
владеть:
– основными методами программирования с помощью кодов Ассемблера;
– навыками работы с программными средствами профессионального назначения;
– различными средствами коммуникации;
– способами совершенствования профессиональных знаний и умений путем
использования образовательной среды БИСГУ;
– базовыми программными методами защиты информации при работе с
компьютерными системами;
приобрести опыт:
– ознакомительного и изучающего чтения специальной литературы;
– применения простейших методов анализа цифровых технических устройств для
изучения особенностей их взаимодействия и управления их функционированием;
– использования в учебной деятельности современных профессиональных баз
данных и справочных систем.
4. Содержание и структура дисциплины
4.1. Объем дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетных единицы, 144 часа, из них:
– по очной форме обучения: 54 часа аудиторной работы (18 часов лекций, 18
часов лабораторных занятий и 18 часов практических занятий), 54 часа самостоятельной
работы. Дисциплина изучается в 7 семестре, ее освоение заканчивается экзаменом (36
часов).
4.2. Содержание дисциплины
Структурная организация компьютера и история его развития
Цифровые и аналоговые вычислительные машины. Варианты классификации ЭВМ.
Классическая архитектура. Иерархическое описание.
Командный цикл процессора. Система команд процессора. Форматы команд.
Способы адресации. Система операций.
Системы счисления. Представления чисел в различных системах счисления.
Представление информации в ЭВМ. Прямой код. Алгебраическое сложение в прямом
коде. Арифметические операции в обратном коде. Алгоритмы сложения, умножения,
деления в обратном, дополнительном коде. Арифметические операции для чисел с
плавающей запятой, десятичных чисел. Машинная арифметика в остаточных классах.
Принцип микропрограммного управления. Концепция операционного и
управляющего (с «жесткой» и программируемой логикой) автоматов. Принципы
проектирования и функционирования операционного и управляющих автоматов.
Примеры организации автоматов.
4
Концепция многоуровневой памяти. Сверхоперативная память с прямым и
ассоциативным доступом. Виртуальная память: алгоритмы замещения, сегментная
организация памяти.
Архитектура компьютера и его составляющих
Процессорный модуль: внутренняя структура, командный и машинный циклы,
реализация процессорных модулей и состав линий системного интерфейса. Машина
пользователя и система команд: распределение адресного пространства, система команд
i8086. Функционирование основных подсистем МПС: оперативная память, диспетчер
памяти. Ввод/вывод: параллельный и последовательный обмен. Ассемблер как машинноориентированный язык программирования. Понятие о макропрограммировании.
Прерывания: изменение состояния внешней среды, идентификация источника
прерываний, приоритет запросов, программ, обработка прерываний. Прямой доступ в
память.
Защищенный режим и сегментная, страничная организация памяти. Защита памяти
на уровне сегментов, страниц, сегментов кода, доступа к данным. Мультизадачность
(состояние задачи и переключение между задачами). Прерывания и особые случаи,
дескрипторная таблица прерываний, учет уровня привилегий, код ошибки. Средства
отладки и регистры отладки. Увеличение быстродействия процессора: конвейеры,
динамический параллелизм, VLIW-архитектура. Однокристальные микроЭВМ.
4.3. Структура дисциплины
Очная форма обучения
Формы
текущего
контроля
успеваемости
(по
неделям
семестра)
Формы
промежуточной
аттестации (по
семестрам)
5
54
9
9
9
27
10
9
7
1-2
12
2
2
2
6
Отчет по л.р.1
7
3-4
12
2
2
2
6
Отчет по л.р.2
7
7
5-6
7-8
12
12
2
2
2
2
2
2
6
6
Отчет по л.р.3
Отчет по л.р.4
Лекции
6
7
8
Самостоятел
ьная работа
4
1-10
Лабораторн
ые работы
3
7
Практическа
я
Работа
2
Структурная
организация
компьютера
и
история ее развития
Классификация
и
иерархическое
описание
Система команд и
командный цикл
Системы счисления
Микропрограммное
управление
Всего часов
1
1
Виды учебной работы, включая
самостоятельную
работу
студентов и трудоемкость (в
часах)
Неделя семестра
Раздел дисциплины
Семестр
№
п/п
5
2
Виды памяти
7
7
Архитектура
компьютера и его
составляющих
Процессорный модуль 7
Организация
ввода- 7
вывода
Организация памяти
7
Увеличение
быстродействия
Промежуточная
аттестация
7
9-10
1118
18
54
3
9
3
9
3
9
9
27
Отчет по л.р.5
1112
1314
1516
1718
12
2
2
2
6
Отчет по л.р.6
12
2
2
2
6
Отчет по л.р.7
12
2
2
2
6
Отчет по л.р.8
18
3
3
3
9
Экзамен
5. Образовательные технологии,
применяемые при освоении дисциплины
Традиционные образовательные технологии:
– лекции:
– практические занятия;
– лабораторные занятия.
Активные и интерактивные формы занятий:
– проблемная лекция;
– занятия в форме конференций, дискуссий;
– разработка проектов по изучаемым проблемам.
При проведении занятий по дисциплине для первоначального обучения
используется лекционная форма. После начала лекционного цикла (прочитано 8-12 часов)
начинаются занятия практической направленности в форме лабораторных работ с
применением активных и интерактивных форм обучения (компьютерные симуляции,
моделирование работы приборов и устройств, входящих в состав процессора, системного
блока, и периферийных устройств).
Для обеспечения доступности обучения инвалидам и лицам с ограниченными
возможностями здоровья учебные материалы могут быть адаптированы с учетом особых
потребностей: в печатных материалах укрупнен шрифт, произведена замена текста
аудиозаписью, использованы звуковые средства воспроизведения информации.
Для обеспечения доступности обучения инвалидам и лицам с ограниченными
возможностями здоровья учебные материалы могут быть адаптированы с учетом особых
потребностей: в печатных материалах укрупнен шрифт, произведена замена текста
аудиозаписью, использованы звуковые средства воспроизведения информации.
Информационные технологии, используемые
при осуществлении образовательного процесса по дисциплине
 Использование информационных ресурсов, доступных в информационнотелекоммуникационной сети Интернет (см. перечень ресурсов в п. 8 настоящей
программы).
 Составление и редактирование текстов при помощи текстовых редакторов.
 Создание электронных документов (компьютерных презентаций, видеофайлов,
плейкастов и т. п.) по изучаемым темам и электронных коллекций.
6
6. Учебно-методическое обеспечение
самостоятельной работы студентов.
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости,
промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины
Самостоятельная работа студентов по дисциплине
К самостоятельной работе студентов относится: детальная проработка лекций,
учебной литературы, составление отдельных алгоритмов и программ, выполнение
домашних и индивидуальных задач программирования, подготовка к лабораторным
работам, оформление отчетов по лабораторным работам.
В процессе изучения дисциплины по указанному курсу студент обязан выполнить
некоторые виды самостоятельных работ: выполнить и защитить лабораторные работы по
указанным темам; написать реферат на выбранную из предложенного списка тему;
самостоятельно изучить часть материалов в соответствии с программой.
Темы рефератов.
1. История развития компьютерной техники.
2. Цифровые и аналоговые вычислительные машины.
3. Командный цикл процессора.
4. Способы адресации.
5. Системы счисления.
6. Машинная арифметика в остаточных классах.
7. Принцип микропрограммного управления.
8. Автоматы с программируемой логикой.
9. Организация памяти в ЭВМ.
10. Сверхоперативная память с прямым и ассоциативным доступом.
11. Виртуальная память.
12. Система команд i8086.
13. Прерывания.
14. Эволюция архитектур микропроцессоров и микроЭВМ.
15. Мультизадачность и способы ее реализации.
16. Однокристальные микроЭВМ.
Оценочные средства
для текущего контроля успеваемости
и промежуточной аттестации по дисциплине
Практические задания составлены таким образом, что в них всегда содержится
констатация какого-либо факта, указание на предполагаемую гипотезу, в рамках которой
этот факт трактуется, а так же задание, которое требуется выполнить. Для успешного
выполнения задания необходимо определить средства, которые могут понадобиться, а
также исходные данные, присутствующие в описании факта и гипотезы. Вид и форма
результата подразумеваются в задании, но, как правило, явно не указаны. Таким образом,
при известных исходных данных и относительной определенности результата пути
выполнения (решения) поставленного задания, то есть последовательность действий,
которая при строгом соблюдении всех шагов приведет от исходных данных к
достоверному результату. Содержание практического или лекционного занятия при
подготовке к которому используется задание, как правило, подразумевает некоторый
7
стандартный алгоритм: при выполнении которого будет достигнут желаемый результат.
Студенту необходимо строго ему (этому алгоритму) следовать.
Необходимо подготовиться по темам рефератов для выступления на практическом
занятии.
Каждая лабораторная работа содержит цели выполнения лабораторной работы,
описание средств выполнения заданий, подробное описание отдельных пунктов
выполнения и заданий, которые требуется выполнить, Также в лабораторной работе
присутствуют контрольные вопросы, если же они отсутствуют, то преподаватель либо
видоизменяет, либо предлагает новые задания, либо предлагает вопросы, ответ на которые
студент должен знать после выполнения заданий лабораторной работы.
В лабораторных работах следует выполнять задания только в порядке очередности,
так как зачастую выполнение последующих заданий невозможно без выполнения
предыдущих.
Лабораторная работа считается выполненной, если студент выполнил задания к
лабораторной работе и отчитался преподавателю (предъявил результаты выполнения
заданий лабораторной работы и ответил на вопросы или выполнил видоизмененные
преподавателем задания, аналогичные содержащимся в лабораторной работе).
Пример тестовых заданий.
1. Какое количество основных информационные шин входит в системную магистраль
микропроцессорной системы ?
Три шины.
Две шины.
Четыре шины.
2.Функционирование микропроцессорной системы сводится к следующей
последовательности действий: ?
Xранение и обработка команд программ ЭВМ.
получение данных от различных периферийных устройств.
осуществление связи между компьютерами в локальной сети.
выдача результатов обработки на периферийные устройства.
3.Для чего применяется мультиплексирование шин ?
Для снижения количества шин.
Для увеличения пропускной способности.
Для увеличения количества шин.
4.Как называется устройство, отвечающее за выполнение арифметических, логических и
операций управления, записанных в машинном коде ?
микропроцессор.
оперативная память.
система ввода\вывода.
5.ADDR bus расшифровывается как?
шина адреса.
шина данных.
8
шина управления.
Вопросы к экзамену.
1. История развития компьютерной техники. Цифровые и аналоговые
вычислительные машины.
2. Варианты классификации ЭВМ. Классическая архитектура. Иерархическое
описание.
3. Командный цикл процессора. Система команд процессора. Форматы команд.
4. Способы адресации. Система операций.
5. Системы счисления. Представления чисел в различных системах счисления.
Представление информации в ЭВМ. Прямой код. Алгебраическое сложение в
прямом коде.
6. Арифметические операции в обратном коде. Алгоритмы сложения, умножения,
деления в обратном, дополнительном коде.
7. Арифметические операции для чисел с плавающей запятой, десятичных чисел.
Машинная арифметика в остаточных классах.
8. Принцип микропрограммного управления. Концепция, проектирование и
функционирование операционного автомата. Примеры организации автоматов.
9. Концепция. Принципы проектирования и функционирования управляющих
автоматов с «жесткой» логикой. Примеры организации автоматов.
10. Концепция. Принципы проектирования и функционирования управляющих
автоматов с программируемой логикой. Примеры организации автоматов.
11. Организация памяти в ЭВМ. Концепция многоуровневой памяти.
12. Сверхоперативная память с прямым и ассоциативным доступом.
13. Виртуальная память: алгоритмы замещения, сегментная организация памяти
14. Базовая архитектура микропроцессорной системы. Процессорный модуль:
внутренняя структура, командный и машинный циклы, реализация процессорных
модулей и состав линий системного интерфейса.
15. Машина пользователя и система команд: распределение адресного пространства,
система команд i8086.
16. Функционирование основных подсистем МПС: оперативная память, диспетчер
памяти. Ввод/вывод: параллельный и последовательный обмен.
17. Прерывания: изменение состояния внешней среды, идентификация источника
прерываний, приоритет запросов, программ, обработка прерываний. Прямой
доступ в память.
18. Эволюция архитектур микропроцессоров и микроЭВМ. Защищенный режим и
сегментная, страничная организация памяти.
19. Защита памяти на уровне сегментов, страниц, сегментов кода, доступа к данным.
20. Мультизадачность (состояние задачи и переключение между задачами).
21. Прерывания и особые случаи, дескрипторная таблица прерываний, учет уровня
привилегий, код ошибки.
22. Средства отладки и регистры отладки.
23. Увеличение быстродействия процессора: конвейеры, динамический параллелизм,
VLIW-архитектура.
24. Однокристальные микроЭВМ.
9
7. Данные для учета успеваемости студентов в БАРС
Очная форма обучения
Таблица максимальных баллов по видам учебной деятельности
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Другие виды
Лабораторные Практические Самостоятельная Автоматизированное
Промежуточная
Семестр Лекции
учебной
Итого
занятия
занятия
работа
тестирование
аттестация
деятельности
7
10
30
20
10
0
0
30
100
Программа оценивания учебной деятельности студента
Лекции
Посещаемость, опрос, активность и др. за один семестр – от 0 до 10 баллов.
Лабораторные занятия
Контроль выполнения лабораторных заданий в течение одного семестра - от 0 до
30 баллов (1-5 баллов за одну выполненную и отчитанную лабораторную работу).
Практические занятия
Активность на занятиях (0-5 баллов), подготовка доклада (0-5 баллов), презентации
по докладу (0-5 баллов), ответы на вопросы по теме занятия (0-5баллов). Максимально 20
баллов.
Самостоятельная работа
Подготовка 1 реферата и отчета по подготовленному реферату (доклад (от 0 до 3),
ответы на вопросы по реферату (от 0 до 3 баллов), оценка реферата по содержанию (от 0
до 4 баллов)). Максимально 10 баллов.
Автоматизированное тестирование
Не предусмотрено.
Другие виды учебной деятельности
Не предусмотрено.
Промежуточная аттестация
При проведении промежуточной аттестации
ответ на «отлично» оценивается от 23 до 30 баллов;
ответ на «хорошо» оценивается от 15 до 22 баллов;
ответ на «удовлетворительно» оценивается от 8 до 14 баллов;
ответ на «неудовлетворительно» оценивается от 0 до7 баллов.
Таким образом, максимально возможная сумма баллов за все виды учебной
деятельности студента за 7 семестр по дисциплине «Архитектура компьютера» составляет
100 баллов.
10
Пересчет полученной студентом суммы баллов
по дисциплине «Архитектура компьютера» в оценку
Баллы
Оценка
86–100 баллов
«отлично»
71–85 баллов
«хорошо»
51–70 баллов
«удовлетворительно»
50 баллов и меньше
«неудовлетворительно»
8. Учебно-методическое и информационное
обеспечение дисциплины
Литература по курсу
Основная литература
1.
Заботина, Н. Н. Проектирование информационных систем: Учебное пособие
/ Н.Н. Заботина. + CD-ROM. - (Высшее образование). [Электронный ресурс] / Н. Н.
Заботина. - [Б. м.]: ИНФРА-М, 2011. - 331 с. - ISBN 978-5-16-004509-2 : Б. ц.
Дополнительная литература
2.
Жмакин А.П. Архитектура ЭВМ [Текст] / А.П. Жмакин. - СПб.: БХВПетербург, 2006. - 320с
3.
Могилев А.В. Практикум по информатике / А.В. Могилев, Н.И. Пак,
Е.К.Хеннер. - М.: Академия, 2005. - 608с.
4.
Максимов Н.В. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем [Текст]
/ Н.В. Максимов, И.И. Попов, Т.Л. Партыка. - М.: Инфра-М, 2007. - 512с.
Интернет-ресурсы
1. Зональная научная библиотека [Электронный ресурс]. – URL:
http://www.sgu.ru/library
2. Электронные учебники [Электронный ресурс]. – URL: http://www.libedu.ru/
3. Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов [Электронный ресурс]. –
URL: http://scool-collection.edu.ru
4. Единое окно доступа к образовательным ресурсам [Электронный ресурс]. – URL:
http://window.edu.ru
5. Издательство «Лань» [Электронный ресурс]: электронно-библиотечная система.
– URL: http://e.lanbook.com/
6. Издательство «Юрайт» [Электронный ресурс]: электронно-библиотечная
система. – URL: http://biblio-online.ru
7. Руконт [Электронный ресурс]: межотраслевая электронная библиотека. – URL:
http://rucont.ru
11
8. eLIBRARY.RU [Электронный ресурс]: научная электронная библиотека. – URL:
http://www.elibrary.ru
9. ibooks.ru [Электронный ресурс]: электронно-библиотечная система. – URL:
http://ibooks.ru
10. Znanium.com [Электронный ресурс]: электронно-библиотечная система. – URL:
http://znanium.com
11. amd.com [Электронный ресурс]: сайт производителя процессоров. – URL:
www.amd.com
12. intel.com [Электронный ресурс]: сайт производителя процессоров. – URL:
www.intel.com
13. 3dnews.ru [Электронный ресурс]: информационный сайт. – URL:
www.3dnews.ru
Программное обеспечение
1. Программное обеспечение компьютеров: MSOffice
AdobeAcrobatReader.
2. Среда виртуального моделирования процессов процессора.
или
ОреnOffice,
9. Материально-техническое обеспечение дисциплины
 Учебные аудитории, оборудованные комплектом мебели, доской.
 Комплект проекционного мультимедийного оборудования.
 Компьютерные классы (аудитории №№ 24, 25).
12
Рабочая программа дисциплины «Архитектура компьютера» составлена в
соответствии с требованиями ФГОС ВО по направлению подготовки 44.03.05
«Педагогическое образование» (квалификация (степень) «бакалавр») и требованиями
приказа Министерства образования и науки РФ № 1367 от 19.12.2013 г. о порядке
организации и осуществления образовательной деятельности по образовательным
программам высшего образования – программам бакалавриата, программам специалитета,
программам магистратуры.
Программа разработана в 2014 г. (одобрена на заседании кафедры физики и
информационных технологий, протокол № 2 от «16» октября 2014 года).
Автор:
канд. физ.-мат. наук
Сорокин А. Н.
Зав. кафедрой физики
и информационных технологий
канд. пед. наук, доцент
Сухорукова Е.В.
Декан факультета математики,
экономии и информатики
канд. пед. наук, доцент
Кертанова В. В.
13