Аппаратн_средства_выч_техники

Правительство Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
"Национальный исследовательский университет
"Высшая школа экономики"
Факультет Прикладной математики и кибернетики МИЭМ
Программа дисциплины Аппаратные средств вычислительной
техники
для специальности 090301.65 «Компьютерная безопасность»
подготовки специалиста
Авторы программы:
Кузнецов Михаил Михайлович mmkuznetsov@hse.ru
Одобрена на заседании кафедры Компьютерная безопасность «__11_»___06__ 20 11 г
Зав. кафедрой А.Б.Лось
Рекомендована секцией УМС ФПМ и К
Председатель Л.А. Манита
«___»____________ 20 г
Утверждена УС факультета ФПМиК
Ученый секретарь А.Ю.Истратов _______________
«___»_____________20 г.
Москва, 2013
Настоящая программа не может быть использована другими подразделениями
университета и другими вузами без разрешения кафедры-разработчика программы.
1. Цели и задачи дисциплины
Целью дисциплины "Аппаратные средства вычислительной техники" является подготовка выпускника к деятельности, связанной с эксплуатацией и обслуживанием аппаратуры и оборудования, содержащего современные средства вычислительной техники.
Задачи дисциплины:
−
изучение принципов работы элементов цифровых электронных схем;
−
изучение принципов работы узлов ЭВМ;
−
изучение основ проектирования ПЭВМ;
−
изучение организации архитектуры ПЭВМ различных поколений;
−
изучение эволюции системных и периферийных интерфейсов;
−
изучение способов адресации оперативной памяти;
−
изучение структуры и принципов функционирования основных модулей микропроцессорной системы;
−
овладение навыками моделирования электронных схем;
2. Место дисциплины в структуре ООП:
"Аппаратные средства вычислительной техники" в основной образовательной программе подготовки специалистов находится в учебном блоке профессионального цикла базовая (общепрофессиональная) часть.
Для успешного усвоения данной дисциплины необходимо, чтобы студент владел
знаниями, умениями и навыками, сформированными в процессе изучения дисциплины “Информатика”, знал системы счисления и представление данных в ЭВМ; состав и назначение
функциональных компонентов компьютера; умел использовать программные и аппаратные
средства персонального компьютера;
Дисциплина "Аппаратные средства вычислительной техники" обеспечивает изучение дисциплин “Языки программирования”, “Операционные системы”.
Знания и практические навыки, полученные в курсе “Аппаратные средства вычислительной техники”, используются студентами при изучении естественно-научных дисциплин, а также при разработке курсовых и дипломных работ.
3. Требования к результатам освоения дисциплины
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
− способностью учитывать современные тенденции развития информатики и вычислительной техники, компьютерных технологий в своей профессиональной деятельности (ПК7);
−
способностью работать с программными средствами прикладного, системного
и специального назначения (ПК-8);
−
способностью принимать участие в эксплуатации программного обеспечения и
программно-аппаратных средств обеспечения информационной безопасности компьютерных
систем (ПК-35).
В результате изучения дисциплины "Аппаратные средства вычислительной техники"
студенты должны:
знать:
− архитектуру основных типов современных компьютерных систем;
− структуру и принципы работы современных и перспективных микропроцессоров;
− принципы работы элементов и функциональных узлов электронной аппаратуры;
− методы анализа и синтеза электронных схем;
уметь:
− определять состав компьютера: тип процессора и его параметры, тип модулей памяти и их характеристики, тип видеокарты, состав и параметры периферийных устройств;
владеть:
− навыками применения технических и программных средств тестирования с целью определения исправности компьютера и оценки его производительности;
4. Объём дисциплины и виды учебной работы
Вид учебной работы
Аудиторные занятия (всего)
В том числе:
Лекции (Л)
Практические занятия (ПЗ)
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР)
Контрольные работы (КР)
Самостоятельная работа (всего)
В том числе:
Курсовой проект (работа)
Расчётно-графические работы
Коллоквиум
Реферат
Домашнее задание
Другие виды самостоятельной работы (подготовка к занятиям, зачёту)
Вид промежуточной аттестации
и её трудоёмкость
Общая трудоёмкость
часов
зачётных единиц
Всего
часов
108
Семестры
2
60
3
48
64

44
40

20
24
18


126
66
60













Зачет
зачет
126
108
234
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание тем дисциплины
Тема 1. Арифметические и логические основы ЭВМ.
Принцип программного управления. Структура команды, способы адресации, форматы команд ЭВМ. Комплексы элементов ЭВМ. Представление данных в ЭВМ. Корректирующие коды. Машинная арифметика.
Тема 2. Элементы и узлы ЭВМ
Функциональные узлы комбинационного типа. Функциональные узлы накапливающего типа. Принципы построения устройств управления ЭВМ.
Системы прерывания программ.
Тема 3. Периферийные устройства ЭВМ
Система ввода-вывода. Управление периферийными устройствами. Периферийные
устройства ЭВМ: внешние запоминающие устройства и устройства ввода-вывода информации.
Тема 4. Микропроцессоры
Понятие микропроцессора (МП) и микропроцессорной системы. Виды технологии
производства МП. Архитектура МП разных поколений и их основные характеристики.
Тема 5. Архитектура и принцип работы ПЭВМ
Вопросы проектирования ПЭВМ. Структура и принципы функционирования основных модулей системы: системного и адаптеров периферийных устройств. Организация МП;
адресация памяти; модель МП для программиста; форматы команд и данных. Системная
шина. Конструктивные особенности ПЭВМ. Система электропитания.
Тема 6. Рабочие станции и серверы
Классификация компьютеров по областям применения.
Рабочие станции и серверы. Характеристика, структура, состав и назначение рабочих станций и серверов разных моделей.
5.2. Темы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
№
Наименование обеспе- № № тем данной дисциплины, необходимых для изучеп/п
чиваемых (последую- ния обеспечиваемых (последующих) дисциплин
щих) дисциплин
1
2
3
4
5
6
1
Языки программирования
–
–
–
+
+
+
2
Операционные системы
–
–
–
–
+
+
5.3. Темы дисциплины и виды занятий
№
Наименование темы дис- Лекц.,
п/п
циплины
(час)
1
2
3
4
5
6
Арифметические и логические основы ЭВМ
Элементы и узлы ЭВМ
Периферийные устройства
ЭВМ
Микропроцессоры
Архитектура и принцип
работы ПЭВМ.
Рабочие станции и серверы
Лаб.
раб.,
час
Семин.,
час
СР,
час
Всего, час
12
6
-
20
38
12
12
-
26
50
12
12
12
8
-
26
20
50
40
8
-
-
18
26
8
6
-
16
30
6. Лабораторный практикум
№
№ тем
Наименование лабораторной работы
п/п
дисциплины
1
1
Формы представления чисел в ЭВМ и действия над
ними
2
2
Освоение навыков работы с пакетом
3
2
Синтез логических элементов
4
2
Синтез комбинационных схем
5
2
Синтез последовательностных схем
6
3
Освоение навыков работы с периферийными
устройствами
7
4
Функционирование микропроцессоров
8
4
Организация памяти в микропроцессорной системе.
Способы адресации
9
6
Рабочие станции и серверы
7. Примерная тематика курсовых проектов (работ)
Способы адресации
Трудоемкость, час
6
6
6
6
4
4
4
4
4
Представление данных в ЭВМ
Синтез логических схем
Системы прерывания программ
Организация памяти в МП-системе
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
8.1. Основная литература
1. Гук М.Ю. Аппаратные интерфейсы ПК. Энциклопедия.- СПб.: Питер, 2002.- 528
с.
2. Гук М.Ю. Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия. 3-е изд.- СПб.: Питер,
2006.- 1072 с.
3. Гук М.Ю. Интерфейсы устройств хранения: ATA, SCSI и другие. Энциклопедия.
Питер,2007, 447 с.
4. Мюллер, Скотт. Модернизация и ремонт ПК, 16-е издание.: Пер. с англ. - М.: Издательский дом "Вильямс", 2006. - 1328 с.
8.2. Дополнительная литература
1. Гук М.Ю. Шины PCI, USB и FireWire Энциклопедия.- СПб.: Питер, 2008.- 520 с.
2. Каган Б.М. Электронные вычислительные машины и системы: Учеб. пособие для
вузов.- М.: Энергоатомиздат, 1985.- 552 с.
8.3. Программное обеспечение
Пакет программ Electronics Labcenter (Proteus) или аналогичный для проектирования многослойных печатных плат аналоговых, цифровых и аналого-цифровых устройств.
8.4. Базы данных, информационно-справочные и поисковые системы
−
вузовская
электронно-библиотечная
система
учебной
литературы
http://miem.edu/ru/
−
база научно-технической информации (ВИНИТИ РАН)
Электронно-библиотечная система обеспечивает возможность индивидуального доступа для каждого обучающегося из любой точки, в которой имеется доступ к сети Интернет.
9. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Для проведения всех видов занятий необходимо презентационное оборудование
(мультимедийный проектор, ноутбук, экран) – 1 комплект.
Для проведения практических и лабораторных занятий необходимо наличие компьютерных классов оборудованных современной вычислительной техникой из расчета одно рабочее место на одного обучаемого.
Для эффективной работы в рамках дисциплины рекомендуется иметь возможность
работать с исходными текстами программ, сохраненными на съемных носителях информации.
10. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины
Примерным учебным планом на изучение дисциплины отводятся два семестра. В
конце третьего семестра в качестве итогового контроля предусмотрен экзамен. На подготовку
и сдачу экзамена в соответствии с госстандартом и примерным учебным планом выделяется
дополнительно 36 часов. В процессе изучения дисциплины проводится контрольная работа.
Контрольная работа, как правило, планируется на середину семестра по темам, изученным к этому времени.
Дисциплина “Аппаратные средства вычислительной техники” является технической
дисциплиной. Она частично базируется на материале, излагаемом ранее в дисциплине “Информатика”. Эта дисциплина преподается в первом семестре и студенты получают некоторые предварительные сведения об аппаратных средствах вычислительной техники. Тем не
менее, возможно повторение некоторых вопросов вследствие того, что в дисциплине “Аппаратные средства вычислительной техники” они получают дальнейшее развитие.
По основным темам дисциплины преподавателю важно придерживаться следующих
методических рекомендаций.
В первой теме дисциплины даются основы построения ЭВМ.
Здесь важно дать понятие архитектуры ЭВМ, сравнить архитектуры различных поколений.
В теме “Элементы и узлы ЭВМ ” важно отметить, что все дискретные устройства
строятся из небольшого набора элементарных логических элементов, называемом базисом.
Дать студентам представление о роли булевой алгебры и методов минимизации при проектировании устройств управления процессором.
Определить состав центральной части ЭВМ. При раскрытии понятия иерархической
памяти дать предварительные сведения о построении буферной и виртуальной памяти. Центральный вопрос темы – функционирование системы прерывания программ.
В теме “Периферийные устройства ЭВМ ” основное внимание уделить организации
взаимодействия периферийных устройств и процессора.
В теме “Микропроцессоры” даются основы микропроцессорной техники. Вводится
понятие микропроцессора и микропроцессорной системы. Совершенствование технологии
производства микросхем – основа развития и совершенствования микропроцессорной техники. На примере 16-разрядного микропроцессора рассмотреть его организацию и управление
памятью.
В пятой теме “Архитектура и принцип работы ПЭВМ” рассматриваются вопросы
взаимодействия компонентов компьютера.
Рассмотреть организацию управления системной шины как основного компонента
организации интерфейса с оперативной памятью. Достаточное внимание уделить вопросам
организации управления оперативной памятью.
Рассмотреть базовые архитектуры процессоров архитектуры х86. Обозначить ближайшие перспективы развития микропроцессоров.
На примере системного модуля персонального компьютера с 16-разрядным процессором рассмотреть состав модуля и взаимодействие его основных узлов. Обратить внимание студентов на то, что в этом модуле заложены основные принципы взаимодействия компонентов персонального компьютера. Отметить возросшую роль организации электропитания и
конструкции корпуса. Ознакомить студентов с вопросами диагностики персональных ЭВМ,
как внутренней, так и программной.
В шестой теме дается обзор рабочих станций, серверов, приводится пример классификации ЭВМ. Ознакомить студентов с моделями современных рабочих станций и серверов и их техническими характеристиками.
В процессе преподавания дисциплины методически целесообразно в каждом теме
выделить наиболее важное и акцентировать на них внимание обучаемых.
Примерный перечень вопросов для опросов на практических занятиях:
1. Фазы выполнения команды
2. Способы адресации
3. Представление данных в ЭВМ
4. Корректирующие коды
5. Ввод-вывод в ЭВМ
6. Минимизация булевых выражений
7. Синтез логических схем
8. Элементы и узлы ЭВМ
9. Системы прерывания программ
10. Организация 16-разрядного МП
11. Организация памяти в МП-системе
12. Управление памятью в МП х86
Порядок формирования оценок по дисциплине
Работа студентов оценивается на семинарских и практических занятиях, при выполнении
домашних заданий, написании контрольных работ, выполнении курсовой работы, на
промежуточном и итоговом зачете.
На семинарских и практических занятиях оценивается активность студентов в
выступлениях, дискуссиях, деловых играх, правильность ответов на вопросы, глубина
знаний, точность аргументации, умение логически мыслить и выражать свои знания.
Оценки за работу на семинарских и практических занятиях преподаватель выставляет в
рабочую ведомость. Накопленная оценка по 10-ти балльной шкале за работу на семинарских
и практических занятиях определяется перед промежуточным или итоговым контролем Оауд.
Оценивается самостоятельная работа студентов: правильность выполнения домашних
работ, полнота освещения темы на занятиях-дискуссиях и т.д. Оценки за самостоятельную
работу студента выставляются в рабочую ведомость. Накопленная оценка по 10-ти балльной
шкале за самостоятельную работу определяется перед промежуточным или итоговым
контролем – Осам. работа.
Накопленная оценка за текущий контроль учитывает результаты студента по текущему
контролю следующим образом:
Онакопл= 0.3* Отекущий + 0.4* Оауд + 0.3* Осам.работа
где
Отекущий = 0.5·Ок/р + 0.5·Одз .
Способ округления накопленной оценки текущего контроля – арифметический.
Результирующая оценка за дисциплину рассчитывается следующим образом:
Орезульт = 0.5* Онакопл + 0.5*·Оэкз/зач
Способ округления накопленной оценки промежуточного (итогового) контроля
–
арифметический.
На зачете студент может получить дополнительный вопрос, ответ на который
оценивается в 1 балл.
На экзамене студент может получить дополнительный вопрос, ответ на который
оценивается в 1 балл.
В диплом выставляет результирующая оценка по учебной дисциплине, которая
формируется по следующей формуле:
Орезульт = 0.5·Онакопл + 0.5·Оитоговый
Способ округления результирующей оценки по учебной дисциплине – арифметический.
ВНИМАНИЕ: оценка за итоговый контроль блокирующая, при неудовлетворительной
итоговой оценке она равна результирующей.
Программа продлена на 20__/___ уч.год
/_________________/
Подпись зав.каф.
Программа продлена на 20__/___ уч.год
/_________________/
Подпись зав.каф.
Программа продлена на 20__/___ уч.год
/_________________/
Подпись зав.каф.