Периферийные устройства - Корпоративный портал ТПУ

УТВЕРЖДАЮ
Директор ИК
_________________ Захарова А.А.
«___»_____________2015 г.
БАЗОВАЯ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Периферийные устройства
НАПРАВЛЕНИЕ ООП 09.03.01 Информатика и вычислительная
техника
ПРОФИЛИ ПОДГОТОВКИ Вычислительные машины, комплексы, системы и
сети
Квалификация (степень)
Базовый учебный план приема
КУРС 4 СЕМЕСТР 7
Количество кредитов
Код дисциплины
Виды учебной деятельности
бакалавр
2015 г.
6 кредитов ECTS
Б1.ВМ5.1.5
Временной ресурс по очной форме обучения
Лекции, ч
Лабораторные занятия, ч
Практические занятия, ч
Аудиторные занятия, ч
Самостоятельная работа, ч
ИТОГО, ч
Вид промежуточной аттестации
Обеспечивающее подразделение
32
32
16
80
136
216
экзамен в 7 семестре
кафедра ВТ
Заведующий кафедрой ВТ
Марков Н.Г., профессор
Руководитель ООП
Рейзлин В.И., доцент
Преподаватель
Осокин А.Н., доцент
2015 г.
1. Цели освоения дисциплины
Дисциплина «Периферийные устройства» относится к числу специальных
дисциплин направления 09.03.01 «Информатика и вычислительная техника».
Цель данной дисциплины – дать студенту систематические знания и навыки в
области теории построения периферийных устройств, практики их применения в
современных компьютерных системах.
Дисциплина «Периферийные устройства» занимает в подготовке бакалавров
одно из важнейших мест; определяет профессиональную подготовленность к практической работе. Поставленные цели полностью соответствуют целям (Ц1, Ц2, Ц4)
ООП.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина «Периферийные устройства» (Б1.ВМ5.1.5) является вариативной
частью блока (Б1) вариативного междисциплинарного профессионального модуля
(ВМ5) профиля (1) «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети».
Для её успешного усвоения необходимы знания базовых понятий физики, информатики и вычислительной техники, схемотехники, организации ЭВМ роли и
значения информатики в современном обществе, форм представления и преобразования информации в компьютере, архитектур ЭВМ; умения применять вычислительную технику для решения практических задач, оперировать элементами алгебры логики. Владеть навыками работы на персональном компьютере.
Пререквизитами данной дисциплины являются дисциплины: Введение в информационные технологии (Б1.ВМ4.5), «Физика 3.2» (Б1.БМ2.7), «Основы теории
передачи информации» (Б1.ВМ5.1.1), «Электроника 1.3» (Б1.БМ3.5), «Схемотехника ЭВМ» (Б1.ВМ4.13), «Организация ЭВМ» (Б1.ВМ4.14), «Микропроцессоры и
микроконтроллеры» (Б1.ВМ5.1.4).
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ МОДУЛЯ
В соответствии с требованиями ООП освоение дисциплины
направлено на формирование у студентов следующих компетенций, в т.
ч. в соответствии с ФГОС:
Таблица 1
Составляющие результатов обучения, которые будут получены при
изучении данной дисциплины
Результаты
обучения
Р6, 9 (ОК-7,
ОПК-1, 2, 4,
ПК-3, 4, 5)
Код
Знания
З.6.8.1
Современные и
технические программные средства взаимодействия с ЭВМ
Составляющие результатов обучения
Код
Умения
Код
У.6.8.1
.1
У.6.8.1
Выбирать, комплексировать и
эксплуатировать
программноаппаратные средства в создаваемых вычислительных и информационных системах и
сетевых структурах
Инсталлировать,
Владение опытом
В.6.8.1.
1
Сопряжения аппаратных и программных
средств в составе информационных и автоматизированных
систем
В.6.8.1.
Инсталлирования
и
.2
тестировать, испытывать и использовать программноаппаратные средства вычислительных и информационных систем
2
тестирования
программно-аппаратных
средств вычислительных и информационных систем
В результате освоения дисциплины студентом должны быть достигнуты
следующие результаты:
Таблица 2
Планируемые результаты освоения дисциплины
№ п/п
Результат
Знать классификацию, современное состояние, характеристики и
РД1
РД2
РД3
РД4
РД5
РД6
РД7
тенденции развития периферийных устройств. Уметь проводить анализ с целью формирования комплектации ЭВМ для конкретного использования, использовать интернет для нахождения характеристик
выпускаемых периферийных устройств.
Знать способы организации интерфейсов периферийных устройств.
Уметь подключать периферийные устройства, избегая конфликтных
ситуаций с другими периферийными устройствами.
Знать принцип работы основных устройств ввода, перспективы развития устройств ввода (устройства естественного взаимодействия
нейрокомпьютерный интерфейс). Уметь выбирать, тестировать требующиеся для конкретной системы устройства ввода.
Знать структуру видеосистемы, методы формирования изображений,
виды современных визуализаторов, принцип их работы, характеристики и области их рационального применения. Уметь конфигурировать видеоадаптеры, производить расчёт требующихся характеристик, составляющих видеосистемы и подбирать составляющие видеосистемы для конкретных информационных и информационных
автоматизированных видеосистем, тестировать видеосистемы.
Знать принцип работы и характеристики современных систем вывода
на твёрдый носитель. Уметь подключать и конфигурировать принтеры и плоттеры.
Знать принцип работы и структуры современных аудиосистем, характеристики аудиосистемы. Уметь подключать и конфигурировать
аудиосистему.
Знать принцип работы, структуру устройств хранения данных (УХД),
RAID-массивов и их характеристики. Уметь подключать и подготавливать жёсткие диски к работе, тестировать УХД
4. Структура и содержание дисциплины
Раздел 1. Назначение и классификация периферийных устройств.
Виды, классификация и назначение периферийных устройств. Перспективы
развития периферийных устройств.
Раздел 2. Интерфейсы
Понятие интерфейса и его характеристики. Стандартизация интерфейсов.
Классификация интерфейсов. Принцип обмена данными. Режимы передачи данных.
Интерфейсе RS-232. Интерфейсе IEEE 1284. Шина USB. Общие сведения об USB.
Составляющие USB. Физическая архитектура шины USB. Аппаратное обеспечение
USB. Особенности USB 1.1, USB 2.0, USB 3.0, USB 3.1. Общие сведения об интерфейсе IEEE 1394 (Fire Wire). Спецификации интерфейса IEEE 1394. Разъемы и кабель интерфейса IEEE 1394. Преимущества интерфейса IEEE 1394 и его использование. Беспроводные интерфейсы Wireless USB, Bluetooth.
Перечень лабораторных работ по разделу:
1. Организация передачи данных по протоколу HART – 4 час.
Перечень практических занятий по разделу:
1. Интерфейсы подключения периферийных устройств ‒ 2 час.
Раздел 3. Устройства ввода информации
Клавиатура. Принцип действия клавиатуры. Назначение клавиш клавиатуры.
Взаимодействие клавиатуры с системами персонального компьютера. Системная
поддержка клавиатуры. Стандартная раскладка и назначение клавиш клавиатуры.
Виды современных клавиатур. Манипулятор «мышь». Общие сведения о «мыши».
Принципы работы «мыши». Интерфейсы подключения «мыши». Характеристики
«мыши». Эргономические проблемы использования «мыши». Графические планшеты. Назначение и принцип действия графических планшетов. Характеристики графических планшетов. Джойстики. Назначение джойстиков. Джойстики с плавным
регулированием. Оптические и потенциометрические джойстики. Оси плавного регулирования. Функции обратной силовой связи. Сканеры. Назначение и принцип
работы сканеров. Классификация сканеров. Параметры сканеров. Программы оптического распознавания символов (OCR). Цифровые фотоаппараты. Принцип работы.
Классификация. Основные компоненты цифрового фотоаппарата. Подключение
цифровых фотоаппаратов к компьютеру. Характеристики современных цифровых
фотоаппаратов. Устройства естественного взаимодействия. Нейрокомпьютерный
интерфейс.
Перечень лабораторных работ по разделу:
1. Установка и настройка программного обеспечения GPS-навигатора – 4 час.
2. Приобретение навыков работы на планшете Wacom Intouos 3 – 4 час.
3. Ввод текста с помощью сканера. Распознавание введенного текста с помощью
OCR ABBYY FineReader – 4 час.
Перечень практических занятий по разделу:
1. Устройства ввода. Выбор устройств для конкретных условий применения ‒ 2 час.
Раздел 4. Видеосистема ПК.
Состав видеосистемы РС-совместимого компьютера. Растровый и функциональный методы формирования изображений. Растровый метод формирования
изображений. Формирование растра, частота кадров, частота строк, построчная
(прогрессивная) и чересстрочная развертка, основные соотношения для растровой
системы. Формирование цветных изображений в визуализаторах.
Структура монитора, его характеристики, виды мониторов. Жидкокристаллические мониторы. Плазменные панели (PP= Plazme Panel). Органические светодиодные мониторы (OLED=Organic Light Emitting Diode). Мониторы на основе светоизлучающего полупроводникового пластика (РLED). Мониторы электростатической
эмиссии (FED= Field Emission Displays), CNT- FED. Энергосберегающие устройства
отображения информации.
Принцип действия и классификация компьютерных проекторов. Основные характеристики проекторов. Мультимедийные TFT-проекторы. Мультимедийные полисиликоновые проекторы. Мультимедийные DMD/DLP- проекторы. Мультимедийные LCOS-проекторы (D-ILA-проекторы). LED-проекторы.
Устройства отображения объемных изображений. Особенности формирования
объемных изображений. Двухэкранные устройства отображения объемных изображений. Одноэкранные устройства отображения объемных изображений. 3Dмониторы.
Интерактивные доски. Функции и виды интерактивных досок. Интерактивные
доски прямой проекции. Интерактивные доски обратной проекции. Интерактивные
насадки на ЖК-панели и плазменные панели.
Электронные книги.
Видеоадаптеры. Назначение и принцип работы видеоадаптера. Режимы работы
видеоадаптера. Устройство современного видеоадаптера. Технологии повышения
реалистичности трехмерных изображений. API (Application Program Interface).
Интерфейсы видеосистемы. Назначение интерфейсов и их виды. Цифровые
интерфейсы подключения мониторов к видеоадаптеру: DVI, High-Definition Multimedia Interface (HDMI). Интерфейсы для передачи видео: Ultra Wideband (UWB),
Wireless High Definition Interface (WHDI), Wireless HD.
Перечень лабораторных работ по разделу:
1. Программное тестирование видеоадаптеров – 4 час.
2. Исследование характеристик ЖК-мониторов – 4 час.
Перечень практических занятий по разделу:
1. Видеосистема. Расчет требующейся полосы пропускания, выбор видеоадаптера и
интерфейсов подключения ‒ 2 час.
2. Визуализаторы. Анализ пользовательских характеристик, подбор визуализатора
для конкретных условий применения – 2 час.
Раздел 5. Устройства вывода информации на твердый носитель
Классификация принтеров, характеристики принтеров. Матричные принтеры.
Струйные принтеры. Технологии струйной печати. Пузырьково-струйная (термоэлектрическая) печать. Пьезоэлектрическая печать. Различие между физической и
адаптивной разрешающей способностью струйного принтера. Электрофотографические (лазерные) принтеры. Принцип электрофотографической печати. Лазерные
принтеры. LED-принтеры. Сублимационные (термодиффузионные) принтеры.
Твердочернильные принтеры. Термические принтеры, использующие специальную
термобумагу. Цветная печать. Конструктивные особенности принтеров цветной печати. Технологии фотопечати. Фотопринтеры. Многофункциональные устройства.
Назначение и классификация плоттеров. Графопостроители, его достоинства и недостатки. Режущие плоттеры (каттеры). Струйные плоттеры. Электрофотографические плоттеры. Плоттер - каттеры. Языки управления плоттерами. 3D-принтеры.
Перечень практических занятий по разделу:
1. Принтеры и плоттеры. Анализ пользовательских характеристик, подбор принтера
и плоттера для конкретных условий применения – 2 час.
Раздел 6. Аудиосистема PC
Назначение и состав звуковой системы РС. Синтезатор. Синтез звука на основе частотной модуляции (FM - синтезатор). Синтез звука на основе таблицы волн
(WT - синтезатор). Синтез звука на основе физического моделирования. MIDI - интерфейс. Архитектура аудиосистемы по спецификации Audio Codec 97. Архитектура аудиосистемы по спецификации HAD (High Definition Audio). Акустическая система. Микрофоны. Наушники.
Перечень практических занятий по разделу:
1. Аудиосистема. Выбор компонент для конкретных условий применения – 2 час.
7. Внешние ЗУ (энергонезависимые устройства хранения данных)
Классификация устройств хранения данных (УХД), их основные характеристики. УХД, использующие электронный принцип записи-чтения. УХД на ИС
SDRAM компании Texas Memory Systems (Ram San). УХД на основе ИС Flashпамяти: Flash-SSD с интерфейсом АТА, Flash-SSD с интерфейсом USB (USB-Drive),
карты памяти.
УХД, использующие магнитный принцип записи-чтения. Физика процессов
записи-чтения. Продольная запись на магнитный носитель. Вертикальная запись на
магнитный носитель. Накопитель на жестких магнитных дисках (Hard Disk Drive).
Принцип работы. Функциональная схема НЖМД. Контроллеры. Стандартные интерфейсы НЖМД (ATA, SCSI, Serial ATA). Виды выпускаемых НЖМД. Дисковые
массивы и уровни RAID. Простые уровни RAID. Составные RAID-массивы. Накопители на магнитной ленте.
УХД, использующие оптический принцип записи-чтения. Виды оптических
дисков: CD-ROM, CD-R, CD-RW (CD-E), DVD, DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-RW,
DVD+RW, Blu-ray Disk. Принципы функционирования, основные параметры, форматы и стандарты, интерфейсы. Голографические УХД: принцип записи-чтения голографического привода и диска Tapestry компании In Phase Technologies, голографический HVD-привод Magnum компании Optware Corporation.
Перечень лабораторных работ по разделу:
1. Подготовка жесткого диска к работе. Программно-аппаратное тестирование
НЖМД ‒ 4 час.
2. Исследование характеристик RAID-массивов ‒ 4 час.
Перечень практических занятий по разделу:
1. Устройства хранения данных. Выбор УХД для конкретных условий прменения –
2 час.
2. Защита индивидуального задания -2 час.
5. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы
студентов
5.1 Виды и формы самостоятельной работы
Самостоятельную работу студентов (СРС) можно разделить на текущую и творческую проблемно-ориентированную.
Текущая СРС – работа с лекционным материалом, подготовка к лабораторным работам, опережающая самостоятельная работа;
самостоятельное изучение и сдача коллоквиумов по темам, излагаемым на лекциях
обзорно, изучение материала по рекомендованной литературе, мультимедийному
электронному учебнику, нахождение информации в Internet; подготовка к экзамену.
Творческая самостоятельная работа (ТСР) – поиск и анализ информации
по современным интерфейсам, устройствам ввода, визуализаторам, видеоадаптерам,
интерфейсам видеосистемы, принтерам и плоттерам, аудиосистеме, устройствам
хранения данных.
5.2 Контроль самостоятельной работы
Оценка результатов самостоятельной работы организуется как единство двух
форм: самоконтроль и контроль со стороны преподавателя:
- контроль за своевременным и правильным выполнением лабораторных работ, сдачей и защитой отчетов; при выполнении лабораторных работ предусмотрена
защита отчета по лабораторной работе;
- контроль усвоения теоретического материала - проведение контрольных работ;
- выполнение и защита индивидуального задания.
По результатам текущего и рубежного контроля формируется допуск студента к
экзамену. Экзамен проводится в письменной форме и оценивается преподавателем.
6 Средства текущей и промежуточной оценки качества освоения дисциплины
Оценка качества освоения дисциплины производится по результатам следующих контролирующих мероприятий:
Контролирующие мероприятия
Результаты
обучения по
дисциплине
Контрольная работа № 1 по разделу «Интерфейсы для подключе- РД2
ния периферийных устройств»
Контрольная работа № 2 по разделу «Устройства ввода»
РД3
Контрольная работа № 3 по разделу «Видеосистема ПК»
РД4
Контрольная работа № 4 по разделу «Визуализаторы»
РД4
Контрольная работа № 5 по разделу «Устройства вывода информа- РД5
ции на твердый носитель»
Контрольная работа № 6 по разделу «Аудиосистема»
РД6
Контрольная работа № 7 по разделу «Устройства хранения дан- РД7
ных»
Защита индивидуального задания
РД1 – РД7
Для организации текущего контроля полученных студентами знаний по данной
дисциплине проводятся 7 контрольных работ. Контрольная работа пишется в течение 1 академического часа по билетам.
Пример контрольной работы
Опишите работу клавиатуры по приведенной функциональной схеме клавиатуры!
2. Опишите процесс прохождения информации от клавиатуры до формирования символа на экране монитора, используя приведенную ниже схему!
3.Что значит термин QWERTY-клавиатура?
4. Перечислите группы клавиш на стандартной полной клавиатуре!
5. Можно ли с помощью мыши вводить в РС команды? Если можно, то
опишите как это делается!
6. Какие типы мыши распространены в настоящее время? Опишите принцип
работы лазерной мыши!
7. Какие интерфейсы подключения мыши к компьютеру используются?
Проведите их сравнение!
8. На какие типы разделяются планшеты по принципу действия? Опишите их
принцип действия!
9. Опишите джойстик с плавным регулированием!
10. Опишите функцию обратной силовой связи джойстика!
11. Приведите упрощенную схему устройства сканера и опишите принцип
работы сканера!
12. Какие источники света используются в сканерах? Опишите их
достоинства и недостатки!
13. Какие элементы используются в сканерах в качесте фоточувствительных?
Опишите их достоинства и недостатки!
14. Какие виды сканеров Вы знаете? Кратко опишите их достоинства и
недостатки!
15. Какие интерфейсы используются для подключения сканеров? Опишите
их достоинства и недостатки!
16. Опишите работу и основные элементы цифрового фотоаппарата!
17. Какие типы по принципу работы видоискателей используются в фотоаппаратах? Опишите их устройство и работу!
18. Какие устройства естественного ввода Вам известны? Кратко их
опишите!
19. Для кого предназначен нейрокомпьютерный интерфейс Intendix? Кратко
его опишите!
20. Опишите систему Emotiv EPOS! Для чего она предназначена?21. Какой
объем памяти необходим при сканировании изображения с характеристиками:
Размер изображения - Xсм x Yсм
Разрешение – Z dpi
Глубина цвета – G
Ответ привести в двоичных мегабайтах, в ответе привести расчет
Примеры вариантов индивидуальных домашних заданий
№
п/п
5
Задание
Рабочее место геймера
7
Рабочее место программиста БД
8
Рабочее место монтажника видео
Примечание
А) использование игровой периферии;
В) ПО игр;
С) использование 3D-игр.
А) должно быть на компьютере установлено Сервер+клиент;
В) нужен минимум периферии.
А) наличие аппаратной системы монтажа;
В) записывающие устройства для различных типов носителей;
С) качественное резервное питание.
7. Рейтинг качества освоения дисциплины (модуля)
Оценка качества освоения дисциплины в ходе текущей и промежуточной аттестации обучающихся осуществляется в соответствии с «Руководящими материалами по текущему контролю успеваемости, промежуточной и итоговой аттестации
студентов Томского политехнического университета», утвержденными приказом
ректора № 77/од от 29.11.2011 г.
В соответствии с «Календарным планом изучения дисциплины»:
 текущая аттестация (оценка качества усвоения теоретического материала
(контрольные работы и др.) и результаты практической деятельности (выполнение индивидуальных заданий, защита отчётов по лабораторным работам и др.) производится в течение семестра (оценивается в баллах (максимально 60 баллов), к моменту завершения семестра студент должен набрать
не менее 33 баллов);
 промежуточная аттестация (экзамен) производится в конце семестра (оценивается в баллах (максимально 40 баллов), на экзамене (зачете) студент должен набрать не менее 22 баллов).
Итоговый рейтинг по дисциплине определяется суммированием баллов, полученных в ходе текущей и промежуточной аттестаций. Максимальный итоговый
рейтинг соответствует 100 баллам.
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
 основная литература:
1. Осокин, Александр Николаевич. Периферийные устройства [Электронный
ресурс] : учебное пособие / А. Н. Осокин ; Национальный исследовательский
Томский политехнический университет (ТПУ), Институт кибернетики (ИК),
Кафедра вычислительной техники (ВТ). — 1 компьютерный файл (pdf; 4.4
MB). — Томск : Изд-во ТПУ. — Заглавие с титульного экрана. — Электронная версия печатной публикации. — Доступ из корпоративной сети ТПУ. —
Adobe Reader. — <URL:http://www.lib.tpu.ru/fulltext2/m/2014/m323.pdf>.
2. Горнец, Николай Николаевич Периферийные устройства современных компьютеров : учебное пособие для вузов / Н. Н. Горнец. — Москва: Дрофа,
2010. — 316 с.: ил.. — Высшее образование. — Библиогр.: с. 314. — Список
сокращений: с. 312-313.. — ISBN 978-5-358-07931-1
3. Осокин А.Н., Цыганков Ю.В. Периферийные устройства. Устройства вывода:
учебное пособие. - Томск: Изд-во ТПУ, 2005.
 дополнительная литература:
1. Авдеев В.А. Периферийные устройства: интерфейсы, схемотехника, программирование. – М.: ДМК Пресс,2009.
2. Асмаков С.В., Пахомов С.О. Железо 2008. Компьютер Пресс рекомендует. –
СПб.: Питер, 2008.
3. Лапин А. Интерфейсы. Выбор и реализация. М: Техносфера. – 2005.
 программное обеспечение и Internet-ресурсы:
1. Мультимедийный электронный учебник «Периферийные устройства».
http://metod.vt.tpu.ru/edu/df/pd/book, авторы: Осокин А.Н., Цыганков Ю.В.
2. Пакет Adobe PhotoShop 4.0
3. Программы Partition Magic фирмы Power Quest Corporation, WinOnCD 8, Nero 5, Personal Internet Phone Equipment.
9. Материально-техническое обеспечение модуля
Лекционные и практические занятия проводятся в аудиториях с мультимедийным оборудованием. Лабораторные занятия проводятся в компьютерном классе на
персональных компьютерах (12 рабочих мест).
№ п/п
1.
2.
Наименование оборудования
Мультимедийное оборудование (компьютер, проектор, экран)
Компьютерный класс. Intel Core 2 Duo, графический
планшет Wacom, GPS-навигаторы, HART-датчики
Корпус, ауд., количество
установок
10 корпус ТПУ, ауд. 410
10 корпус ТПУ, ауд. 402А, 12 ПК.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС по направлению 09.03.01 «Информатика и вычислительная техника» и
профилю подготовки «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети.
Программа одобрена на заседании кафедры вычислительной техники
(протокол № 54 от « 22 » 06 2015 г.).
Автор – доцент кафедры вычислительной техники Осокин Александр Николаевич
Рецензент – доцент кафедры вычислительной техники Мальчуков Андрей Николаевич