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.