Архитектура информационных систем - Рабочая программа дисциплины - 44.04.01. Педагогическое образование - Направления подготовки

Закреплена за кафедрой	Кафедра вычислительной техники и электроники
Направление подготовки	44.04.01. Педагогическое образование
Профиль	Педагог школьного и дополнительного образования в сфере информатики и робототехники
Форма обучения	Очная
Общая трудоемкость	3 ЗЕТ
Учебный план	44_04_01_ИиР-1-2019

Курс (семестр)	1 (2)	Итого
Недель	14
Вид занятий	УП	РПД	УП	РПД
Лекции	26	26	26	26
Практические	28	28	28	28
Сам. работа	27	27	27	27
Часы на контроль	27	27	27	27
Итого	108	108	108	108

1. Цели освоения дисциплины

1.1.	Цель изучения дисциплины – формирование у будущих специалистов теоретических знаний и практических навыков по использованию современных компьютеров и программного обеспечения для решения широкого спектра задач в различных областях, а именно: - ознакомить студентов с основами архитектуры ЭВМ; - привить навыки работы с языками программирования низкого уровня для создания прикладных программ; - изложить основные принципы проектирования и устройства современных ЭВМ.

1.1.

Цель изучения дисциплины – формирование у будущих специалистов теоретических знаний и практических навыков по использованию современных компьютеров и программного обеспечения для решения широкого спектра задач в различных областях, а именно:
- ознакомить студентов с основами архитектуры ЭВМ;
- привить навыки работы с языками программирования низкого уровня для создания прикладных программ;
- изложить основные принципы проектирования и устройства современных ЭВМ.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Цикл (раздел) ООП: Б1.В.02

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ПК-1	Способен организовывать и осуществлять обучение по информатике и робототехнике в образовательных организациях основного общего, среднего общего образования в сфере информатики и робототехники
ПК-2	Способен организовывать и осуществлять воспитательную деятельность в организациях основного общего, среднего общего образования
ПК-4	Способен организовывать деятельность обучающихся по освоению дополнительной общеобразовательной программы по информатике и робототехнике
В результате освоения дисциплины обучающийся должен
3.1.	Знать:
3.1.1.	архитектуру компьютера, структуру программного обеспечения, принципы программно-аппаратного взаимодействия, язык программирования низкого уровня, различные способы проектирования человеко-машинного интерфейса и инструментарий его разработки, основные принципы программно-аппаратного взаимодействия, варианты его организации, способы, позволяющие использовать особенности программно-аппаратного взаимодействия для решения практических задач
3.2.	Уметь:
3.2.1.	выполнять постановку задачи, составлять алгоритмы и писать программы для решения задач из различных предметных областей на языке языках программирования низкого уровня, встраивать фрагменты кода на языках низкого уровня в программы, написанные на языках высокого уровня, проектировать и создавать человеко-машинные интерфейсы с усложненной структурой и использованием специального инструментария, различать варианты организации программно-аппаратного взаимодействия, использовать их для решения практических задач разного уровня сложности из разных предметных областей
3.3.	Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть):
3.3.1.	расширенными навыками программирования, настройки компьютера, проектирования ПО для решения задач из различных предметных областей, проектирования и создания человеко-машинных интерфейсов со сложной структурой и использованием специализированного инструментария, навыками различать варианты организации программно-аппаратного взаимодействия, использования их для решения практических задач разного уровня сложности из разных предметных областей

4. Структура и содержание дисциплины

Код занятия	Наименование разделов и тем	Вид занятия	Семестр	Часов	Компетенции	Литература
Раздел 1. Введение. Общие сведения об ЭВМ и использовании их в различных прикладных задачах.
1.1.	История ЭВМ, поколения ЭВМ. Структура ЭВМ и вычислительных систем.	Лекции	2	1	ПК-1, ПК-2, ПК-4	Л2.1, Л2.2, Л2.4, Л2.3, Л1.1
1.2.	Тенденции развития вычислительной техники. Современные микропроцессоры.	Лекции	2	1	ПК-1, ПК-2, ПК-4	Л2.1, Л2.2, Л2.4, Л2.3, Л1.1
1.3.	Понятие об информации. Представление информации в ЭВМ. Языки программирования и операционные системы - понятия, критерии и назначение.	Лекции	2	1	ПК-1, ПК-2, ПК-4	Л2.1, Л2.2, Л2.4, Л2.3, Л1.1
1.4.	История ЭВМ. Знакомство с архитектурой и структурой современных ЭВМ	Сам. работа	2	4	ПК-1, ПК-2, ПК-4	Л2.2, Л2.3, Л1.1
Раздел 2. Принципы работы современных ЭВМ и вычислительных систем.
2.1.	Узлы ЭВМ и их взаимодействие. Понятие архитектуры ЭВМ. Формальная модель вычислительной системы. Принципы фон Неймана.	Лекции	2	1	ПК-1, ПК-2, ПК-4	Л2.1, Л2.2, Л2.4, Л2.3, Л1.1
2.2.	Узлы ЭВМ и их взаимодействие. Понятие архитектуры ЭВМ. Формальная модель вычислительной системы. Принципы фон Неймана.	Лекции	2	2	ПК-1, ПК-2, ПК-4	Л2.1, Л2.2, Л2.4, Л2.3, Л1.1
2.3.	Организация алгоритмов на алгоритмических языках. Программа, принципы ее построения.	Лекции	2	2	ПК-1, ПК-2, ПК-4	Л1.1
2.4.	Понятие "алгоритмический язык". Синтаксис и грамматика алгоритмического языка. Принципы описания алгоритмического языка. Стадии выполнения команды алгоритмического языка.	Лекции	2	2	ПК-1, ПК-2, ПК-4	Л2.1, Л2.2, Л2.4, Л2.3, Л1.1
2.5.	Основы программирования на языках низкого уровня	Практические	2	8	ПК-1, ПК-2, ПК-4	Л2.5, Л1.1
2.6.	Устройство узлов различных типов ЭВМ. Однокристальные ЭВМ. Алгоритмы и программы низкого уровня для ЭВМ различных типов. Виды ассемблеров. Выполнение домашних заданий. Выполнение курсовой работы.	Сам. работа	2	8	ПК-1, ПК-2, ПК-4	Л2.1, Л2.2, Л2.5, Л2.4, Л2.3, Л1.1
Раздел 3. Особенности программирования на машинно-ориентированных языках.
3.1.	Типы данных: константы, метки, переменные, записи, строки, файлы, массивы. Форматы представления данных, описание типов. Идентификаторы. Типы значений величин: цифровые (целые и вещественные), логические, текстовые.	Лекции	2	2	ПК-1, ПК-2, ПК-4	Л2.1, Л2.2, Л2.4, Л2.3, Л1.1
3.2.	Методы обращения к операндам (прямые и косвенные методы, автоматический перебор адресов). Система команд: формат слов и команд, адресация команд, операция и операнд. Команды модификации, арифметические и логические операции, команды условных и безусловных переходов, команды управления программой. Команды сопроцессора и команды расширенной арифметики.	Лекции	2	2	ПК-1, ПК-2, ПК-4	Л2.2, Л2.3, Л1.1
3.3.	Принципы работы персональных ЭВМ. Система команд и язык Ассемблера.	Практические	2	4	ПК-1, ПК-2, ПК-4	Л2.1, Л2.2, Л2.5, Л2.4, Л2.3, Л1.1
3.4.	Системы команд для микропроцессоров различных архитектур. Влияние архитектуры процессора на его программирование. Программирование процессоров нестандартной архитектуры. Выполнение домашних заданий. Выполнение курсовой работы.	Сам. работа	2	8	ПК-1, ПК-2, ПК-4	Л2.1, Л2.5, Л1.1
Раздел 4. Принципы построения языка Ассемблер.
4.1.	Команды управления и прерывания. Процесс редактирования, компиляции и выполнения программ.	Лекции	2	2	ПК-1, ПК-2, ПК-4	Л2.1, Л2.2, Л2.4, Л2.3, Л1.1
4.2.	Алфавит, запись программы, принципы программирования. Метки, операторы, операции, макрокоманды и макродирективы, комментарии.	Лекции	2	2	ПК-1, ПК-2, ПК-4	Л2.1, Л2.2, Л2.4, Л2.3, Л1.1
4.3.	Принципы работы персональных ЭВМ. Система команд и язык Ассемблера.	Практические	2	8	ПК-1, ПК-2, ПК-4	Л2.1, Л2.2, Л2.5, Л2.4, Л2.3, Л1.1
4.4.	Структура ассемблерной программы. Проектирование низкоуровневых программ. Программные комплексы низкого уровня. Аппаратное программирование. Выполнение домашних заданий. Выполнение курсовой работы.	Сам. работа	2	4	ПК-1, ПК-2, ПК-4	Л2.1, Л2.2, Л2.4, Л2.3, Л1.1
Раздел 5. Программирование с учетом архитектурных особенностей ЭВМ.
5.1.	Принципы построения современных ЭВМ. Особенности построения микропроцессорных ЭВС. Принцип МММ - модульность, микропроцессор, микропрограммное управление.	Лекции	2	2	ПК-1, ПК-2, ПК-4	Л2.1, Л2.2, Л2.4, Л2.3, Л1.1
5.2.	Технические характеристики, структура ЭВМ. Принципы обмена информацией между узлами ЭВМ.	Лекции	2	2	ПК-1, ПК-2, ПК-4	Л2.1, Л2.2, Л2.4, Л2.3, Л1.1
5.3.	Особенности работы с внешними устройствами. Прерывания. Обработка прерываний. Программные и аппаратные прерывания.	Лекции	2	2	ПК-1, ПК-2, ПК-4	Л2.1, Л2.2, Л2.4, Л2.3, Л1.1
5.4.	Программные и аппаратные прерывания. Использование механизма прерываний для обмена информацией с ВУ.	Лекции	2	2	ПК-1, ПК-2, ПК-4	Л2.1, Л2.2, Л2.4, Л2.3, Л1.1
5.5.	Программирование с учетом архитектурных особенностей ЭВМ.	Практические	2	8	ПК-1, ПК-2, ПК-4	Л2.1, Л2.2, Л2.5, Л2.4, Л2.3, Л1.1
5.6.	Изучение модульной структуры для ЭВМ различного назначения. Программирование различных узлов ЭВМ. Системы прерываний для ЭВМ различных архитектур. Периферийные устройства ЭВМ. Выполнение домашних заданий. Выполнение курсовой работы.	Сам. работа	2	3	ПК-1, ПК-2, ПК-4	Л2.1, Л2.2, Л2.4, Л2.3, Л1.1
Раздел 6. Аттестация
6.1.		Экзамен	2	27	ПК-1, ПК-2, ПК-4	Л2.1, Л2.2, Л2.5, Л2.4, Л2.3, Л1.1

5. Фонд оценочных средств

5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины

Фонд оценочных средств представлен в Приложении

5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.)

Фонд оценочных средств представлен в Приложении

5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации

Фонд оценочных средств представлен в Приложении

6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература
6.1.1. Основная литература
	Авторы	Заглавие	Издательство, год	Эл. адрес
Л1.1	Громов Ю. Ю. , Иванова О. Г. , Серегин М. Ю. , Ивановский М. А. , Дидрих В. Е.	Архитектура ЭВМ и систем: Учебники и учебные пособия для вузов	Тамбов: Издательство ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2012 // ЭБС "Университетская библиотека ONLINE"	biblioclub.ru
6.1.2. Дополнительная литература
	Авторы	Заглавие	Издательство, год	Эл. адрес
Л2.1	Горнец Н.Н., Рощин А.Г., Соломенцев В.В.	Организация ЭВМ и систем: учеб. пособие для вузов	М.: Академия, 2006
Л2.2	Степанов А.Н.	Архитектура вычислительных систем и компьютерных сетей: учеб. пособие для вузов	СПб.[и др.]: Питер, 2007
Л2.3	Гуров В. В. , Чуканов В. О.	Архитектура и организация ЭВМ [Электронный ресурс]: Учебная литература для вузов	М. : ИНТУИТ, 2016 // ЭБС "Университетская библиотека ONLINE"	biblioclub.ru
Л2.4	Незнанов А.А.	Программирование и алгоритмизация: учебник	М.: Академия, 2010
Л2.5	Юров В.И.	Assembler: учеб. пособие для вузов	СПб.[и др.]: Питер, 2007
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет"
	Название		Эл. адрес
Э1	www.gpntb.ru/ Государственная публичная научно-техническая библиотека.
Э2	www.window.edu.ru/ Библиотека учебной и методической литературы
Э3	www.intuit.ru/ Образовательный сайт
Э4	http://portal.edu.asu.ru/course/view.php?id=1631
Э5	Курс в Мудл "Архитектура информационных систем"		portal.edu.asu.ru
6.3. Перечень программного обеспечения
LibreOffice Условия использования: https://ru.libreoffice.org/about-us/license/ Microsoft Windows 7-Zip AcrobatReader
6.4. Перечень информационных справочных систем
Образовательный портал АлтГУ, ресурс http://portal.edu.asu.ru/course/view.php?id=1631 Электронная библиотечная система Алтайского государственного университета (http://elibrary.asu.ru/); Научная электронная библиотека elibrary (http://elibrary.ru)

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Аудитория	Назначение	Оборудование
Помещение для самостоятельной работы	помещение для самостоятельной работы обучающихся	Компьютеры, ноутбуки с подключением к информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», доступом в электронную информационно-образовательную среду АлтГУ
001вК	склад экспериментальной мастерской - помещение для хранения и профилактического обслуживания учебного оборудования	Акустический прибор 01021; виброизмеритель 00032; вольтметр Q1202 Э-500; вольтметр универсальный В7-34А; камера ВФУ -1; компьютер Турбо 86М; масспектрометр МРС -1; осциллограф ЕО -213- 2 ед.; осциллограф С1-91; осциллограф С7-19; программатор С-815; самописец 02060 – 2 ед.; стабилизатор 3218; терц-октавный фильтр 01023; шкаф вытяжной; шумомер 00026; анализатор АС-817; блок 23 Г-51; блок питания "Статрон" – 2 ед.; блок питания Ф 5075; вакуумный агрегат; весы; вольтметр VM -70; вольтметр В7-15; вольтметр В7-16; вольтметр ВУ-15; генератор Г-5-6А; генератор Г4-76А; генератор Г4-79; генератор Г5-48; датчик колебаний КВ -11/01; датчик колебаний КР -45/01; делитель Ф5093; измеритель ИМП -2; измеритель параметров Л2-12; интерферометр ИТ 51-30; источник "Агат" – 3 ед.; источник питания; источник питания 3222; источник питания ЭСВ -4; лабораторная установка для настройки газовых лазеров; лазер ЛГИ -21; М-кальк-р МК-44; М-калькул-р "Электроника"; магазин сопротивления Р4075; магазин сопротивления Р4077; микроскоп МБС -9; модулятор МДЕ; монохроматор СДМС -97; мост переменного тока Р5066; набор цветных стекол; насос вакумный; насос вакуумный ВН-01; осциллограф С1-31; осциллограф С1-67; осциллограф С1-70; осциллограф С1-81; осциллоскоп ЕО -174В – 2 ед.; пентакта L-100; пирометр "Промень"; пистонфон 05001; преобразователь В9-1; прибор УЗДН -2Т; скамья оптическая СО 1м; спектограф ДФС -452; спектограф ИСП -51; стабилизатор 1202; стабилизатор 3217 – 4 ед.; стабилизатор 3218; стабилизатор 3222 – 3 ед.; станок токарный ТВ-4; усилитель мощности ЛВ -103 – 4 ед.; усилитель У5-9; центрифуга ВЛ-15; частотомер Ч3-54А; шкаф металлический; эл.двигатель; электродинамический калибратор 11032
202К	лаборатория цифровой техники - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации	Учебная мебель на 18 посадочных мест; рабочее место преподавателя; доска меловая 1шт.; компьютеры: марка Aqarius; Парус - 12 единиц; вольтметр В7-34А; генератор Г5-56; генератор сигналов Г6-36; коммутатор SWITCH; компьютер Парус 945 MSI; осциллограф АСК- 1052 - 7шт.; осциллограф ЕО- 213 - 4шт.; осциллограф С1-64; осциллограф С1-91; паяльная станция АТР-1121; системный блок Aquarius Cel - 2400 – 10 шт.; стабилизатор 1202; методические указания по выполнению лабораторных работ: работа на учебной микроэвм; методы проектирования на микросхемах средней степени интеграции; последовательностные схемы; комбинационные логические схемы.
Учебная аудитория	для проведения занятий лекционного типа, занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проектирования (выполнения курсовых работ), проведения практик	Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска)

8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

Основной целью при изучении дисциплины является стремление показать области применения и сформировать у будущих специалистов теоретические знания и практические навыки использования современных персональных компьютеров и программных средств низкого уровня для решения широкого спектра задач в различных областях, а именно:
 ознакомить студентов с основами организации и архитектуры современных ЭВМ;
 привить навыки работы с языками программирования низкого уровня для создания прикладных программ;
 изложить основные принципы проектирования современных ЭВМ.
Основными задачами изучения дисциплины «Организация и архитектура вычислительных систем» являются:
 овладение фундаментальными знаниями об основах организации и архитектуре современных ЭВМ;
 целостное представление о науке и ее роли в развитии информационных технологий;
 владеть общими вопросами организации архитектуры современных ЭВМ;
 овладение технологиями программирования нижнего уровня;
 углубление практических навыков работы на персональном компьютере (основы работы с различными инструментальными средствами для проектирования и разработки программ нижнего уровня).
Для эффективного изучения теоретической части дисциплины «Организация и архитектура вычислительных систем» необходимо:
 построить работу по освоению дисциплины в порядке, отвечающем изучению основных этапов, согласно приведенным темам лекционного материала;
 систематически проверять свои знания по контрольным вопросам и тестам;
 усвоить содержание ключевых понятий;
 активно работать с основной и дополнительной литературой по соответствующим темам;
 регулярно консультироваться с преподавателем, ведущим изучаемую дисциплину.
Для эффективного изучения практической части дисциплины «Организация и архитектура вычислительных систем» настоятельно рекомендуется:
 систематически выполнять подготовку к лабораторно-практическим занятиям по предложенным преподавателем темам; своевременно выполнять практические задания, курсовую работу.