Проектирование программно-аппаратных комплексов - Рабочая программа дисциплины - 09.04.01. Информатика и вычислительная техника - Направления подготовки

Закреплена за кафедрой	Кафедра вычислительной техники и электроники
Направление подготовки	09.04.01. Информатика и вычислительная техника
Профиль	Нейроинформационные технологии и робототехнические системы
Форма обучения	Очная
Общая трудоемкость	8 ЗЕТ
Учебный план	09_04_01_НТиРС-1-2020

Курс (семестр)	1 (1)	1 (2)	Итого
Недель	19	18
Вид занятий	УП	РПД	УП	РПД	УП	РПД
Лекции	6	6	6	6	12	12
Лабораторные	36	36	36	36	72	72
Сам. работа	102	102	102	102	204	204
Итого	144	144	144	144	288	288

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.01

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ПК-4	Способен управлять программно-аппаратными средствами инфокоммуникационной системы
ПК-6	Способен управлять проектами в области ИТ, выполнять экспериментальные исследования для решения научно-исследовательских и производственных задач
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	1	2	ПК-4	Л2.1, Л2.2, Л2.4, Л2.3, Л1.1
1.2.	Тенденции развития вычислительной техники. Современные микропроцессоры.	Сам. работа	1	24	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	1	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	1	70	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-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.	Лабораторные	1	12	ПК-4	Л2.1, Л2.2, Л2.4, Л2.3, Л1.1
2.3.	Организация алгоритмов на алгоритмических языках. Программа, принципы ее построения.	Лекции	1	2	ПК-4	Л1.1
2.4.	Понятие "алгоритмический язык". Синтаксис и грамматика алгоритмического языка. Принципы описания алгоритмического языка. Стадии выполнения команды алгоритмического языка.	Лабораторные	1	24	ПК-4	Л2.1, Л2.2, Л2.4, Л2.3, Л1.1
2.5.	Основы программирования на языках низкого уровня	Лабораторные	2	12	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	1	8	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-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	1	ПК-4	Л2.2, Л2.3, Л1.1
3.3.	Принципы работы персональных ЭВМ. Система команд и язык Ассемблера.	Сам. работа	2	40	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	36	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.	Лабораторные	2	1	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.	Лабораторные	2	1	ПК-4	Л2.1, Л2.2, Л2.4, Л2.3, Л1.1
4.3.	Принципы работы персональных ЭВМ. Система команд и язык Ассемблера.	Лабораторные	2	8	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	23	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.	Лабораторные	2	1	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	1	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.	Лабораторные	2	3	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	1	ПК-4	Л2.1, Л2.2, Л2.4, Л2.3, Л1.1
5.5.	Программирование с учетом архитектурных особенностей ЭВМ.	Лабораторные	2	10	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-4	Л2.1, Л2.2, Л2.4, Л2.3, Л1.1
Раздел 6. Аттестация

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
Э6	Курс в Мудл - ПАК		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
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)
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

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.