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. |
|---|
2. Место дисциплины в структуре ООП
| Цикл (раздел) ООП: Б1.О.4 |
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
| ОПК-1 | Способен применять фундаментальные знания, полученные в области математических и (или) естественных наук, и использовать их в профессиональной деятельности |
| ОПК-1.1 | Знает фундаментальные основы в области математики. |
| ОПК-1.2 | Умеет решать стандартные профессиональные задачи с применением фундаментальных знаний в области математики. |
| ОПК-1.3 | Владеет навыками исследования объектов профессиональной деятельности. |
| ОПК-2 | Способен применять компьютерные/суперкомпьютерные методы, современное программное обеспечение, в том числе отечественного происхождения, для решения задач профессиональной деятельности |
| ОПК-2.1 | Знает современные информационные технологии и программные средства, в том числе отечественного производства при решении задач профессиональной деятельности. |
| ОПК-2.2 | Умеет выбирать современные информационные технологии и программныесредства, в том числе отечественного производства при решении задач профессиональнойдеятельности. |
| ОПК-2.3 | Владеет навыками применения современных информационных технологий и программных средств, в том числе отечественного производства, при решении задач профессиональной деятельности. |
| ПК-3 | Способность понимать и применять в научно-исследовательской и прикладной деятельности современный математический аппарат; основные законы естествознания, современные языки программирования и программное обеспечение; операционные системы и сетевые технологии |
| ПК-3.1 | Знает основные методы решения прикладных задач, современные методы информационных технологий концептуального проектирования. |
| ПК-3.2 | Умеет корректно оформить результаты научного труда в соответствии с современными требованиями. |
| ПК-3.3 | Имеет практический опыт использования сети Интернет, аннотирования, реферирования, библиографического разыскания и описания, опыт работы с научными источниками. |
| ПК-3.4 | Владеет методикой выбора, обоснования и защиты выбранного варианта концептуальной архитектуры. |
| В результате освоения дисциплины обучающийся должен | |
| 3.1. | Знать: |
|---|---|
| 3.1.1. | - основные принципы работы современных ЭВМ и вычислительных систем. - на уровне представлений:основных этапов развития многопроцессорной вычислительной техники; - на уровне воспроизведения:построения и работа различных видов многопроцессорных систем; - на уровне понимания:определение классов вычислительных задач, в которых целесообразно использовать системы многоядерной и многопроцессорной архитектуры. |
| 3.2. | Уметь: |
| 3.2.1. | теоретические умения: ставить задачи в области вычислительной математики, формализация её с применением теории алгоритмов с учетом оптимальной для данной задачи архитектуры вычислительной системы; практические умения: умение создавать программный код на основе разработанных алгоритмов, проведение вычислительного эксперимента на многопроцессорной системе. |
| 3.3. | Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть): |
| 3.3.1. | Навыки работы с современными системами разработки программ на языках низкого уровня для различных аппаратных платформ. Способность использования вычислительной техники с многопроцессорной архитектурой в своей профессиональной деятельности. |
4. Структура и содержание дисциплины
| Код занятия | Наименование разделов и тем | Вид занятия | Семестр | Часов | Компетенции | Литература |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Раздел 1. Первый раздел | ||||||
| 1.1. | Архитектура ЭВМ и системное программное обеспечение | Лекции | 2 | 1 | Л1.1, Л2.1 | |
| 1.2. | Разработка программы решения простого математического выражения на языке ассемблера. | Лабораторные | 2 | 2 | Л1.1, Л2.1 | |
| 1.3. | Этапы развития персональных ЭВМ. Архитектуры микропроцессоров CISC, RISC, MISC. | Лекции | 2 | 2 | Л1.1, Л2.1 | |
| 1.4. | Аппаратные средства и программное обеспечение. Семейство процессоров фирмы Intel. | Лекции | 2 | 2 | Л1.1, Л2.1 | |
| 1.5. | Разработка программы решения математического уравнения на языке ассемблера. | Лабораторные | 2 | 2 | Л1.1, Л2.1 | |
| 1.6. | Разработка программ с использованием условного перехода. | Лабораторные | 2 | 2 | Л1.1, Л2.1 | |
| 1.7. | Изучение теоретического материала. Рзработка программ. Решение задач. | Сам. работа | 2 | 8 | Л1.1, Л2.1 | |
| 1.8. | Математический сопроцессор. Режим реальной адресации, защищенный режим, режим виртуальной адресации 186. Распределение адресного пространства: ПЗУ и ОЗУ. | Лекции | 2 | 1 | Л1.1, Л2.1 | |
| 1.9. | Разработка программ с использованием циклов. | Лабораторные | 2 | 2 | Л1.1, Л2.1 | |
| 1.10. | Изучение теоретического материала. Рзработка программ. Решение задач. | Сам. работа | 2 | 4 | Л1.1, Л2.1 | |
| 1.11. | Типы памяти: обычная, верхняя, расширенная и дополнительная. Управление внутренними ресурсами ПЭВМ. Платы расширения. | Лекции | 2 | 1 | Л1.1, Л2.1 | |
| 1.12. | Разработка программ с использованием подпрограмм. | Лабораторные | 2 | 2 | Л1.1, Л2.1 | |
| 1.13. | Изучение теоретического материала. Рзработка программ. Решение задач. | Сам. работа | 2 | 4 | Л1.1, Л2.1 | |
| 1.14. | Разработка программ с использованием флагов. | Лабораторные | 2 | 2 | Л1.1, Л2.1 | |
| 1.15. | Аппаратные и программные прерывания, порты ввода/вывода. Организация прямого доступа к памяти (DМА). | Лекции | 2 | 1 | Л1.1, Л2.1 | |
| 1.16. | Структура RОМ ВIOS. Области данных BIOS и DOS. | Лекции | 2 | 1 | Л1.1, Л2.1 | |
| 1.17. | Изучение теоретического материала. Рзработка программ. Решение задач. | Сам. работа | 2 | 4 | Л1.1, Л2.1 | |
| 1.18. | Изучение теоретического материала. Рзработка программ. Решение задач. | Сам. работа | 2 | 4 | Л1.1, Л2.1 | |
| 1.19. | Разработка программ вода вывода значений. | Лабораторные | 2 | 2 | Л1.1, Л2.1 | |
| 1.20. | Изучение теоретического материала. Рзработка программ. Решение задач. | Сам. работа | 2 | 6 | Л1.1, Л2.1 | |
| 1.21. | Дополнительная RОМ: видеоадаптеры, сетевые карты, модемы. Стартовые программы в RОМ, процедуры POST. | Лекции | 2 | 1 | Л1.1, Л2.1 | |
| 1.22. | Рзработка программ рекурсивного перехода. | Лабораторные | 2 | 2 | Л1.1, Л2.1 | |
| Раздел 2. Второй раздел | ||||||
| 2.1. | Особенности загрузки в локальных сетях. Основные сведения о видеосистемах. | Лекции | 2 | 1 | Л1.1, Л2.1 | |
| 2.2. | Изучение теоретического материала. Рзработка программ. Решение задач. | Сам. работа | 2 | 6 | Л1.1, Л2.1 | |
| 2.3. | Последовательные и параллельные каналы ввода/вывода, асинхронная и синхронная связь. Модемы, факс-модемы и сетевые карты.. Структура многомашинных и многопроцессорных вычислительных комплексов: ЦП, каналы обмена, выполнение команд, прерывания, параллельность, векторные и матричные ЭВМ, сверхоперативная память, ассоциативный доступ конвейер команд и данных, оценка производительности. | Лекции | 2 | 1 | Л1.1, Л2.1 | |
| 2.4. | Рзработка программ работы с различными регистрами процессора. | Лабораторные | 2 | 2 | Л1.1, Л2.1 | |
| 2.5. | Основные функции ОС: буферизация ввода/вывода, мультипрограммирование, организация распределения оперативной памяти, виртуальная память, защита информации, приоритеты, планирование , статистика, место ОС среди программного обеспечения. | Лекции | 2 | 1 | Л1.1, Л2.1 | |
| 2.6. | Рзработка программ буфферизации ввода/вывода. | Лабораторные | 2 | 2 | Л1.1, Л2.1 | |
| 2.7. | Изучение теоретического материала. Рзработка программ. Решение задач. | Сам. работа | 2 | 6 | Л1.1, Л2.1 | |
| 2.8. | Изучение теоретического материала. Рзработка программ. Решение задач. | Сам. работа | 2 | 6 | Л1.1, Л2.1 | |
| 2.9. | Типичная структура ОС: супервизор, прерывания, функциональные блоки, планировщик, подкачка, состояние задачи. Технология установки ОС: способы настройки, встроенные программы, начальная раскрутка, макрогенерация. Взаимодействие процессов: семафоры и критические участки, разделяемые ресурсы, передача сообщений, рандеву, порты. | Лекции | 2 | 1 | Л1.1, Л2.1 | |
| 2.10. | Тенденции развития системного обеспечения: развитие интерфейсов, развитие ОС и систем программирования, автоматизация прохождения задач, мобильность, объектный подход, параллельность, модель среды работы ОС. | Лекции | 2 | 3 | Л1.1, Л2.1 | |
| 2.11. | Разработка программ с разделяемыми ресурсами. | Лабораторные | 2 | 2 | Л1.1, Л2.1 | |
| 2.12. | Изучение теоретического материала. Рзработка программ. Решение задач. | Сам. работа | 2 | 6 | Л1.1, Л2.1 | |
| 2.13. | Изучение теоретического материала. Рзработка программ. Решение задач. | Сам. работа | 2 | 6 | Л1.1, Л2.1 | |
| 2.14. | Архивно - файловые системы: идентификация, структуры каталогов, оптимизация поиска, ссылочный и табличный способы организации хранения информации, стопоры ошибок, копирование, абстрактные типы данных, пути развития файловой системы. | Лекции | 2 | 1 | Л1.1, Л2.1 | |
| 2.15. | Рзработка программ с использованием файлов ОС. | Лабораторные | 2 | 2 | Л1.1, Л2.1 | |
| 2.16. | Изучение теоретического материала. Рзработка программ. Решение задач. | Сам. работа | 2 | 6 | Л1.1, Л2.1 | |
5. Фонд оценочных средств
| 5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины |
| Оценочные материалы для текущего контроля по разделам и темам дисциплины в полном объеме размещены в онлайн-курсе на образовательном портале «Цифровой университет АлтГУ". ОЦЕНКА СФОРМИРОВАННОСТИ КОМПЕТЕНЦИИ ОПК-1: Способен применять фундаментальные знания, полученные в области математических и (или) естественных наук, и использовать их в профессиональной деятельности Примеры вопросов: - К какому классу сетей принадлежат компьютерные сети? - Что такое компьютерная сеть? - Какова основная задача сетей ЭВМ? - Какова классификация сетей ЭВМ? - Какими параметрами характеризуется сеть ЭВМ? - Что такое локальная вычислительная сеть? - Что такое глобальная вычислительная сеть? - Что такое городская вычислительная сеть? - Что входит в аппаратное обеспечение сетей? - Что входит в программное обеспечение сетей? - Какое оборудование применяется в сетях ЭВМ и каково его назначение? - Какие параметры сети влияют на качество ее работы? - Какие операционные системы вы знаете? ОЦЕНКА СФОРМИРОВАННОСТИ КОМПЕТЕНЦИИ ОПК-2: Способен применять компьютерные/суперкомпьютерные методы, современное программное обеспечение, в том числе отечественного происхождения, для решения задач профессиональной деятельности Примеры вопросов: - Какое оборудование применятся в ЛВС? - Какое оборудование применяется в ГВС? - Какие типы кабельных систем бывают? - Какая технология сетей нашла самое широкое применение в ЛВС? - Что дает предприятию использование сетей ЭВМ? - Что такое концентратор? - Что такое коммутатор? - Что такое маршрутизатор? - Что такое мост? - Что такое брандмауэр? - Что такое модем? - Что такое коммутируемое соединение? ОЦЕНКА СФОРМИРОВАННОСТИ КОМПЕТЕНЦИИ ПК-3: Способность понимать и применять в научно-исследовательской и прикладной деятельности современный математический аппарат, основные законы естествознания, современные языки программирования и программное обеспечение, операционные системы и сетевые технологии Примеры вопросов: - Что такое активное оборудование сетей? - Что такое пассивное оборудование сетей? - Что такое вспомогательное оборудование сетей? - Что такое технология «клиент-сервер»? - Что такое сетевая плата? - Где устанавливается сетевая плата? - Какие интерфейсы имеет сетевой адаптер и чем они различаются? - Что такое сетевой протокол? - Где устанавливается протокол? - Где устанавливаются клиенты и другие службы? - Как проконтролировать трафик сети ЭВМ? - Что такое драйвер? |
| 5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.) |
| Не предусмотрено |
| 5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации |
| Промежуточная аттестация заключается в проведении в конце каждого семестра зачета по всему изученному за семестр материала. Зачет проводится в виде устного ответа на два вопроса. Перечень вопросов для промежуточной аттестации для 1 семестра. - Структура ЭВМ. Основные характеристики устройств ЭВМ. - Основные направления повышения производительности ЭВМ и ВС. - Последствия семантического разрыва и пути их преодоления. - Система команд ЭВМ общего назначения и направления ее развития. - Структура ЦП. Микропрограммирование. - Способы и режимы адресации. - Характеристики системы команд. - Взаимозависимости в программах. - Преодоление зависимостей по данным. - Преодоление зависимостей по управлению. - Контекстное переключение. Способы и средства. - Основные особенности RISC-архитектуры. - Основные направления развития RISC-архитектуры. - ЭВМ, управляемые потоком данных. - Команды в потоковых ЭВМ. - Машинное представление программ в потоковых ВМ. - Особенности CISC-архитектуры (со сложными командами). - Подсистема памяти. Особенности. Статическое и динамическое распределение памяти. - Виртуальная память. Принципы организации и управления. - Управление виртуальной памятью. - Страничная и сегментная виртуальная память. - Сегментно-страничная виртуальная память. - Подсистема памяти в МП x86. - Страничное преобразование памяти в процессорах x86. - Буфер ассоциативной памяти (TLB) в МП х86. - Защита основной памяти. Способы и средства. - Защита виртуальной памяти. - Сверхбыстродействующая память (СБП). Назначение и основные способы организации. - Способы отображения ОП в кэш-памяти. - Обеспечение целостности информации в ЭВМ и стратегии замены блоков в кэш-памяти. - Алгоритмы управления заменой в кэш-памяти. - Подсистема ввода-вывода. Назначение и особенности организации. - Каналы ввода-вывода, назначение и функции. Прямой доступ к памяти. - Процессоры ввода-вывода (канальные устройства). - Интерфейсы. Назначение и особенности. - Цепочно-магистральный интерфейс. - Параллелизм вычислений. Основные подходы и способы организации. - Конвейерная обработка в ЭВМ. - Классификация систем параллельной обработки данных (классификация Флинна). - Параллелизм и конвейеризация. - Динамическое исполнение команд МП. - Многопроцессорные вычислительные системы. - SMP-системы. - Кластерные системы. - MPP-системы. Критерии оценивания: Зачет считается сданным, если получен полный ответ на один вопрос и неполный ответ на другой. В противном случае (например, получены неполные ответы на оба вопроса) - есть возможность получить дополнительный вопрос. Если на один из вопросов не получен ответ - зачет считается не сданным. |
| Приложения |
|
Приложение 1.
ФИиИТ_ФОС_Арх_ЭВМ_18-19.docx
|
6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
| 6.1. Рекомендуемая литература | ||||
| 6.1.1. Основная литература | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л1.1 | Бройдо В.Л., Ильина О.П. | Архитектура ЭВМ и систем: учеб. для вузов | СПб.: Питер, 2006 | booksee.org |
| 6.1.2. Дополнительная литература | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л2.1 | Новожилов О. П. | АРХИТЕКТУРА ЭВМ И СИСТЕМ: Учебное пособие для академического бакалавриата | М. : Издательство Юрайт, 2018 | biblio-online.ru |
| 6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет" | ||||
| Название | Эл. адрес | |||
| Э1 | Программирование на ассемблере для начинающих и не только | www.asmworld.ru | ||
| Э2 | Курс в Moodle "Архитектура вычислительных систем" | portal.edu.asu.ru | ||
| 6.3. Перечень программного обеспечения | ||||
| Microsoft Windows Microsoft Office 7-Zip AcrobatReader Microsoft Office 2010 (Office 2010 Professional, № 4065231 от 08.12.2010), (бессрочно); Microsoft Windows 7 (Windows 7 Professional, № 61834699 от 22.04.2013), (бессрочно); Chrome (http://www.chromium.org/chromium-os/licenses), (бессрочно); 7-Zip (http://www.7-zip.org/license.txt), (бессрочно); AcrobatReader (http://wwwimages.adobe.com/content/dam/Adobe/en/legal/servicetou/Acrobat_com_Additional_TOU-en_US-20140618_1200.pdf), (бессрочно); ASTRA LINUX SPECIAL EDITION (https://astralinux.ru/products/astra-linux-special-edition/), (бессрочно); LibreOffice (https://ru.libreoffice.org/), (бессрочно); Веб-браузер Chromium (https://www.chromium.org/Home/), (бессрочно); Антивирус Касперский (https://www.kaspersky.ru/), (до 23 июня 2024); Архиватор Ark (https://apps.kde.org/ark/), (бессрочно); Okular (https://okular.kde.org/ru/download/), (бессрочно); Редактор изображений Gimp (https://www.gimp.org/), (бессрочно) | ||||
| 6.4. Перечень информационных справочных систем | ||||
| 1. Образовательный портал АлтГУ http://portal.edu.asu.ru/ 2. Электронный каталог НБ АлтГУ «Книги»: http://www.lib.asu.ru/app/elecat/elecat=index1?base=book 3. Издательство «Лань» [Электронный ресурс]: электронно-библиотечная система. – URL: http://e.lanbook.com/ 4. Издательство «Юрайт» [Электронный ресурс]: электронно-библиотечная система. – URL: http://biblio-online.ru 5. ЭБС «Университетская библиотека online»: https://biblioclub.ru/ 6. ЭБС АлтГУ: http://elibrary.asu.ru/ 7. Электронная база данных ZBMATH: https://zbmath.org/ | ||||
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 |
| 106Л | помещение для хранения и профилактического обслуживания учебного оборудования | Стеллажи – 3 шт. осциллограф, паяльная станция, источник тока, переносные ноутбуки |
| 203Л | лаборатория информационных технологий - компьютерный класс - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации | Учебная мебель на 14 посадочных мест; компьютеры: марка ASUS модель i5-6500 - 14 единиц |
| 204Л | лаборатория информационных технологий - компьютерный класс - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации | Учебная мебель на 14 посадочных мест; компьютеры: марка DEPO модель Neos 260 - 14 единиц; Интерактивная доска Smart board 680 IV со встроенным проектором v25 |
| 205Л | лаборатория информационных технологий - компьютерный класс - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации | Учебная мебель на 9 посадочных мест; компьютеры: марка КламаС Офис, мониторы: марка ACER модель V223HQL - 8 единиц; доска интерактивная Triumph MULTI TOUCH 78 + проектор NEC UM280X в комплекте |
| 206Л | лаборатория информационных технологий - компьютерный класс - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации | Учебная мебель на 14 посадочных мест; компьютеры: марка DEPO модель Neos 260, мониторы: марка Philips модель 227E3LHSU - 14 единиц |
| 207Л | лаборатория информационных технологий - компьютерный класс - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации | Учебная мебель на 14 посадочных мест; компьютеры: марка DEPO модель Neos 260, мониторы: марка Philips модель 227E3LHSU - 14 единиц |
| 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
| Изучение дисциплины завершается зачетом. Успешное изучение дисциплины требует посещения лекций, активной работы на лабораторных работах, выполнения всех практических заданий преподавателя, ознакомления с основной и дополнительной литературой. Во время лекции студент должен вести краткий конспект. При этом обучающийся должен стараться найти ответы на затруднительные вопросы, используя рекомендуемую литературу или общедоступные ресурсы. Если ему самостоятельно не удалось разобраться в материале, необходимо сформулировать вопросы и обратится за помощью к преподавателю на консультации или ближайшей лекции. Выполнение студентами практических заданий направлено на: - обобщение, систематизацию, углубление, закрепление полученных теоретических знаний по конкретным темам дисциплин; - формирование необходимых профессиональных умений и навыков. Помимо собственно выполнения практических заданий для каждого задания предусмотрена процедура защиты, в ходе которой преподаватель проводит устный или письменный опрос студентов для контроля понимания выполненных ими действий по теме занятия. Самостоятельная работа. - При изучении дисциплины не все вопросы рассматриваются на занятиях, часть вопросов рекомендуется преподавателем для самостоятельного изучения. - Поиск ответов на вопросы и выполнение заданий для самостоятельной работы позволит вам расширить и углубить свои знания по курсу, применить теоретические знания в решении задач практического содержания, закрепить изученное ранее. - Эти задания следует выполнять не «наскоком», а постепенно, планомерно, следуя порядку изучения тем курса. - При возникновении вопросов обратитесь к преподавателю в день консультаций на кафедру. - Выполнив их, проанализируйте качество их выполнения. Это поможет вам развивать умения самоконтроля и оценочные компетенции. При подготовке к зачету в дополнение к изучению конспектов лекций, учебно-методических материалов и слайдов, необходимо пользоваться учебной литературой, рекомендованной настоящей программой. При подготовке к зачету нужно изучить определения всех понятий и теоретические подходы до состояния понимания материала, а также выполнить все практические задания в курсе. |