1. Цели освоения дисциплины
| 1.1. | Целью изучения данной дисциплины является ознакомление студентов с базовыми архитектурами ЭВМ, архитектурами программного обеспечения и в целом вычислительных систем, создание практической базы для изучения специальных дисциплин, формирование у студентов знаний и умений, позволяющих давать оценку различным конфигурациям ЭВМ, проводить диагностику состояния ЭВМ, производить оптимальную настройку ЭВМ для решения конкретных задач. |
|---|
2. Место дисциплины в структуре ООП
| Цикл (раздел) ООП: ОПЦ |
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
| ОК 01. | Выбирать способы решения задач профессиональной деятельности применительно к различным контекстам; |
| ОК 02. | Использовать современные средства поиска, анализа и интерпретации информации и информационные технологии для выполнения задач профессиональной деятельности; |
| ОК 04. | Эффективно взаимодействовать и работать в коллективе и команде; |
| ОК 05. | Осуществлять устную и письменную коммуникацию на государственном языке Российской Федерации с учетом особенностей социального и культурного контекста; |
| ОК 09. | Пользоваться профессиональной документацией на государственном и иностранном языках. |
| ПК 7.1. | Выявлять технические проблемы, возникающие в процессе эксплуатации баз данных и серверов. |
| ПК 7.2. | Осуществлять администрирование отдельных компонент серверов. |
| ПК 7.3. | Формировать требования к конфигурации локальных компьютерных сетей и серверного оборудования, необходимые для работы баз данных и серверов. |
| ПК 7.4. | Осуществлять администрирование баз данных в рамках своей компетенции. |
| ПК 7.5. | Проводить аудит систем безопасности баз данных и серверов с использованием регламентов по защите информации. |
| В результате освоения дисциплины обучающийся должен | |
| 3.1. | Знать: |
|---|---|
| 3.1.1. | – базовые понятия и основные принципы построения архитектур вычислительных систем; – типы вычислительных систем и их архитектурные особенности; организацию и принцип работы основных логических блоков компьютерных систем; – процессы обработки информации на всех уровнях компьютерных архитектур; – основные компоненты программного обеспечения компьютерных систем; – основные принципы управления ресурсами и организации доступа к этим ресурсам. |
| 3.2. | Уметь: |
| 3.2.1. | – получать информацию о параметрах компьютерной системы; – подключать дополнительное оборудование и настраивать связь между элементами компьютерной системы; – производить инсталляцию и настройку программного обеспечения компьютерных систем. |
| 3.3. | Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть): |
| 3.3.1. | |
4. Структура и содержание дисциплины
| Код занятия | Наименование разделов и тем | Вид занятия | Семестр | Часов | Компетенции | Литература |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Раздел 1. Тема 1. Начальные сведения о работе и устройстве вычислительных систем. техники. | ||||||
| 1.1. | История развития вычислительной техники. Цифровые и аналоговые вычислительные машины. Варианты классификации ЭВМ. Классическая архитектура ЭВМ. Иерархическое описание ЭВМ. Модель фон Неймана. Основные характеристики ЭВМ. Принцип открытой архитектуры. | Лекции | 3 | 2 | ОК 05., ОК 04., ОК 02., ОК 01. | Л1.1, Л1.2, Л2.1 |
| 1.2. | Тестирование, обсуждение материала лекций, докладов. | Практические | 3 | 2 | ОК 05., ОК 04., ОК 02., ОК 01. | Л1.1, Л1.2, Л2.1 |
| Раздел 2. Тема 2. Функционирование вычислительных систем. | ||||||
| 2.1. | Принцип работы вычислительной системы. Начальный запуск и самотестирование. Архитектура компьютера. Понятие интерфейса. Состав персонального компьютера (ПК). Функциональные характеристики ЭВМ (ПК). Структура компьютера и взаимодействие его устройств. Структурная схема операционного блока IBM PC AT286. . Эволюция структуры 32-битовых компьютеров, построенных на базе 32 разрядных микропроцессоров семейства i386 и i486. Структурная организация персональных компьютеров на базе микропроцессоров Pentium. | Лекции | 3 | 8 | ОК 04., ОК 02., ОК 01. | Л1.2, Л2.1 |
| 2.2. | Тестирование, обсуждение материала лекций, докладов. | Практические | 3 | 2 | ОК 04., ОК 02., ОК 01. | Л1.2, Л2.1 |
| Раздел 3. Тема 3. Логические и арифметические основы и принципы работы вычислительных систем. | ||||||
| 3.1. | Булева алгебра и элементы ее реализации. Системы счисления. Представление чисел в различных системах счисления. Представление информации в ЭВМ. | Лекции | 3 | 2 | ОК 05., ОК 04. | Л1.2, Л2.1 |
| 3.2. | Тестирование, обсуждение материала лекций, докладов. | Практические | 3 | 2 | ОК 05., ОК 04. | Л1.2, Л2.1 |
| Раздел 4. Тема 4. Функциональная организация вычислительных систем. | ||||||
| 4.1. | Процессор, структура и функционирование. Командный цикл процессора. Система команд процессора: Форматы команд. Способы адресации. Система операций. Классы и архитектура процессоров. Характеристика CISC, RISC, VISC, VLIW архитектуры процессоров. Общая логическая структура микропроцессора. | Лекции | 3 | 2 | ОК 04., ОК 02., ОК 01. | Л1.1, Л1.2, Л2.1 |
| 4.2. | Тестирование, обсуждение материала лекций, докладов. | Практические | 3 | 2 | ОК 04., ОК 02., ОК 01. | Л1.2, Л2.1 |
| Раздел 5. Тема 5. Организация устройства вычислительных систем. | ||||||
| 5.1. | Принцип микропрограммного управления. BIOS и ее настройка. Основные установки CMOS — Standard-CMOS-Setup. Шина ISA (Industry Standard Architecture). Шина EISA (Extended Industry Standard Architecture). Локальные шины VLB и PCI. стандартные шины Архитектура использования интерфейса SCSI. Внешние интерфейсы. | Лекции | 3 | 2 | ОК 04., ОК 02., ОК 01. | Л1.2, Л2.1 |
| 5.2. | Тестирование, обсуждение материала лекций, докладов. | Практические | 3 | 2 | ОК 04., ОК 02., ОК 01. | Л1.2, Л2.1 |
| Раздел 6. Тема 6. Организация памяти в вычислительных систем. | ||||||
| 6.1. | Организация оперативной памяти, основные принципы. Расположение слов в памяти. Операции с памятью. Динамическая память. Статическая память. Концепция многоуровневой памяти. Сверхоперативная память. Виртуальная память. | Лекции | 3 | 2 | ОК 05. | Л1.2, Л2.1 |
| 6.2. | тестирование, обсуждение материала лекций, докладов. | Практические | 3 | 2 | ОК 05. | Л1.1, Л2.1 |
| Раздел 7. Тема 7. Классы архитектур вычислительных систем. | ||||||
| 7.1. | Архитектура многопроцессорной ВС. Архитектура с параллельными процессорами. Уровни и средства комплексирования. Логические и физические уровни. Классификация архитектуры вычислительных систем с параллельной обработкой данных. Векторно-конвейерные компьютеры. Классические мультипроцессоры. Матричные процессоры: Представление фон-неймановской архитектуры по Скилликорну. Классификация Хендлера. Системы архитектуры MIMD (Флинн) в интерпретации Хокни. Примеры архитектур вычислительных систем | Лекции | 3 | 2 | ПК 7.5., ПК 7.4., ПК 7.3., ПК 7.2., ПК 7.1., ОК 09., ОК 05., ОК 04., ОК 02., ОК 01. | Л1.2, Л2.1 |
| 7.2. | Тестирование, обсуждение материала лекций, докладов. | Практические | 3 | 2 | ОК 04., ОК 02., ОК 01. | Л1.2, Л2.1 |
| Раздел 8. Раздел 8. Эволюция архитектур вычислительных систем микропроцессоров и микро ЭВМ. | ||||||
| 8.1. | Защищенный режим и организация памяти. Мультизадачность. Прерывания и особые случаи. Средства отладки. Увеличение быстродействия процессора. Однокристальные микро ЭВМ. Обобщенные представления об архитектуре вычислительных машин, систем и сетей. | Лекции | 3 | 2 | ПК 7.5., ПК 7.4., ПК 7.3., ПК 7.2., ПК 7.1., ОК 09., ОК 05., ОК 04., ОК 02., ОК 01. | Л1.2, Л2.1 |
5. Фонд оценочных средств
| 5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины |
| 1. Цифровые и аналоговые вычислительные машины. Варианты классификации ЭВМ. 2. Классическая архитектура ЭВМ. Иерархическое описание ЭВМ. 3. Модель фон Неймана. Основные характеристики ЭВМ. Принцип открытой архитектуры. 4. Принцип работы вычислительной системы. Начальный запуск и самотестирование. 5. Архитектура компьютера. Понятие интерфейса. 6. Состав персонального компьютера (ПК). Функциональные характеристики ЭВМ (ПК). 7. Структура компьютера и взаимодействие его устройств. 8. Структурная схема операционного блока IBM PC AT286. 9. Эволюция структуры 32-битовых компьютеров, построенных на базе 32 разрядных микропроцессоров семейства i386 и i486. 10. Структурная организация персональных компьютеров на базе микропроцессоров Pentium. 11. Системы счисления. Представление чисел в различных системах счисления. 12. Представление информации в ЭВМ. Прямой код. Алгебраическое сложение и вычитание в прямом коде. 13. Процессор, структура и функционирование. Командный цикл процессора. 14. Система команд процессора: Форматы команд. Способы адресации. Система операций. 15. Классы и архитектура процессоров. Характеристика CISC, RISC, VISC, VLIW архитектуры процессоров. 16. Общая логическая структура микропроцессора. Микроархитектура процессоров Intel. 17. Общая логическая структура микропроцессора. Микроархитектура процессоров фирмы Zilog. 18. Общая логическая структура микропроцессора. Микроархитектура процессоров фирмы Motorola. 19. Общая логическая структура микропроцессора. Микроархитектура процессоров фирмы АМD. 20. Технологии повышения производительности процессоров. Конвейерная обработка команд (pipelining). 21. Суперскаляризация. Микропроцессоры AMD , Intel Pentium MMX , основные компоненты процессора Pentium. 22. Принцип микропрограммного управления. BIOS и ее настройка. 23. Основные установки BIOS CMOS — Standard-CMOS-Setup. 24. Шина ISA (Industry Standard Architecture). 25. Шина EISA (Extended Industry Standard Architecture). 26. Локальные шины VLB и PCI, стандартные шины. 27. Архитектура использования интерфейса SCSI. Внешние интерфейсы. 28. Организация оперативной памяти, основные принципы. Расположение слов в памяти. 29. Операции с памятью. Динамическая память. Статическая память. 30. Концепция многоуровневой памяти. Сверхоперативная память. Виртуальная память. 31. Архитектура с параллельными процессорами. Уровни и средства комплексирования. 32. Логические и физические уровни. архитектуры вычислительных систем. 33. Классификация архитектуры вычислительных систем с параллельной обработкой данных. 34. Векторно-конвейерные компьютеры. 35. Классические мультипроцессоры. Матричные процессоры: 36. Представление фон-неймановской архитектуры по Скилликорну. 37. Классификация Хендлера. 38. Классификация Джонсона. 39. Классификация Базу. 40. Классификация Дункана. 41. Классификация Кришнамарфи. 42. Классификация архитектур вычислительных систем по Флинну. 43. Сущность и основные понятия архитектуры вычислительных систем ОКОД (SISD архитектура). 44. Сущность и основные понятия архитектуры вычислительных систем OКМД (SIМD архитектура). 45. . Сущность и основные понятия архитектуры вычислительных систем МКОД (МISD архитектура). 46 . Сущность и основные понятия архитектуры вычислительных систем МКМД (MIMD архитектура). 47. Многопроцессорные системы. Характеристика одноуровневой и иерархической вычислительной системы. 48. Характеристика многопроцессорной системы с общей модульной оперативной памятью данных. 49. Характеристика многопроцессорной системы с индивидуальной (раздельной) памятью данных. 50 . Характеристика многопроцессорной системы с вспомогательной общей оперативной памятью ОЗУ. |
| 5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.) |
| 5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации |
| см.прил. |
| Приложения |
|
Приложение 1.
ФОС_архитектура АС.doc
|
6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
| 6.1. Рекомендуемая литература | ||||
| 6.1.1. Основная литература | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л1.1 | О. П. Новожилов | Информатика в 2 ч. Часть 1: учебник для СПО | Юрайт, 2018 | biblio-online.ru |
| Л1.2 | О. П. Новожилов | Информатика в 2 ч. Часть 2: учебник для СПО | Юрайт, 2021 | urait.ru |
| 6.1.2. Дополнительная литература | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л2.1 | Н.Г. Плотникова | Информатика и информационно-коммуникационные технологии (ИКТ): учеб. пособие | ИНФРА-М, 2018 | znanium.com |
| 6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет" | ||||
| Название | Эл. адрес | |||
| Э1 | Архитектура аппаратных средств | portal.edu.asu.ru | ||
| 6.3. Перечень программного обеспечения | ||||
| Microsoft Windows 7 Professional, № 60674416 от 17.07.2012; Microsoft Windows лицензия Vista OEM; Microsoft Office Professional Plus 2010, № 60674416 от 17.07.2012; Open Office, http://www.openoffice.org/license.html; VBox, https://www.virtualbox.org/manual/ch01.htmlMicrosoft 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 | ||||
| Информационная справочная система: ИТС ПРОФ ВУЗ (в рамках договора № 126-3 от 01.04.2015 г.) СПС КонсультантПлюс (http://www.consultant.ru/) СПС Гарант (http://www.garant.ru/) Профессиональные базы данных: 1. Электронная библиотечная система Алтайского государственного университета (http://elibrary.asu.ru/); 2. Научная электронная библиотека elibrary (http://elibrary.ru) | ||||
7. Материально-техническое обеспечение дисциплины
| Аудитория | Назначение | Оборудование |
|---|---|---|
| № 204 (филиал в г. Бийске) | полигон вычислительной техники – учебная аудитория для проведения занятий всех видов (дисциплинарной, междисциплинарной и модульной подготовки), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации. | Учебная мебель; рабочее место преподавателя; компьютеры; доска меловая; кафедра; стенд. |
| № 103 (филиал в г. Бийске) | кабинет стандартизации и сертификации – учебная аудитория для проведения занятий всех видов (дисциплинарной, междисциплинарной и модульной подготовки), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации. | Учебная мебель; рабочее место преподавателя; доска магнитно-маркерная; кафедра; проектор; экран; переносной ноутбук из аудитории № 207. |
| № 207 (филиал в г. Бийске) | помещение для хранения и профилактического обслуживания учебного оборудования. | Вспомогательное лабораторное оборудование; переносные ноутбуки. |
| 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) |
| № 105 (филиал в г. Бийске) | помещение для самостоятельной работы обучающихся. | Учебная мебель; ноутбуки с подключением к информационно-телекоммуникационной сети «Интернет» и доступом в электронную информационно-образовательную среду. |
8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины
| Для успешного освоения дисциплины “ Архитектура компьютерных систем ” необходимо регулярное посещение лекций и практических занятий, а также выполнение домашних заданий в рамках самостоятельной работы. Задания, вынесенные на самостоятельную работу, рекомендуется выполнять непосредственно после соответствующей темы лекционного курса, что способствует лучшему усвоению материала и позволяет своевременно выявить и устранить «пробелы» в знаниях. В ходе лекционных занятий необходимо вести конспектирование учебного материала и обращать внимание на категории, формулировки, раскрывающие содержание тех или иных понятий, научные выводы и практические рекомендации. Необходимо задавать преподавателю уточняющие вопросы с целью уяснения основных положений, а также дорабатывать конспект лекции, делая в нем соответствующие записи из литературы, рекомендованной преподавателем и предусмотренной учебной программой. В ходе подготовки к практическим занятиям необходимо изучить основную литературу и ознакомиться с дополнительной литературой. При этом учесть рекомендации преподавателя и требования учебной программы. Конспектирование лекций – сложный вид аудиторной работы, предполагающий интенсивную умственную деятельность студента, который может применять собственные сокращения и символы. Конспект является полезным тогда, когда записано самое существенное и сделано это самим студентом. Целесообразно вначале понять основную мысль, излагаемую лектором, а затем записать ее и осуществлять на одной странице листа или оставляя поля, на которых позднее, при самостоятельной работе с конспектом, можно сделать дополнительные записи. В процессе подготовки к практическим занятиям, студентам необходимо обратить особое внимание на самостоятельное изучение рекомендованной литературы. При всей полноте конспектирования лекции в ней невозможно изложить весь материал из-за лимита аудиторных часов. Поэтому самостоятельная работа с учебниками, учебными пособиями, научной, справочной литературой, материалами периодических изданий и материалами из Интернет является наиболее эффективным методом получения дополнительных знаний, что позволяет значительно активизировать процесс овладения информацией, а также способствует более глубокому усвоению изучаемого учебного материала. Подготовка к промежуточной и итоговой аттестации. При подготовке к промежуточной аттестации целесообразно: - внимательно прочитать рекомендованную литературу; - решить основные типовые задачи; - составить краткие конспекты ответов по материалам, вынесенным на самостоятельное изучение. При изучении данной дисциплины студент должен сдать контрольные и индивидуальные работы. Необходимо внимательно изучить перечень вопросов и определить, в каких источниках находятся сведения, необходимые для ответа на них. Итоговая аттестация проводится в форме экзамена по билетам в каждом из которых, как правило, два теоретических вопроса и один практический. |