Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Уральский государственный педагогический университет»

Институт физики и технологии

Кафедра общетехнических дисциплин

РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА

по дисциплине «Архитектура компьютера»

для специальности «050203.65 – Физика с дополнительной специальностью «Информатика»»

по циклу ДПП.ДДС.07 – Дисциплины дополнительной специальности Очная форма обучения Курс – 4 Семестр – 8 Объем в часах всего – 108 в т.ч.: лекции – 14 практические занятия - нет лабораторные занятия – 30 самостоятельная работа – 64 Экзамен – 8 семестр Зачет – нет Контрольная работа – 8 семестр Екатеринбург Рабочая учебная программа по дисциплине «Архитектура компьютера»

ФГБОУ ВПО «Уральский государственный педагогический университет»

Екатеринбург, 2012. – 11 с.

Составитель: Кощеева Елена Сергеевна, к.п.н., доцент кафедры общетехнических дисциплин _ Рабочая учебная программа обсуждена на заседании кафедры общетехнических дисциплин УрГПУ Протокол №10 от 21.06.2012 г.

Зав. кафедрой _ Г.В. Красноперов Директор ИФиТ _ П.В. Зуев

1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Программа учебной дисциплины «Архитектура компьютера» предназначена для реализации государственных требований к содержанию и уровню подготовки выпускников педагогического университета физического факультета по специальности «Физика с дополнительной специальностью «Информатика»».

Цели курса:

- обеспечить прочное и сознательное овладение учащимися основами знаний об истории развития компьютерной техники, поколений ЭВМ и их классификации;

- раскрыть учащимся принципы управления внешними устройствами;

- сформировать представление у учащихся о роли и месте знаний по дисциплине при практическом использовании в своей профессиональной деятельности;

- сформировать представления о принципах макропрораммирования;

- познакомить учащихся с современными тенденциями развития архитектуры ЭВМ;

- раскрыть обучаемым вклад ученых нашей страны в разработки и совершенствование устройств ЭВМ.

Основные задачи курса:

сформировать представление об устройствах ЭВМ;

сформировать представление о машинно-ориентированном языке программирования - Ассемблере;

сформировать умение планировать структуру действий, необходимых для достижения заданной цели, при помощи фиксированного набора средств;

сформировать представление о значении и месте нашей страны в системе развития архитектуры ЭВМ.

2. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ

2.1. Учебно-тематический план очной формы обучения Аудиторные занятия СамоВсего стояНаименование раздела, Прак- Лаботрудо- тельп/п темы Всего Лекции тиче- раторемкость ная ские ные работа 1 История развития компьютерной техники, 10 2 2 поколения ЭВМ и их классификация 2 Центральные и внешние устройства ЭВМ, их 26 10 2 8 характеристики 3 Микропроцессор и память компьютера.

Система прерываний, 20 12 4 8 регистры и модель доступа к памяти 4 Принципы управления внешними устройствами система ввода/вывода 5 Ассемблер как машинноориентированный язык макропрограммировании 6 Современные тенденции

3. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Темы лекционных занятий (14 часов) 1. История развития компьютерной техники, поколения ЭВМ и их классификация История развития вычислительной техники. Цифровые и аналоговые вычислительные машины. Варианты классификации ЭВМ. Классическая архитектура ЭВМ. Иерархическое описание ЭВМ.

2. Центральные и внешние устройства ЭВМ, их характеристики Принципы (архитектура) фон Неймана. Логические узлы ЭВМ, простейшие типы архитектур. Абстрактное центральное устройство. Системы команд и соответствующие классы процессоров. Арифметико-логическое устройство.

Технология повышения производительности процессоров. Организация оперативной памяти, основные принципы, динамическая память, статическая память. Интерфейсы. Внутренние интерфейсы. Внешние устройства.

Накопители массивов информации. Периферийные устройства: ввод-вывод текстовой, графической, мультимедиа информации. Средства интерактивного взаимодействия.

3. Микропроцессор и память компьютера. Система прерываний, регистры и модель доступа к памяти Командный цикл процессора. Системы команд процессора. Форматы команд.

Способы адресации. Система операций. Концепция многоуровневой памяти.

Сверхоперативная память. Виртуальная память. Процессорный модуль.

Машина пользователя и система команд. Прерывания. Обработка прерываний. Приоритет запросов.

4. Принципы управления внешними устройствами персонального компьютера. Базовая система ввода/вывода Внутренняя структура микропроцессора. Командный и машинный циклы микропроцессора. Реализация процессорных модулей и состав линий системного интерфейса. Распределение адресного пространства.

Параллельный обмен. Последовательный обмен. Обнаружение изменения состояния внешней среды.

5. Ассемблер как машинно-ориентированный язык программирования.

Понятие о макропрограммировании Режимы процессора (реальный, защищенный, виртуальный). Формат команд ассемблера. Регистры. Регистр флагов, флаги. Представление адресов.

Структура команд. Способы адресации. Система операций. Стек.

Подпрограммы. Условный и безусловный переход, программы ветвления.

Сдвиги.

6. Современные тенденции развития архитектуры ЭВМ Перспективные типы процессоров ЭВМ: матричные процессоры, клеточные и ДНК-процессоры, клеточные компьютеры, коммуникационные процессоры, процессоры баз данных, потоковые процессоры, нейронные процессоры, процессоры с многозначной логикой.

Темы лабораторных занятий (30 часов) 1. Двоичный счетчик с переменным числом счета (2 часа).

2. Универсальный регистр сдвига (2 часа).

3. Регистр сдвига на ИМС (2 часа).

4. Сложение и вычитание чисел (2 часа).

5. Двоично-десятичный счетчик (двоично-десятичное представление) (2 часа).

6. Арифметико-логическое устройство (АЛУ) (2 часа).

7. Четырехразрядный микропроцессор (2 часа).

8. Ячейки памяти ОЗУ (2 часа).

9. Наращивание памяти ЭВМ (2 часа).

10. Микропроцессор: режим умножения и деления чисел (2 часа).

11. Изучение программирования на модели учебной ЭВМ. Команды логических операций. Регистр признаков (2 часа).

12. Изучение команд микропроцессора. Изучение команд арифметических операций (2 часа).

13. Изучение команд управления стеком (2 часа).

14. Организация условных и безусловных переходов (2 часа).

15. Организация ввода-вывода на учебной ЭВМ. Работа с подпрограммами (2 часа).

Вопросы для контроля и самоконтроля 1. Роль вычислительной техники в жизни общества. Специализированные, персональные и супер-ЭВМ в построении автоматизированных и гибких автоматизированных производств (ГАП). Современное мировое распределение изготовителей элементов вычислительной техники.

2. Математические основы вычислительной техники. Системы счисления. Формы представления чисел. Выполнение арифметических операций.

3. Основные узлы ЭВМ. Шифраторы, дешифраторы, сумматоры, компараторы и т.д. Арифметико-логическое устройство.

4. Основная память. Кэш-память. Постоянное запоминающее устройство.

5. Внешние запоминающие устройства (винчестер, флоппи-диски, компакт диски, стримеры).

6. Устройства ввода вывода информации (мониторы, принтеры и т.п.).

7. Микропроцессор. Микропроцессорный комплект, основные составляющие комплекта. Структурная схема микропроцессора.

8. Формат данных и команд микропроцессора. Способы адресации.

Принцип работы микропроцессора.

9. Приемы программирования микропроцессора на языке кодовых комбинаций. Языки программирования.

10. Современные высокопроизводительные компьютеры. Общие требования, предъявляемые к современным компьютерам. Классификация компьютеров по областям применения. Оценка производительности вычислительных систем.

11. Конвейерная организация. Иерархия памяти. Организация вводавывода. Программное обеспечение ЭВМ.

4. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА И ОРГАНИЗАЦИЯ

КОНТРОЛЬНО-ОЦЕНОЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

компьютерной техники, мендованной липоколения ЭВМ и их тературы классификация 3 Микропроцессор и память Выполнение до- Отчет о выполнении 5 Ассемблер как машинно- Выполнение до- Отчет о выполнении ориентированный язык машнего задания, домашнего задания.

программирования. Понятие оформление от- 16 Беседа с преподаватео макропрограммировании четов по лабора- лем 6 Современные тенденции Изучение реко- Конспект развития архитектуры ЭВМ мендованной ли- Темы, вынесенные на самостоятельное изучение 1. Основная, внешняя память. Кэш-память.

2. Внешние запоминающие устройства (винчестер, флоппи-диски, компакт диски, стримеры).

3. Устройства ввода вывода информации (мониторы, принтеры и т.п.).

4. Коммуникационные среды.

5. Устройство ПК на процессорах Intel.

6. Технологии повышения производительности процессоров.

7. Организация оперативной памяти.

Вопросы для подготовки к экзамену 1. Роль вычислительной техники в жизни общества. Специализированные, персональные и супер-ЭВМ в построении автоматизированных и гибких автоматизированных производств (ГАП). Современное мировое распределение изготовителей элементов вычислительной техники.

2. Математические основы вычислительной техники. Системы счисления. Формы представления чисел. Выполнение арифметических операций.

3. Основные узлы ЭВМ. Шифраторы, дешифраторы, сумматоры, компараторы и т.д. Арифметико-логическое устройство.

4. Основная память. Кэш-память. Постоянное запоминающее устройство.

5. Внешние запоминающие устройства (винчестер, флоппи-диски, компакт диски, стримеры).

6. Устройства ввода вывода информации (мониторы, принтеры и т.п.).

7. Микропроцессор. Микропроцессорный комплект, основные составляющие комплекта. Структурная схема микропроцессора.

8. Формат данных и команд микропроцессора. Способы адресации.

Принцип работы микропроцессора.

9. Приемы программирования микропроцессора на языке кодовых комбинаций. Языки программирования.

10. Современные высокопроизводительные компьютеры. Общие требования, предъявляемые к современным компьютерам. Классификация компьютеров по областям применения. Оценка производительности вычислительных систем.

11. Конвейерная организация. Иерархия памяти. Организация вводавывода. Программное обеспечение ЭВМ.

Примерные задания контрольной работы

ЗАДАНИЕ

1. Написать программу определения заданной характеристики последовательности чисел С1, С2, …, Сn. Варианты заданий приведены в табл. 1.

2. Записать программу в мнемокодах.

3. Сохранить набранную программу в виде текстового файла и произвести ассемблирование мнемокодов.

4. Загрузить в ОЗУ необходимые константы и исходные данные.

5. Отладить программу.

Характеристика последовательности чисел С1, С2, …, Сn.

варианта 4 Номер первого отрицательного числа 6 Количество отрицательных чисел 7 Максимальное отрицательное число 8 Номер первого положительного числа 9 Минимальное положительное число 13 Разность сумм четных и нечетных элементов массивов 14 Отношение сумм четных и нечетных элементов массивов

5. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ

ДИСЦИПЛИНЫ

Студент, изучивший дисциплину, должен знать:

организацию и функционирование вычислительных устройств, машин и систем;

описание основ построения логических, информационных, алгоритмико-вычислительных систем;

архитектуру вычислительных машин и систем, их классификацию, составные компоненты – информационно-вычислительные среды и коммутационно-коммуникационные среды;

принципы цифровой обработки сигналов;

современные тенденции развития средств получения, хранения, передачи и воспроизведения информации.

Студент, изучивший дисциплину, должен уметь:

использовать язык программирования для решения практических задач;

формулировать обоснованные выводы по работе вычислительных устройств.

6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

1. Баула В.Г., Томилин А.Н., Волканов Д.Ю. Архитектура ЭВМ и операционные среды [Текст] : учеб. для студентов вузов по направлению 010400 "Приклад. математика и информатика" и 010300 "Фундамент. информатика и информ. технологии" / В. Г. Баула, А. Н. Томилин, Д. Ю. Волканов М. : Академия, 2011.- 336 с. (Кол-во экз.:10) 2. Красноперов Г.В. Электронные модели : Методические рекомендации [Текст] / Г.В. Красноперов – Из-во УрГПУ, 2008. – 65 с. ( Кол-во экз.:

25).

3. Пятибратов А.П., Гудыно Л.П., Кириченко А.А. Вычислительные машины, сети и телекоммуникационные системы: Учебно-методический http://www.biblioclub.ru/book/90949/ 4. Сбои компьютера: диагностика, профилактика, лечение [Текст] / Б. Сайков - М. : Лаб. Базовых Знаний, 2003.- 351 с. (Кол-во экз.:3) 5. Степанов А.Н. Архитектура вычислительных систем и компьютерных сетей [Текст] : учеб. пособие для студентов вузов по спец. "Приклад.

математика и информатика" / А. Н. Степанов - СПб. : Питер, 2007.- 509 с.

(Кол-во экз.:1) 6. Таненбаум Э., Гороховский Ю. Архитектура компьютера [Текст] / Э. Таненбаум; [пер. с англ. Ю. Гороховского] - СПб. : Питер, 2007.- 844 с.

(Кол-во экз.:4) 7. Чекмарев Ю. В. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации, Издание второе, исправленное и дополненное, - М: ДМК Пресс, 2009.

-184 с.: ил. http://www.biblioclub.ru/book/90949/ 1. Аскеров, Т.М. ЭВМ и программное обеспечение. Технические средства ЭВМ: Учеб.пособие [Текст] / Т.М. Аскеров, под ред. К.И. Курбакова. - М.: Изд-во Рос.экон.акад. им. Г.В. Плеханова, 2004. – 345 с.

2. Бройдо, В. Л. Архитектура ЭВМ и систем [Текст] / В. Л. Бройдо, О. П. Ильина - Издательство: Питер, 2006 г. - 720 с.

3. Буза, М.К. Архитектура компьютера [Текст] / М.К. Буза. – СПб.:

БХВ-Петербург, 2007. – 324 с.

4. Жмакин, А.П. Архитектура ЭВМ [Текст] / А.П. Жмакин. – СПб.:

БХВ-Петербург, 2006. – 320с.

5. Красноперов, Г.В. Современные высокопроизводительные компьютеры:

- учебное пособие [Текст] / Г.В. Красноперов. - Екатеринбург, УрГПИ, 2001. – 64 с.

6. Максимов, Н.В. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем:

Учебник. [Текст] / Н.В. Максимов, Т.Л. Партыка, И.И. Попов. – М.: ФОРУМ:

ИНФРА-М, 2006. – 512 с.

7. Поворознюк, А.И. Архитектура компьютеров. Учебное пособие [Текст] / А.И. Поворознюк. – М, 2002. – 265 с.

8. Пескова, С. А. Архитектура ЭВМ [Текст] / С. А. Пескова, А. В.

Кузин - Издательства: Форум ; Инфра-М, 2006. - 352 с.

9. Попов, И.И. Информационные ресурсы и системы: реализация, моделирование, управление [Текст] / И.И. Попов. - М.: ТПК Альянс, 2001. – 258 с.

10. Попов, В. Б. Основы информационных и телекоммуникационных технологий. Системы управления базами данных [Текст] / В. Б. Попов. – М, 2006. – 254 с.

11. Юров, В. Assembler: учебный курс (+ дискета) [Текст] / В. Юров, С. Хорошенко. - Издательство: Питер. - 672 с.

6.2. Информационное обеспечение дисциплины 1. Cnews SoftBox [Электронный ресурс] : Образование/Обучалки http://soft.cnews.ru/?n=25&a=23&i=82&s=4&sf=0&sl=0&p=1.

2. Computers. Plib. Ru-Электронные книги/ Программирование/ Иллюстрированный самоучитель по архитектуре.Net [Электронный ресурс] :

http://computers.plib.ru/programming/Architecture%20Net/ 3. Computers. Plib. Ru-Электронные книги/ Программирование/ Иллюстрированный самоучитель по Ассемблеру [Электронный ресурс] :

http://computers.plib.ru/programming/Assembler/ http://parallel.ru/history/besm6.html 5. Википедия. [Электронный ресурс] : Свободная энциклопедия.

ru.wikipedia.org.

6. Икт портал: Библиотека: Архитектура и аппаратное обеспечение ЭВМ и вычислительных систем [Электронный ресурс] :

http://ict.edu.ru/lib/index.php?a=elib&c=getForm&r=resNode&d=mod&id_node= http://dfe3300.karelia.ru/koi/posob/log_basis/index.html 8. Нейрокомпьютеры - архитектура и реализация [Электронный ресурс] : http://www.citforum.ru/hardware/neurocomp/

7. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ И ДИДАКТИЧЕСКОЕ

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

При изучении дисциплины «Архитектура компьютера» рекомендуется использовать:

- мультимедийный проектор, - компьютерную технику, - пакеты схемотехнического моделирования.

8. СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРЕ ПРОГРАММЫ

Кощеева Елена Сергеевна кандидат педагогических наук доцент кафедры общетехнических дисциплин Института физики и технологии УрГПУ рабочий телефон: 371-70-

РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА

по дисциплине «Архитектура компьютера»

с дополнительной специальностью «Информатика»»

по циклу ДПП.ДДС.07 – Дисциплины дополнительной специальности Бумага для множительных аппаратов. Усл. печ. л..

Уральский государственный педагогический университет.

620017 Екатеринбург, пр. Космонавтов, 26.