Министерство образования и науки РФ

Новокузнецкий институт (филиал)

федерального государственного бюджетного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Кемеровский государственный университет»

Факультет информационных технологий

Учебно-методический комплекс дисциплины

Б2.В.5 Практикум на ЭВМ

(Архитектура компьютеров)

Направление подготовки 010400 Прикладная математика и информатика Профиль подготовки Прикладная математика и информатика (общий профиль) Квалификация (степень) выпускника Бакалавр Форма обучения Очная Новокузнецк Министерство образования и науки РФ Новокузнецкий филиал – институт государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Кемеровский государственный университет»

Факультет информационных технологий «Утверждаю»

Директор _ "_"20_ г.

Рабочая программа дисциплины Б2.В.5 Практикум на ЭВМ (Архитектура компьютеров) Направление подготовки Прикладная математика и информатика Профиль подготовки Математическое и программное обеспечение вычислительных машин и компьютерных сетей Квалификация (степень) выпускника Бакалавр Форма обучения Очная Новокузнецк Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению 010400 «Прикладная математика и информатика»

.

Автор (ы) Дмитриев Ю.В.

Рецензент (ы) Степанов А.В.

Рабочая программа дисциплины обсуждена на заседании кафедры Протокол № 1 от « 30 » августа 20 11 г.

Зав. кафедрой Жибинова И.А.

Одобрено методической комиссией факультета Протокол № 1 от « 01 » сентября 20 11 г.

Лист - вкладка рабочей программы учебной дисциплины Практикум на ЭВМ (Архитектура компьютеров) Дополнения и изменения в рабочей программе учебной дисциплины на текущий учебный год Учебный Группы по разделах дисциплину рабочему (наименования (Ф.И.О., дата, год 2011- ПМБ-11- Принята без Дмитриев Ю.В. 30.08. 2012- ПМБ-12 Принята без Дмитриев Ю.В. 30.08. Примечания:

В случае отсутствия изменений и дополнений вместо содержания изменений вносится запись «Принята без изменений».

Тексты изменений прилагаются к тексту рабочей программы обязательно.

согласовывается в случае изменений в содержании и методике преподавания дисциплины Примечания: В списке на момент переутверждения рабочей программы должно быть не более двух действующих учебников *Столбцы 3, 4, 5, 6, 7 заполняет преподаватель- разработчик программы Столбцы 1, 2 заполняет ответственный за методическую работу на кафедре на момент переутверждения программы 1 Цели освоения дисциплины Конечным ожидаемым результатом освоения дисциплины «Практикум на ЭВМ (Архитектура компьютеров)» является формирование и систематизация результатов познавательной деятельности студента, в такой области знаний как, организация компьютерных систем (ОК-11, ПК-1).

Достижение этой цели может способствовать рациональной организации его профессиональной деятельности, а так же решению различных проблем возникающих в её процессе, связанных с рассматриваемой областью знаний.

Согласно федеральному государственному стандарту высшего профессионального образования, бакалавр по направлению подготовки 010400 «Прикладная математика и информатика» должен решать следующие профессиональные задачи, связанные с дисциплиной «Практикум на ЭВМ (Архитектура компьютеров)»:

v Исследование автоматизированных систем и средств обработки информации, средств администрирования и методов управления безопасностью компьютерных сетей.

v Изучение элементов проектирования сверх больших интегральных схем, моделирование и разработка математического обеспечения оптических или квантовых элементов для компьютеров нового поколения.

v Изучение больших систем современными методами высокопроизводительных вычислительных технологий, применение современных суперкомпьютеров в проводимых исследованиях.

Знания и умения, необходимые для успешного решения вышеописанных задач формируются целым рядом дисциплин. В рамках дисциплины «Практикум на ЭВМ (Архитектура компьютеров)» можно выделить следующие знания, умения и навыки:

Знать: Основы построения и архитектуры ЭВМ.

Уметь: Выбирать, комплексировать и эксплуатировать аппаратные средства в создаваемых вычислительных и информационных системах.

Владеть: Методами выбора элементной базы для построения вычислительных систем различных архитектур.

2 Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата Дисциплина «Практикум на ЭВМ (Архитектура компьютеров)» относится к базовой части математического и естественнонаучного учебного цикла (Б2.Б7.). Логическая взаимосвязь с другими частями ООП представлена на диаграмме ниже.

и геометрия При освоении данной дисциплины и приобретенными в результате освоения предшествующих дисциплин знаний обучающийся уже должен свободно владеть общими понятиями информатики, физики и математики. Должен быть знаком с методологией моделирования различных явлений в природе, технике, обществе.

Таким образом, для освоения дисциплины «Практикум на ЭВМ (Архитектура компьютеров)» в качестве предшествующих необходимо освоение следующих дисциплин:

v Информатика v Алгебра и геометрия Дисциплина «Практикум на ЭВМ (Архитектура компьютеров)» необходима в качестве предшествующей для дисциплин:

v Операционные системы v Параллельные вычисления и сетевые технологии v Администрирование локальных сетей 3 Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины В результате освоения дисциплины формируются компоненты следующих компетенций:

v (ОК 11) Способность владеть навыками работы с компьютером как средством управления информацией v (ПК 1) Способность демонстрации общенаучных базовых знаний естественных наук, математики и информатики, понимание основных фактов, концепции, принципов теорий, связанных с прикладной математикой и информатикой.

Компоненты формируемых компетенции раскрываются в виде знаний, умений, владений следующим образом:

(ОК 11) Способность владеть навыками работы с компьютером как средством управления информацией Знать:

v основные характеристики, области применения компьютеров различных классов;

v архитектурные особенности организации компьютеров;

v методы организации параллельных вычислений;

v методы построения многопроцессорных и многокомпьютерных систем.

Уметь:

v принимать обоснованные решения, связанные с выбором аппаратных средств, в составе информационных, автоматизированных или автоматических систем;

v анализировать и исправлять возникающие неисправности аппаратных средств КС;

Владеть:

v методиками настройки и использования центрального процессора в нештатных режимах v навыками настройки и использования основной памяти в нестандартных режимах v навыками построения и настройки программно-аппаратных средств многопроцессорных и кластерных систем.

(ПК-1) Способность демонстрации общенаучных базовых знаний естественных наук, математики и информатики, понимание основных фактов, концепции, принципов теорий, связанных с прикладной математикой и информатикой.

Знать:

v обобщенную функциональную и структурную организацию центральных процессоров;

v организацию памяти компьютерных систем; виды и стадии исполнения машинных v технологию организации процессов ввода-вывода в компьютерных системах;

v организацию взаимодействия функциональных блоков компьютерных систем; способы управления периферийными устройствами;

v классификацию и особенности использования периферийных устройств;

v особенности исполнения основной и вспомогательной памяти.

Уметь:

v учитывать особенности архитектур центральных процессоров при программировании компьютерных систем различных классов;

v осуществлять многокритериальный выбор и сопрягать основные компоненты иерархии v учитывать особенности архитектур центральных процессоров при программировании компьютерных систем различных классов;

v устанавливать аппаратные средства компьютерных систем различных классов 4 Структура и содержание дисциплины Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы, 72 часа.

4.1 Объём дисциплины и виды учебной работы 4.1.1 Объём и виды учебной работы по дисциплине в целом 4.1.2 Разделы дисциплины и трудоемкость по видам занятий Раздел дисциплины п/п области применения компьютеров различных Архитектурные особенности организации компьютеров различных структурная организация Организация памяти выполнения команды Организация прерываний в компьютерных системах Организация вводавывода; периферийные Параллельные системы многопроцессорных 4.1.3 Балльно-рейтинговая система дисциплины 4.1.3.1 Модульная структура и график контрольных точек дисциплины Разделы (темы) и содержание Раздел 1. Введение в компьютерные системы Раздел 4. Уровень микроархитектуры Раздел 7. Уровень ассемблера По каждому разделу дисциплины выполняется контрольная работа. Задания находятся в книге Таненбаум Э. Архитектура компьютера. 5-е изд. — СПб.: Питер, 2007.

— 844 с: ил.

(Электронная версия книги находится по адресу \\10.1.1.11\litera\ФИТ\Кафедра Систем автоматизации и управления\_Дмитриев Ю.В\_Книги\Архитектура компьютера\Архитектура компьютера.djv) Каждый раздел дисциплины соответствует одноименному разделу книги.

Титульный лист контрольной работы приведен ниже.

Контрольная работа сдается в электронном виде. Имя файла должно соответствовать следующему образцу: 1_ПМБ-11-1_Иванов.doc (где «1» - номер раздела дисциплины, «ПМБ-11-1» - аббревиатура названия группы, «Иванов» - фамилия студента).

Пример оформления титульного листа Новокузнецкий институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального по дисциплине «Практикум на ЭВМ (Архитектура компьютеров)»

4.1.3.2 Условия аттестации Рейтинговое оценивание успеваемости студентов осуществляется в ходе текущего и рубежного контроля освоения модулей дисциплины и итогового контроля освоения дисциплины за семестр. Текущий и рубежный контроль осуществляется согласно графику контрольных точек.

Вариант системы набора баллов для дисциплин группы «ПТ» с сравнимыми по объему теоретической и практической составляющими (лекционных занятий 50-65 %) см. табл. 6.

Система набора баллов и оценок:

- максимальное число баллов в течение семестра – - максимальное число баллов за зачет – - минимальное число баллов за семестр – - необязательная сдача зачета для студентов, имеющих в течение семестра общую сумму баллов более 51.

Остальные сдают зачет обязательно. Не получает допуск к зачету тот, кто не набрал минимального числа баллов (21) в семестре.

4.2 Содержание дисциплины 4.2.1 Содержание лекционного курса Области применения Понятие компьютера. Области Знает основные 2 Архитектура 5 Машинный язык 6 Периферийные устройства 7 Организация 8 Параллельные системы 9 Многопроцессорные компьютерные системы. Кластеры.

4.2.2 Содержание лабораторных занятий № Наименование Содержание раздела Результат обучения, 1 Архитектура компьютеров 2 Процессор 3 Память 4 Машинный язык 5 Периферийные устройства.

Организация ввода-вывода.

Многопроцессорные Внутрипроцессорный параллелизм. Умеет использовать системы. Кластеры. Многоядерные процессоры. для организации 5 Образовательные технологии В качестве образовательных технологий во время изучения дисциплины в первую очередь применяются различные формы активизации лекций и практических занятий, в частности использование в обучении принципов проблемности и принципы диалогового общения.

Часть лекций проводится с использованием метода анализа конкретных ситуаций в виде иллюстрации осуществляемой преподавателем, проводятся проблемноориентированные лекции (реализующие принцип проблемности), лекции-дискуссии, лекции-беседы (реализующие принцип диалогового общения).

Некоторые практические занятия проводятся с использованием интерактивных форм обучения. Проводятся «Игры в экспертов», в основе которых лежит метод коллективных решений обучающимися проблемной задачи. Задача может быть технической, социальной, управленческой. Она может требовать нахождения конкретного решения, оценки или определения совокупности действий, которые приведут к выходу из критической ситуации. Для выработки решений, оценок или действий студенты могут использовать справочную литературу, конспекты, другие предусмотренные преподавателем источники, задавать вопросы преподавателю.

Информационная грамотность приобретает все большее значение в современных условиях быстрого развития технологии и широкого распространения информационных ресурсов. И в процессе работы или учебы, и в частной жизни люди в силу растущей сложности информационной среды имеют дело с множеством информационных источников и вынуждены выбирать между ними. Информацию можно получить в библиотеках, из ресурсов различных сообществ и профессиональных организаций, через средства массовой информации, а также из Интернета. Растет объем неотфильтрованной информации, вызывающей сомнения в ее аутентичности, обоснованности и достоверности. Кроме того, информация может быть представлена в самом разном виде – графическом, звуковом, текстовом, и это создает дополнительные трудности при ее оценке и понимании. Небесспорное качество и увеличивающийся объем информации бросают обществу серьезный вызов. Взрывной рост количества информации не повысит информированность граждан сам по себе, без дополнительного набора навыков эффективного обращения с нею. Выдержка из «Стандартов информационной грамотности и компетентности» Американской библиотечной ассоциации (http://www.ala.org/ala/acrl/acrlstandards/informationliteracycompetency.htm).

Активизация самостоятельной работы учащихся заключается в использовании принципа проблемности, например, выполнении заданий на обнаружение в предложенном преподавателем материале содержательных ошибок и неточностей.

взаимодействия 6 Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.

Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.

Самостоятельная работа студента заключается в подготовке к текущей, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и выполнении семестровых заданий.

Текущая аттестация осуществляется с привлечением технических средств контроля и заключается компьютерном тестировании студентов по мере завершения изучения каждого из разделов дисциплины и выполнении связанных с этими разделами лабораторных работ.

Пример задания для проведения текущей аттестации Укажите один из способов управления периферийными устройствами в компьютерных системах.

Варианты ответов:

o Асинхронный режим o Режим сканирования o Режим ожидания o Режим прерываний Промежуточная аттестация по итогам освоения дисциплины проводится в конце семестра в форме зачета или экзамена согласно учебному плану. Знания, умения и навыки студентов определяются на экзамене и зачете следующими оценками: «отлично», «хорошо», «удовлетворительно», «неудовлетворительно», «зачтено», «не зачтено».

В случае если формой итогового контроля является зачет, оценка выставляется по результатам текущего контроля учебной работы студента или итогового собеседования. Экзамен проводится по билетам в устной или письменной форме. Экзаменатор имеет право задавать студентам вопрос сверх билета, а также, помимо теоретических вопросов, давать задачи и примеры по программе данного курса.

Примерные вопросы для проведения промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины:

v Компьютер. Понятие. Виды.

v Принципы программного управления.

v Принстонская и гарвардская организация компьютера.

v Архитектура компьютерной системы.

v Особенности RISC-архитектуры.

v CISC-архитектура.

v Процессор. Назначение и организация.

v Машинные инструкции. Виды.

v Основные стадии исполнения команд процессором.

v Организация и иерархия памяти.

v Физическая организация данных.

v Представление числовых данных.

v Адресное пространство и физическая адресация памяти.

v Типичное распределение памяти. Реальный режим.

v Сегментно-страничная адресация.

v Виртуальная память.

v Компьютерная шина. Назначение. Виды.

v Многошинная организация компьютера.

v Устройства ввода-вывода. Виды.

v Доступ к устройствам. Режим сканирования.

v Доступ к устройствам. Синхронный режим.

v Доступ к устройствам. Прямой доступ к памяти.

7 Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины а) основная литература:

v Организация ЭВМ. 5-е изд. / К. Хамахер, 3. Вранешич, С. Заки. — СПб.: Питер; Киев: Издательская группа BHV, 2003. — 848 е.: ил. — (Серия «Классика computer science»).

v Таненбаум Э. Архитектура компьютера. 5-е изд. (+CD). — СПб.: Питер, 2007. — 844 с: ил.

б) дополнительная литература:

v Бабич Н. П., Жуков И. А.Компьютерная схемотехника. Методы построения и проек-тирования:

Учебное пособие. — К.: "МК-Пресс", 2004. — 576 е., ил.

v Крупник А.Ассемблер. Самоучитель. — СПб.: Питер, 2005. — 235 е.: ил.

v Магда Ю. С. М12 Ассемблер для процессоров Intel Pentium. — СПб.: Питер, 2006. — 410 с: ил.

в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы v Microsoft Macro Assembler (MASM) v Microsoft Visual Studio Express Edition v http://www.pcweek.ru/ v http://ru.wikipedia.org/ v http://www.computer.org/ 8 Материально-техническое обеспечение дисциплины v Компьютерные классы.

9 Аннотация дисциплины Блок/ Наименование Содержание дисциплины Трудоёмк Компетенции 10 Методические указания студенту по видам учебной работы (после 1-го года обучения) 11 Методические рекомендации преподавателю *** Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению 010400 «Прикладная математика и информатика» и профилю подготовки «Прикладная информатика»

Автор (ы) Дмитриев Ю.В.

Рецензент (ы) Рабочая программа дисциплины обсуждена на заседании кафедры Зав. кафедрой Одобрено методической комиссией факультета Председатель