УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ СТУДЕНТОВ (ОБУЧАЮЩИХСЯ) специальности 09.02.07 Информационные системы и программирование ПО ВЫПОЛНЕНИЮ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ по учебной дисциплине ОП.02 Архитектура аппаратных средств

Министерство образования Московской области

ГАПОУ МО «Егорьевский техникум»

РАССМОТРЕНО цикловой методической комиссией преподавателей профессионального цикла, предметных кружков по специальности СПО: 09.02.03 Программирование в компьютерных системах, по профессии СПО: 09.01.03 Мастер по обработке цифровой информации Председатель ЦМК ____________________С.Ю.Степанова Протокол № 06 от «31» августа 2018 г.

Утверждаю Директор ГАПОУ МО «Егорьевский техникум» ____________Л.С. Астрова «___» ________20______ г

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

ДЛЯ СТУДЕНТОВ (ОБУЧАЮЩИХСЯ)

специальности 09.02.07 Информационные системы и программирование

ПО ВЫПОЛНЕНИЮ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

по учебной дисциплине ОП.02 Архитектура компьютерных систем

г. Егорьевск, 2018

Кирилина И.А. Учебно-методические рекомендации для студентов (обучающихся) по выполнению внеаудиторной самостоятельной работы по учебной дисциплине ОП.02 Архитектура компьютерных систем

Учебно-методические рекомендации для студентов 4 курса специальности 09.02.03 – Программирование в компьютерных системах

Составитель: Кирилина И.А. – преподаватель профессионального цикла

В методических рекомендациях освещены цели и задачи организации самостоятельной работы студентов в ходе освоения программы учебной дисциплины ОП.02 Архитектура компьютерных систем, какие виды и формы самостоятельной работы предлагаются студентам, технология организации самостоятельной работы студентов, основные подходы к оцениванию результатов выполнения различных видов самостоятельной работы.

Рекомендации могут быть использованы студентами при выполнении различных видов самостоятельной работы как в аудитории, так и во время внеаудиторных занятий.

СОДЕРЖАНИЕ

1 Цели и задачи освоения дисциплины

2 Образовательные технологии

3 Оценочные средства

4 Содержание практических занятий и самостоятельной работы студентов

Список рекомендуемой литературы

Настоящие методические указания разработаны в соответствии с рабочей

программой дисциплины для студентов специальности очной и заочной форм

обучения. Они предназначены для подготовки и проведению практических

занятий и самостоятельной работы студентов.

Методические указания содержат контрольные вопросы упражнения и

задачи, практические задания, деловые игры, темы рефератов, а также тесты,

сгруппированные по темам.

Цели и задачи освоения дисциплины

В результате освоения учебной дисциплины обучающийся должен уметь:



с

помощью

программных

средств

организовывать

управление

ресурсами вычислительных систем;



осуществлять поддержку функционирования информационных систем;

В результате освоения учебной дисциплины обучающийся должен знать:



построение цифровых вычислительных систем и их архитектурные

особенности;



принципы работы основных логических блоков систем;



классификацию вычислительных платформ и архитектур;



параллелизм и конвейеризацию вычислений;



основные конструктивные элементы средств вычислительной техники,

функционирование, программно-аппаратная совместимость

Образовательные технологии

В

настоящий

момент

в

образовании

применяют

самые

различные

педагогические

технологии

обучения.

Тем

не

менее,

можно

выделить

следующие наиболее характерные инновационные технологии, выбранные для

наиболее успешного осуществления образовательного процесса:



Информационно-коммуникационные технологии



Личностно-ориентированные технологии



Проектные технологии



Здоровьесберегающие технологии



Игровые технологии



Проблемное обучение.

Обучение в сотрудничестве

Единоличное руководство преподавателя в технологии сотрудничества

замещается активным участием обучающихся в выборе методов обучения. Всё

это придаёт особую актуальность задаче развития универсальных учебных

действий.

Хотя

учебная

деятельность

по

своему

характеру

остаётся

преимущественно

индивидуальной,

тем

не

менее

вокруг

неё

возникает

настоящее

сотрудничество

обучающихся:

студенты

помогают

друг

другу,

осуществляют взаимоконтроль и т. д.



Проектная методика

В ходе изучения всех учебного предмета обучающиеся приобретают опыт

проектной деятельности как особой формы учебной работы, способствующей

воспитанию

самостоятельности,

инициативности,

ответственности,

повышению

мотивации

и

эффективности

учебной

деятельности;

в

ходе

реализации исходного замысла на практическом уровне овладевают умением

выбирать адекватные стоящей задаче средства, принимать решения, в том

числе

и

в

ситуациях

неопределённости,

получают

возможность

развить

способность

к

разработке

нескольких

вариантов

решений,

к

поиску

нестандартных

решений,

поиску

и

осуществлению

наиболее

приемлемого

решения.

В ходе планирования и выполнения учебных исследований обучающиеся

осваивают умение оперировать гипотезами как отличительным инструментом

научного рассуждения, приобретают опыт решения интеллектуальных задач на

основе мысленного построения различных предположений и их последующей

проверки.

В результате целенаправленной учебной деятельности, осуществляемой в

формах учебного исследования, учебного проекта, в ходе освоения системы

научных понятий у обучающихся закладываются:

• потребность

вникать

в

суть

изучаемых

проблем,

ставить

вопросы,

затрагивающие основы знаний, личный, социальный, исторический жизненный

опыт;

• основы критического отношения к знанию, жизненному опыту;

• основы ценностных суждений и оценок;

• уважение

к

величию

человеческого

разума,

позволяющего

преодолевать

невежество и предрассудки, развивать теоретическое знание, продвигаться в

установлении взаимопонимания между отдельными людьми и культурами;

• основы понимания принципиальной ограниченности знания, существования

различных точек зрения, взглядов, характерных для разных социокультурных

сред и эпох.



Здоровьесберегающие технологии

Формирование

осознанного

отношения

к

собственному

здоровью,

устойчивых представлений о здоровье и здоровом образе жизни; факторах,

оказывающих позитивное и негативное влияние на здоровье; формирование

личных убеждений, качеств и привычек, способствующих снижению риска

здоровью

в

повседневной

жизни,

включает

в

себя

создание

экологически

безопасной здоровьесберагающей инфраструктуры; рациональной организации

учебной и внеучебной деятельности обучающихся; эффективной организации

физкультурно-оздоровительной

работы;

реализации

модульных

образовательных

программ

и

просветительской

работы

с

родителями

(законными представителями) и способствует формированию у обучающихся

экологической

культуры,

ценностного

отношения

к

жизни

во

всех

её

проявлениях, здоровью, качеству окружающей среды, умений вести здоровый и

безопасный образ жизни.

Оценочные средства

Контроль и оценка результатов освоения дисциплины осуществляется

преподавателем в процессе проведения практических занятий и лабораторных

работ,

тестирования,

а

также

выполнения

обучающимися

индивидуальных

заданий, проектов, исследований.

Результаты обучения

(освоенные умения, усвоенные знания)

Формы

и

методы

контроля

и

оценки

результатов обучения

Умения:

с помощью программных средств организовывать

управление ресурсами вычислительных систем;

практические занятия

осуществлять

поддержку

функционирования

информационных систем;

практические занятия

Знания:

построение цифровых вычислительных систем и

их архитектурные особенности;

тест,

фронтальный

опрос,

собеседование,

внеаудиторная

самостоятельная работа

принципы работы основных логических блоков

систем;

тест,

фронтальный

опрос,

собеседование,

внеаудиторная

самостоятельная работа

классификацию

вычислительных

платформ

и

архитектур;

тест,

фронтальный

опрос,

собеседование,

внеаудиторная

самостоятельная работа

параллелизм и конвейеризацию вычислений;

тест,

фронтальный

опрос,

собеседование,

внеаудиторная

самостоятельная работа

основные

конструктивные

элементы

средств

вычислительной

техники,

функционирование,

программно-аппаратная совместимость.

тест,

фронтальный

опрос,

собеседование,

внеаудиторная

самостоятельная работа

Содержание практических занятий и самостоятельной работы студентов

Введение

Содержание учебного материала

1. Роль и место знаний по дисциплине «Основы архитектуры, устройство и

функционирование

вычислительных

систем»

в

сфере

профессиональной

деятельности.

История

развития

вычислительных

средств.

Классификация

ЭВМ

по

физическому

представлению

обработки

информации,

поколениям

ЭВМ, сферам применения и методам исполнения вычислительных машин.

Раздел 1. Представление информации в вычислительных системах

Тема 1.1. Арифметические основы ЭВМ

Содержание

учебного

материала

1. Системы счисления. Непозиционные и позиционные системы счисления.

Системы

счисления,

используемые

в

ЭВМ.

Свойства

позиционных

систем

счисления.

2. Перевод чисел из одной системы счисления в другую.

3.

Алгебраическое

представление

двоичных

чисел:

прямой,

обратный

и

дополнительные коды. Использование обратного и дополнительного двоичных

кодов

для

реализации

всех

арифметических

операций

с

помощью

суммирующего устройства.

4. Представление чисел в ЭВМ: естественная и нормальная формы. Форматы

хранения чисел в ЭВМ.

Практические занятия

1. Перевод чисел из одной системы счисления в другую.

2. Выполнение операций над числами в естественной и нормальной формах.

Самостоятельная работа обучающихся

Подготовить презентацию «История развития вычислительной техники»

Тема 1.2. Представление информации в ЭВМ

Содержание учебного материала

1. Виды информации и способы ее представления в ЭВМ.

2.

Кодирование

информации.

Символьные

коды:

ASCII,

UNICODE

и

др.

Кодирование

графической

информации.

Двоичное

кодирование

звуковой

информации. Сжатие информации. Кодирование видеоинформации. Стандарт

MPEG.

Практические занятия

1. Кодирование информации

Самостоятельная работа обучающихся

Написать реферат «Стандарты кодирования информации»

Раздел 2. Архитектура и принципы работы основных логических блоков

вычислительных систем (вс)

Тема 2.1. Логические основы ЭВМ, элементы и узлы

Содержание учебного материала

1.

Базовые

логические

операции

и

схемы.

Таблицы

истинности.

Схемные

логические элементы ЭВМ: регистры, вентили, триггеры, полусумматоры и

сумматоры. Таблицы истинности RS-, JK- и T-триггера

2. Логические узлы ЭВМ и их классификация. Сумматоры, дешифраторы,

программируемые логические матрицы, их назначение и применение.

Практические занятия

Работа и особенности логических элементов ЭВМ.

Работа логических узлов ЭВМ.

Самостоятельная работа обучающихся

Подготовить сообщение «Микросхемы с логическими элементами»

Подготовить доклад «Использование сумматоров в вычислительной технике»

Тема 2.2. Основы построения ЭВМ

Содержание учебного материала

1. Понятие архитектуры и структуры компьютера. Принципы (архитектура)

фон Неймана.

2. Основные компоненты ЭВМ. Основные типы архитектур ЭВМ.

Самостоятельная работа обучающихся

Подготовить реферат «Канальная архитектура ЭВМ»

Подготовить доклад «Сравнительный анализ принципов работы CISC, RISC

процессоров »

Тема 2.3. Внутренняя организация процессора

Содержание учебного материала

1.

Реализация

принципов

фон

Неймана

в

ЭВМ.

Структура

процессора.

Устройство

управления:

назначение

и

упрощенная

функциональная

схема.

Регистры

процессора:

сущность,

назначение,

типы.

Регистры

общего

назначения,

регистр

команд,

счетчик

команд,

регистр

флагов.

Структура

команды процессора. Цикл выполнения команды. Понятие рабочего цикла,

рабочего

такта.

Принципы

распараллеливания

операций

и

построения

конвейерных

структур.

Классификация

команд.

Системы

команд

и

классы

процессоров: СISC, RISC, MISC, VLIM.

2. Арифметико-логическое устройство (АЛУ): назначение и классификация.

Структура

и

функционирование

АЛУ.

Интерфейсная

часть

процессора:

назначение,

состав,

функционирование.

Организация

работы

и

функционирование процессора.

Практические занятия

1.

Построение

последовательности

машинных

операций

для

реализации

простых вычислений.

Самостоятельная работа обучающихся

Подготовить доклад «Виды интерфейсов процессора»

Тема 2.4. Организация работы памяти компьютера

Содержание учебного материала

1. Иерархическая структура памяти. Основная память ЭВМ. Оперативное и

постоянное

запоминающие

устройства:

назначение

и

основные

характеристики.

Организация оперативной памяти. Адресное и ассоциативное ОЗУ: принцип

работы

и

сравнительная

характеристика.

Виды

адресации.

Линейная,

страничная,

сегментная

память.

Стек.

Плоская

и

многосегментная

модель

памяти

2. Кэш-память: назначение, структура, основные характеристики. Организация

кэш-памяти: с прямым отображением, частично-ассоциативная и полностью

ассоциативная кэш-память.

3. Динамическая память. Принцип работы. Обобщенная структурная схема

памяти. Режимы работы: запись, хранение, считывание, режим регенерации.

Модификации динамической оперативной памяти. Основные модули памяти.

Наращивание емкости памяти. Статическая память. Применение и принцип

работы. Основные особенности. Разновидности статической памяти.

4.

Устройства

специальной

памяти:

постоянная

память

(ПЗУ),

перепрограммируемая

постоянная

память

(флэш-память),

видеопамять.

Назначение, особенности, применение. Базовая система ввода/вывода (BIOS):

назначение, функции, модификации.

Тема 2.5 Интерфейсы

Содержание учебного материала

1. Понятие интерфейса. Организация взаимодействия ПК с периферийными

устройствами. Чипсет: назначение и схема функционирования.

Общая

структура

ПК

с

подсоединенными

периферийными

устройствами.

Системная шина и ее параметры. Интерфейсные шины и связь с системной

шиной. Системная плата: архитектура и основные разъемы.

2. Классификация интерфейсов. Внутренние интерфейсы ПК: шины ISA, EISA,

VCF, VLB, PCI, AGP и их характеристики.

Интерфейсы периферийных устройств IDE и SCSI. Современная модификация

и

характеристики

интерфейсов

IDE/ATA

и

SCSI.

Внешние

интерфейсы

компьютера.

Последовательные

и

параллельные

порты.

Последовательный

порт

стандарта

RS-232:

назначение,

структура

кадра

данных,

структура

разъемов.

Параллельный

порт

ПК:

назначение

и

структура

разъемов.

Назначение, характеристики и особенности внешних интерфейсов USB и IEEE

1394 (FireWire). Интерфейс стандарта 802.11 (Wi-Fi).

Практические занятия

1

Архитектура системной платы.

2

Внутренние интерфейсы системной платы.

3

Интерфейсы периферийных устройств IDE и SCSI.

4

Параллельные и последовательные порты и их особенности работы.

5

Последовательные порты и их особенности работы.

Самостоятельная работа обучающихся

Подготовить доклад «Интерфейс стандарта (Wi-Fi)»

Тема 2.6 Режимы работы процессора

Содержание учебного материала

1. Режимы работы процессора. Характеристика реального режима процессора

8086. Адресация памяти реального режима.

2. Основные понятия защищенного режима. Адресация в защищенном режиме.

Дескрипторы и таблицы. Системы привилегий. Защита.

3.

Переключение

задач.

Страничное

управление

памятью.

Виртуализация

прерываний. Переключение между реальным и защищенным режимами.

Самостоятельная работа обучающихся

Подготовить реферат «Страничная организация памяти»

Тема 2.7 Основы программирования процессора

Содержание учебного материала

1. Основы программирования процессора.

2.

Выбор

и

дешифрация

команд.

Выбор

данных

из

регистров

общего

назначения и микропроцессорной памяти. Обработка данных и их запись.

3. Выработка управляющих сигналов.

4. Основные команды процессора: арифметические и логические команды,

команды перемещения, сдвига, сравнения, команды условных и безусловных

переходов, команды ввода-вывода. Подпрограммы.

5.

Виды

и

обработка

прерываний.

Этапы

компиляции

исходного

кода

в

машинные коды и способы отладки. Использование отладчиков.

Практические занятия

1

Программирование арифметических и логических команд.

2

Программирование переходов

3

Программирование ввода-вывода.

4

Программирование и отладка программ.

Самостоятельная работа обучающихся

Подготовить реферат «Особенности Assembler для различных процессоров»

Тема 2.8 Современные процессоры

Содержание учебного материала

1.

Основные

характеристики

процессоров.

Идентификация

процессоров.

Совместимость процессоров. Типы сокетов.

2. Обзор современных процессоров ведущих мировых производителей.

Процессоры

нетрадиционной

архитектуры.

Клеточные

и

ДНК-процессоры.

Нейронные процессоры.

Практические занятия

1. Идентификация и установка процессора.

Самостоятельная работа обучающихся

Подготовить доклад «Классификации процессоров»

Подготовить реферат «Модели двуядерных процессоров Intel »

Раздел 3. Вычислительные системы

Тема 3.1. Организация вычислений в вычислительных системах

Содержание учебного материала

1.

Назначение

и

характеристики

ВС.

Организация

вычислений

в

вычислительных системах.

2. ЭВМ параллельного действия, понятия потока команд и потока данных.

3. Ассоциативные системы. Матричные системы.

4.

Конвейеризация

вычислений.

Конвейер

команд,

конвейер

данных.

Суперскаляризация

Тема 3.2 Классификация вычислительных систем

Содержание учебного материала

1. Классификация ВС в зависимости от числа потоков команд и данных: ОКОД

(SISD),

ОКМД

(SIMD),

МКОД

(MISD),

МКМД

(MIMD).

Классификация

многопроцессорных ВС с разными способами реализации памяти совместного

использования:

UMA,

NUMA,

COMA.

Сравнительные

характеристики,

аппаратные и программные особенности.

2. Классификация многомашинных ВС:

MPP, NDW и COW. Назначение,

характеристики, особенности. Примеры ВС различных типов. Преимущества и

недостатки различных типов вычислительных систем.

Практические занятия

1. Выбор вычислительной системы.

Самостоятельная работа обучающихся

Подготовить реферат «Вычислительные системы MISD »

Подготовить доклад «Вычислительные системы SISD »

Список рекомендуемой литературы

1.

Пястолов

С.М.

Экономическая

теория

(4-е

изд.,

стер.)

учебник

М.:

Издательский центр «Академия», 2012г.

2.

Пястолов

С.М.

Экономическая

теория

(4-е

изд.,

стер.)

учебник

М.:

Издательский центр «Академия», 2012г.

Информационные системы (по отраслям). Они предназначены для подготовки и

проведению

практических

занятий

и

самостоятельной

работы

студентов.

Методические указания содержат контрольные вопросы упражнения и задачи,

практические

задания,

деловые

игры,

темы

рефератов,

а

также

тесты,

сгруппированные по темам.