13007 РП Архитектура ПК и ПУ. Рабочая программа дисциплины Архитектура персональных компьютеров и периферийные устройства для студентов всех форм обучения

• Название: Рабочая программа дисциплины Архитектура персональных компьютеров и периферийные устройства для студентов всех форм обучения
• Дата: 22.03.2019
• Размер: 55.27 Kb.
• Имя файла: 13007 РП Архитектура ПК и ПУ.docx
• Тип: Рабочая программа; #71201

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Российский государственный профессионально-педагогический университет»

Институт электроэнергетики и информатики

Кафедра информационных систем, автоматики и компьютерных технологий обучения

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по образованию

____________В.Я. Шевченко

«___»______________2014 г.


РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

«Архитектура персональных компьютеров
и периферийные устройства»
для студентов всех форм обучения

направления подготовки 051000.62 Профессиональное обучение (по отраслям)

профиля подготовки «Энергетика»

профилизации «Компьютерные технологии автоматизации и управления»


Екатеринбург

РГППУ

2014
Рабочая программа дисциплины «Архитектура персональных компьютеров и периферийные устройства». Екатеринбург, ФГАОУ ВПО «Российский государственный профессионально-педагогический университет», 2014. 14 с.
Настоящая программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций Примерной основной образовательной программы по направлению подготовки 051000.62 Профессиональное обучение (по отраслям).

Автор:	ст. преподаватель	Т.П. Телепова
Рецензент:	канд. пед. наук, доцент	Е.Д. Тельманова

Одобрена на заседании кафедры информационных систем, автоматики и компьютерных технологий обучения. Протокол от 06.03.2014 г. № 11.

Заведующая кафедрой информационных систем, автоматики и компьютерных технологий обучения

Е.В. Чубаркова

Рекомендована к печати научно-методической комиссией Института электроэнергетики и информатики РГППУ. Протокол от 31 янва № 5.

Председатель научно–методической комиссии ЭлИн		А.О. Прокубовская
СОГЛАСОВАНО Зав. сектором инспектирования ИМО УМУ		С.В. Пеннер
Директор ЭлИн		Е.В. Чубаркова

© ФГАОУ ВПО «Российский государственный профессионально-педагогический университет», 2014

© Т.П.Телепова 2014

ЦЕЛИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Дисциплина «Архитектура персональных компьютеров и периферийные устройства» формирует базовые знания по организации электронных вычислительных машин класса персональных компьютеров, которые рассматриваются в аспекте вычислительных систем. Основное внимание при изучении дисциплины уделено вопросам классификации архитектур персональных компьютеров, их функциональной организации, понятию системы команд и командному циклу, алгоритмам организации различных типов памяти, принципам работы периферийных устройств и их взаимодействию в составе всей вычислительной системы. Теоретические сведения дисциплины рассматриваются в логической последовательности изучения основных разделов дисциплины.

Целью преподавания дисциплины «Архитектура персональных компьютеров и периферийные устройства» является обучение студентов профессионально-педагогического вуза теоретическим основам и принципам организации, функционирования персональных компьютеров, а также подготовка студентов к преподаванию архитектуры персональных компьютеров в учреждениях профессионально-технического образования. Данная цель обусловлена областью профессиональной деятельности выпускника: осуществлять подготовку учащихся по техническим профессиям и специальностям в образовательных учреждениях по программам начального, среднего и дополнительного профессионального образования, учебно-курсовой сети предприятий и организаций, в центрах по подготовке, переподготовке и повышению квалификации рабочих и специалистов.

Для приобретения умений и навыков, необходимых для профессиональной деятельности, следует решить задачи:

1) обучение основным принципам и подходам функциональной организации персональных компьютеров и их периферийных устройств;

2) овладение методами адресации данных, алгоритмами формирования адресного пространства вычислительной машины;

3) формирование навыков программирования вычислительных процессов на уровне команд ассемблера.

МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина «Архитектура персональных компьютеров и периферийные устройства» относится к вариативной части профессионального цикла Федерального государственного образовательного стандарта по направлению подготовки ВПО 051000.62 Профессиональное обучение (по отраслям) профиля подготовки «Энергетика» профилизации «Компьютерные технологии автоматизации и управления». Дисциплина предназначена для формирования компетентности бакалавров профессионального обучения по основам архитектуры персональных компьютеров и периферийных устройств.

Для изучения данной учебной дисциплины необходимы следующие знания, умения и навыки, формируемые предшествующими дисциплинами:

2.1. Из курса «Функциональные узлы цифровых устройств»:

Знания:теоретические основы построения цифровых устройств, принципы их проектирования, организации и функционирования.

Умения: применятьметоды анализа и синтеза функциональных узлов цифровой техники

2.2. Из курса «Языки и системы программирования»:

Владения: методами алгоритмизации и программирования.

2.3. Из курса «Арифметические и логические основы вычислительной техники»:

Знания: основные понятия алгебры логики, логические элементы и синтез логических схем.

Умения: анализировать функционирование логических схем.

Владения: методами алгебры логики при синтезе логических схем.

Перечень последующих учебных дисциплин, для которых необходимы знания, умения и владения, формируемые данной учебной дисциплиной:

• 
  «Операционные системы»;
  
• 
  «Распределённые информационно-управляющие системы»;
  
• 
  «Компьютерные коммуникации и сети».
  

КОМПЕТЕНЦИИ СТУДЕНТА, ФОРМИРУЕМЫЕ В РЕЗУЛЬТАТЕ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате освоения дисциплины студент должен приобрести следующие общекультурные и профессиональные компетенции, соотнесенные с общими целями ООП ВПО:

общекультурные компетенции:

а) способен проектировать и осуществлять индивидуально-личностные концепции профессионально-педагогической деятельности (ОК-5);

б) готов к самооценке, ценностному социокультурному самоопределению и саморазвитию (ОК-7);

в) готов анализировать информацию для решения проблем возникающих в профессионально-педагогической деятельности (ОК-27);

г) владеет процессом творчества (поиск идей, рефлексия, моделирование и др.) (ОК-28).

профессиональные компетенции:

а) готов к участию в исследованиях проблем, возникающих в процессе подготовки рабочих (специалистов) (ПК-12);

б) готов к поиску, созданию, распространению, применению новшеств и творчества в образовательном процессе для решения профессионально-педагогических задач (ПК-13);

в) готов к конструированию содержания учебного материала по общепрофессиональной и специальной подготовке рабочих (специалистов) (ПК-20);

г) готов к формированию профессиональной компетентности рабочего (специалиста) соответствующего квалификационного уровня (ПК-34).

профильно-специализированные компетенции:

а) знает и способен использовать в учебно-профессиональной деятельности базовые знания по вычислительной технике, предмету и основным методам информатики, назначению и принципам работы аппаратных и программных средств информационно-управляющих систем (ПСК-2);

б) знает и владеет основными способами обмена информацией в вычислительных системах и современными периферийными устройствами (ПСК-9);

в) знает и умеет использовать в учебно-профессиональной деятельности знания современной элементной базы, системы параметров и характеристик микросхем различной степени интеграции, методов построения функциональных узлов и устройств микропроцессорной техники (ПСК-14).

По окончании изучения курса студент должен знать:

– основные принципы организации персональных компьютеров;

– основы организации вычислительного процесса;

– принципы функционирования периферийных устройств.

По окончании изучения курса студент должен уметь:

– разрабатывать программы обработки данных, по управлению периферийными устройствами на языке машинных команд.

По окончании изучения курса студент должен владеть / быть в состоянии продемонстрировать:

– навыки работы с персональными компьютерами.

СТРУКТУРА ДИСЦИПЛИНЫ

Объем дисциплины и виды учебной работы

Таблица 1

Вид учебной работы	Всего зачетных единиц (часов)
Форма обучения	Очная ПСО	Заочная ПСО	Заочная ССО
Семестр	7-й	8-й	6-й
Общая трудоемкость дисциплины	4 (144)	4 (144)	4 (144)
Переаттестовано
Всего осталось изучить
Аудиторные занятия:	1,67 (60)	0,56 (20)	0,28(10)
лекции	0,89 (32)	0,33 (12)	0,1(4)
лабораторные работы	0,78 (28)	0,23 (8)	0,2(6)
практические занятия	-	-	-
семинарские занятия	-	-	-
другие виды аудиторных занятий	-	-	-
Самостоятельная работа:	2,33 (84)	3,44 (124)	3,7(134)
контрольная работа	-	1,11 (40)	1,11(40)
изучение теоретического курса	0,67 (24)	0,89 (32)	1,17(42)
подготовка к лабораторным занятиям	1,11 (40)	0,78 (28)	0,78(28)
подготовка к экзамену	0,56 (20)	0,66 (24)	0,66(24)
Вид промежуточного контроля	экзамен	экзамен	экзмен

Содержание и тематическое планирование дисциплины

Таблица 2

№ п/п	Темы учебной дисциплины	Виды учебной деятельности и трудоемкость (в часах)				Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра) Форма промежуточной аттестации (по семестрам)
		Лекции	Лабораторные работы	СРС	Консульта-ции
	Понятие архитектуры персональных компьютеров	4	4	10	Еженед.	отчёт по лаб. работе, защита лаб. работы – 2
	Тенденции развития больших интегральных схем	4	4	18	Еженед.	отчёт по лаб. работе, защита лаб. работы – 4
	Организация вычислительного процесса	8	8	14	Еженед.	отчёт по лаб. работе, защита лаб. работы – 8
	Организация памяти	4	4	14	Еженед.	отчёт по лаб. работе, защита лаб. работы – 10
	Организация подсистемы ввода-вывода	4	4	14	Еженед.	отчёт по лаб. работе, защита лаб. работы – 12
	Периферийные устройства персональных компьютеров	8	4	14	Еженед.	отчёт по лаб. работе, защита лаб. работы – 14
	Итого за курс	32	28	84		экзамен
		144

Содержание дисциплины
Тема 1. Понятие архитектуры персональных компьютеров

Определение понятия архитектуры персонального компьютера, уровни детализации архитектуры. Основные типы архитектур. Фон-неймановская архитектура, архитектура с раздельными шинами данных и команд, с общей шиной, с иерархией шин, архитектура высокопроизводительной систем параллельного действия - с общей памятью (многопроцессорная архитектура), распределённая система (многомашинная архитектура).

Тема 2. Тенденции развития больших интегральных схем

Тенденции развития элементной базы процессорных устройств, тенденции развития полупроводниковых запоминающих устройств, перспективы направления исследований в области архитектур вычислительных машин.

Тема 3. Организация вычислительного процесса

Понятие программы, команды, командного цикла, машинного такта. Система команд процессора, структура и форматы команд, способы адресации – непосредственная, прямая, косвенная, косвенно-регистровая, относительная, индексная, базово-индексная. CISC и RISC процессоры. Концепция операционного и управляющего аппаратов. Операционный автомат, управляющий автомат с жёсткой логикой, управляющий автомат с программируемой логикой, принципы его организации, адресация микрокоманд, кодирование микроопераций. Принципы организации системы прерываний.

Тема 4. Организация памяти

Концепция многоуровневой памяти, иерархическая организация памяти, организация внутренней памяти, сверхоперативная память с прямым доступом, с ассоциативным доступом, кэш-память с прямым отображением, виртуальная память. Методы управления памятью, методы повышения пропускной способности оперативной памяти, методы защиты памяти, методы ускорения процессов обмена между ОП и ВЗУ.

Тема 5. Организация подсистемы ввода-вывода

Понятие интерфейса, основные принципы организации системного интерфейса, основные принципы передачи сигналов по магистрали, контроллеры устройств, драйверы устройств. Современные и перспективные структуры подсистем ввода-вывода.

Тема 6. Периферийные устройства персональных компьютеров

Внешние запоминающие устройства, накопители на гибких и жестких магнитных дисках, оптические диски. Устройства ввода и вывода информации: видеокарты и мониторы; принтеры; манипуляторы, сканирующие устройства.

Содержание лабораторных работ
Цикл лабораторных работ по дисциплине реализуется в рамках аудиторных занятий. Каждая лабораторная работа выполняется самостоятельно студентом на персональном компьютере в модели учебной ЭВМ. Выполненные задания лабораторной работы студент предоставляет преподавателю для проверки. Замечания преподавателя по ходу выполнения лабораторной работы устраняются студентом самостоятельно. Перечень лабораторных работ по темам представлен в табл. 3.

Таблица 3

Темы дисциплины	Наименование тем лабораторных работ	Количество часов
1	Архитектура учебной ЭВМ, система команд, командный цикл процессора	4
3	Программирование разветвляющегося вычислительного процесса	3
3	Программирование цикла с переадресацией при обработке массивов данных	3
4	Подпрограммы и стек, принципы работы кэш-памяти	6
5	Организация подсистемы ввода-вывода	6
6	Исследование организации взаимодействия процессора и внешних устройств	6
		28

Самостоятельная работа
При изучении дисциплины «Архитектура персональных компьютеров и периферийные устройства» предусмотрена самостоятельная работа студентов (см. табл. 1). Видами самостоятельной работы студентов при изучении дисциплины являются:

– самостоятельная работа по подготовке к выполнению лабораторных работ;

– подготовка к лекциям, к теоретическому тестированию;

– самостоятельная работа по оформлению отчетов лабораторных работ и подготовка к их защите;

– самостоятельная подготовка к экзамену.

ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

В преподавании курса «Архитектура персональных компьютеров и периферийные устройства» используются следующие формы образовательных технологий:

– лекции, лабораторные работы, в рамках которых выполняются задания, реализующие знания теоретического курса дисциплины;

– тестирование по отдельным темам дисциплины;

– самостоятельная работа студентов, включающая усвоение теоретического материала, подготовка и оформление отчётов по лабораторным работам, подготовка к текущему контролю знаний и к промежуточным аттестациям;

– рейтинговая технология контроля учебной деятельности студентов для обеспечения их ритмичной работы в течение семестра;

– консультирование студентов по вопросам изучения дисциплины и выполнения заданий лабораторных работ.
ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ И УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ

Контрольные вопросы и задания для самостоятельной работы студентов для подготовки к лабораторным занятиям

1.Работу каких устройств моделирует учебная ЭВМ?

2.Как осуществляется доступ к ячейкам ОЗУ?

3.Основное назначение сверхоперативной памяти и её структура?

4.Укажите, какие регистры входят в состав устройства управления?

5.Форматы представления данных в учебной ЭВМ?

6.Что такое исполнительный адрес?

7.Зарисуйте формат команды с косвенной адресацией.

8.Зарисуйте формат команды с относительной адресацией.

9.Каковы основные правила написания программ на языке Assembler?

10.Если результат выполненной арифметической операции равен нулю, какой флаг процессора установится в единичное состояние?

11.Сколько машинных циклов требуется для выполнения безадресной команды?

12.Как работает механизм косвенной адресации?

13.Как работает команда MOV R3, R7?

14.Какие действия выполняет процессор при реализации команды CALL?

15.При каких условиях устанавливается и сбрасывается флаг готовности клавиатуры Rd?

16.Возможно ли в блоке таймеров организовать работу всех трех таймеров с разной тактовой частотой?

17.В какой области памяти модели ЭВМ могут располагаться программы – обработчики прерываний?

Вопросы для подготовки к экзамену

1. 
   Понятие архитектуры вычислительной машины.
   
2. 
   Уровни детализации структуры компьютера.
   
3. 
   Концепция машины с хранимой в памяти программой.
   
4. 
   Структура ВМ с непосредственными связями.
   
5. 
   Архитектура с раздельными шинами. Архитектура с общей шиной. Архитектура с иерархией шин.
   
6. 
   Тенденции развития элементной базы процессорных устройств. Закон Мура.
   
7. 
   Понятие функциональной организации ПК. Система команд. Форматы команд.
   
8. 
   Центральный процессор. Функциональная схема. Регистры ЦП.
   
9. 
   Концепция операционного и управляющего автоматов.
   
10. 
    Концепция многоуровневой памяти.
    
11. 
    Принцип ассоциативного доступа. Полностью ассоциативная кэш-память.
    
12. 
    Кэш-память с прямым отображением.
    
13. 
    Виртуальная память (страничная организация).
    
14. 
    Алгоритмы замещения.
    
15. 
    Сегментная организация памяти.
    
16. 
    Понятие интерфейса. Принципы организации системного интерфейса.
    
17. 
    Контроллеры устройств.
    
18. 
    Внешние запоминающие устройства, накопители на гибких и жестких магнитных дисках, оптические диски.
    
19. 
    Устройства ввода и вывода информации.
    

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Основная литература

1. 
   Мелехин В.Ф. Вычислительные машины, системы и сети: учебник для студ. высш. учеб. заведений / В.Ф. Мелехин, Е.Г. Павловский. – 3-е изд. –
   М.: Издательский центр «Академия», 2010. – 560 с.
   
2. 
   Михайлов Б.М. Классификация и организация вычислительных систем: учебное пособие / Б.М. Михайлов, Р.Ф. Халабия. – М.: МГУПИ, 2010. – 144 с.
   
3. 
   Цилькер Б.Я. Организация ЭВМ и систем: учебник для вузов / Б.Я. Цилькер, С.А. Орлов. – 2-е изд. – СПб.: Питер, 2011. – 688 с.
   
4. 
   Яшин В. Н. Информатика: аппаратные средства персонального компьютера: учеб. пособие. – М.: Инфра-М, 2010. – 254 с.
   

Дополнительная литература

1. 
   Бройдо В.Л. Архитектура ЭВМ и систем: учебник для вузов / В.Л. Бройдо, О.П. Ильина. – СПб.: Питер, 2006. – 718 с.
   
2. 
   Жмакин А.П. Архитектура ЭВМ / А.П. Жмакин. – СПб.: БХВ-Петербург, 2006. – 320 с.
   
3. 
   Майоров С.А. Введение в микроЭВМ / С.А Майоров, В.А Кириллов, А.А. Приблуда. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1988. – 304 с.
   

МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Компьютерный класс с персональными компьютерами стандартной конфигурации и периферийными устройствами.

Программное обеспечение

Операционная система Windows, программная модель ЭВМ.




РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

«АРХИТЕКТУРА ПЕРСОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРОВ И ПЕРИФЕРИЙНЫЕ УСТРОЙСТВА»

Подписано в печать _________. Формат 6084/16. Бумага для множ. аппаратов.

Печать плоская. Усл. печ. л. ___. Уч.-изд. л.____. Тираж ____ экз. Заказ № ____.

ФГАОУ ВПО «Российский государственный профессионально-педагогический университет». Екатеринбург, ул. Машиностроителей, 11.

Ризограф ФГАОУ ВПО РГППУ. Екатеринбург, ул. Машиностроителей, 11.