Республика Крым

Министерство образования, науки и молодежи

Государственное бюджетное профессиональное

образовательное учреждение Республики Крым

«Симферопольский политехнический колледж»

УТВЕРЖДЕНО

Заведующим технико-информационным отделением

_______ Е.А. Омельченко

подпись

«___» ___________201__г.

ПРОГРАММа УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

АРХИТЕКТУРА АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ

специальность 09.02.02 Компьютерные сети

Симферополь, 2015

Программа учебной дисциплины разработана на основе Федерального государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования по профессии или специальности 09.02.02 Компьютерные сети, входящих в укрупнённую группу направлений специальностей 09.00.00 Информатика и вычислительная техника

Организация-разработчик: Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Республики Крым «Симферопольский политехнический колледж»

Разработчик:

О.Н. Бурова, преподаватель специальных дисциплин ГБПОУ РК «Симферопольский политехнический колледж»

РАССМОТРЕНО И ОДОБРЕНО

на заседании цикловой методической комиссии

информационных технологий

наименование ЦМК

протокол №___ от «___»_________2015г.

____________ Е.А. Смирнова

Подпись

@О.Н. Бурова

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

1. ПАСПОРТ ПРОГРАММЫ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

4

2. СТРУКТУРА и содержание УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

7

3. условия реализации программы учебной дисциплины

14

4. Контроль и оценка результатов Освоения учебной дисциплины

15

1. ПАСПОРТ РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

АРХИТЕКТУРА АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ

1. Область применения программы

Программа учебной дисциплины является частью основной профессиональной образовательной программы в соответствии с ФГОС СПО 09.02.02 Компьютерные сети, входящих в укрупнённую группу направлений специальностей 09.00.00 Информатика и вычислительная техника

2. Место дисциплины в структуре основной профессиональной образовательной программы

Дисциплина входит в профессиональный цикл и является общепрофессиональной дисциплиной: ОП.03 Архитектура аппаратных средств

3. Цели и задачи дисциплины - требования к результатам освоения дисциплины

В результате освоения дисциплины обучающийся должен уметь:

• определять оптимальную конфигурацию оборудования и характеристики устройств для конкретных задач.

В результате освоения дисциплины обучающийся должен знать:

• построение цифровых вычислительных систем и их архитектурные особенности;

• принципы работы основных логических блоков системы;

• параллелизм и конвейеризацию вычислений;

• классификацию вычислительных платформ;

• принципы вычислений в многопроцессорных и многоядерных системах;

• принципы работы кэш-памяти, алгоритм повышения производительности многопроцессорных и многоядерных систем;

• энергосберегающие технологии.

В результате освоения дисциплины обучающийся должен обладать компетенциями:

OK 1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.

ОК 2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.

ОК 3. Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность.

ОК 4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.

ОК 5. Использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности.

ОК 6. Работать в коллективе и в команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями.

ОК 7. Брать на себя ответственность за работу членов команды (подчиненных), за результат выполнения заданий.

ОК 8. Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение квалификации.

ОК 9. Ориентироваться в условиях частой смены технологий в профессиональной деятельности.

ПК 1.2. Осуществлять выбор технологии, инструментальных средств и средств вычислительной техники при организации процесса разработки и исследования объектов профессиональной деятельности.

ПК 2.3. Обеспечивать сбор данных для анализа использования и функционирования программно-технических средств компьютерных сетей.

ПК 3.1. Устанавливать, настраивать, эксплуатировать и обслуживать технические и программно-аппаратные средства компьютерных сетей.

ПК 3.6. Выполнять замену расходных материалов и мелкий ремонт периферийного оборудования, определять устаревшее оборудование и программные средства сетевой инфраструктуры.

4. Рекомендуемое количество часов на освоение программы дисциплины:

максимальной учебной нагрузки обучающегося - 147 часов, в том числе:

• аудиторной учебной работы обучающегося (обязательных учебных занятий) - 100 часов;

• внеаудиторной (самостоятельной) учебной работы обучающегося - 47 часа.

2.СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

1. Объем учебной дисциплины и виды учебной работы

Вид учебной работы

Объем часов

Максимальная учебная нагрузка (всего)

147

Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего)

100

в том числе:

лабораторные занятия

20

практические занятия

30

зачетное занятие

2

Самостоятельная работа обучающегося (всего)

47

в том числе:

самостоятельная работа с учебными материалами

подготовка докладов

подготовка сообщений

подготовка презентаций

подготовка рефератов

6

6

8

2

25

Итоговая аттестация в форме:

• дифференцированного зачёта (2 семестр)

2. Тематический план и содержание учебной дисциплины «Архитектура аппаратных средств»

Наименование разделов и тем

Содержание учебного материала, практические работы, самостоятельная работа обучающихся

Домашнее задание

Объём часов

Уровень освоения

1

2

3

4

5

Введение

Содержание учебного материала

4

1

Введение. Цели, задачи и структура дисциплины. Основные понятия и термины. История развития и классификация ЭВМ.

Классификация ЭВМ по физическому представлению обработки информации, поколениям ЭВМ, сферам применения и методам исполнения вычислительных машин.

Д4 стр 18-24

Выполнить

СР № 1

2

1

2

Самостоятельная работа № 1.

Составление таблицы с классификацией ЭВМ и их основными характеристиками.

2

3

Раздел 1. Представление информации в вычислительных системах

66

Тема 1.1

Информация. Кодирование и обработка информации в ЭВМ.

Содержание учебного материала

20

1

Определение и классификация информации. Измерение количества информации. Кодирование символьной информации.

Д4 стр 18-24

Выполнить

СР № 2

2

1

2

Типы и структуры данных. Передача данных Двоичное кодирование звуковой и мультимедиа информации.

Д4 стр 18-24

Выполнить

СР № 3

2

1

3

Практическая работа 1

Измерение количества информации

Оформление отчета

2

2,3

4

Практическая работа 2

Шифрование текстовой информации. Система шифрования Цезаря. Схема шифрования Вижинера.

Оформление отчета

2

2,3

5

Практическая работа 3

Шифрование текстовой информации. Шифр Гронсфельда

Оформление отчета

2

2,3

6

Практическая работа 4

Кодирование звуковой информации

Оформление отчета

2

2,3

7

Практическая работа 5

Кодирование графической информации

Оформление отчета

2

2,3

8

Практическая работа 6

Кодировка текста. Шифрование текста с помощью таблицы ASCII-кода

Оформление отчета

2

2,3

9

Самостоятельная работа № 2.

Подготовка презентации на тему «ЭВМ пятого поколения».

2

2,3

10

Самостоятельная работа № 3.

Составление таблицы с классификацией ЭВМ и их основными характеристиками

2

2,3

Тема 1.2

Арифметические основы ЭВМ

Содержание учебного материала

12

1

Представление чисел в ЭВМ. Системы счисления. Непозиционные и позиционные системы счисления. Свойства позиционных систем счисления.

Д4 стр 665-673

Выполнить

СР № 4, №5

2

1

2

Практическая работа 7

Перевод чисел из одной системы счисления в другую.

Оформление отчета

2

2, 3

3

Практическая работа 8

Сложение и вычитание чисел в различных системах счисления

Оформление отчета

2

2, 3

4

Практическая работа 9

Умножение и деление чисел в различных системах счисления

Оформление отчета

2

2, 3

5

Самостоятельная работа № 4

Написание рефератов на темы «Стандарты кодирования информации», «Фиксированная запятая (точка). Плавающая запятая (точка). Алгебраическое представление двоичных чисел.»

2

3

6

Самостоятельная работа № 5

Написание реферата на тему «Свойства позиционных систем счисления.»

2

3

Тема 1.3

Логические основы ЭВМ, элементы и узлы

Содержание учебного материала

20

1

Логические операции и базовые элементы компьютера. Вентили. Таблицы истинности.

О1 стр 32 -48

О2 стр 129 - 145

Выполнить

СР № 6

2

1

2

Схемные логические элементы ЭВМ: регистры, вентили, триггеры, полусумматоры и сумматоры. Узлы ЭВМ, их виды и назначение.

О1 стр 32 -48

О2 стр 129 - 145

Выполнить

СР № 7, 8

2

1

3

Лабораторная работа № 1.

Исследование порядка запуска компьютера.

Оформление отчета

1

2,3

4

Лабораторная работа № 2.

Изучение компонентов персонального компьютера в учебном классе.

Оформление отчета

1

2,3

5

Лабораторная работа № 3.

Изучение конфигурации компьютера, аппаратного мониторинга с помощью утилит

Оформление отчета

2

2,3

6

Лабораторная работа № 4.

Подключение оборудования к системному блоку

Оформление отчета

1

2,3

7

Лабораторная работа № 5.

Изучение компонентов материнской платы

Оформление отчета

1

2,3

8

Лабораторная работа № 6.

Изучение работы триггеров и принципов их работ

Оформление отчета

2

2,3

9

Лабораторная работа № 7.

Изучение регистров и принципов их работы

Оформление отчета

2

2,3

10

Самостоятельная работа 6

Составление таблицы истинности и схемы для логических элементов И, НЕ, ИЛИ

2

3

11

Самостоятельная работа 7

Подготовка сообщения на тему «Микросхемы с логическими элементами»

2

3

12

Самостоятельная работа 8

Подготовка доклада на тему «Использование сумматоров в вычислительной технике»

2

3

Тема 1.4

Алгоритмы и программы

Содержание учебного материала

12

1

Понятие алгоритма. Классификация, структура и свойства алгоритмов. Базовые структуры алгоритмов.

О2 стр

100 - 109

Выполнить

СР № 9, 10

2

1

2

Практическая работа 10

Изучение способов записи алгоритмов. Запись алгоритмов в виде блок-схем.

Оформление отчета

2

2, 3

3

Практическая работа 11

Изучение и запись линейных алгоритмов

Оформление отчета

2

2, 3

4

Практическая работа 12

Разработка алгоритмов линейных и разветвляющих структур

Оформление отчета

2

2, 3

5

Самостоятельная работа 9

Подготовка доклада на тему «Псевдокод».

2

3

6

Самостоятельная работа 10

Подготовка доклада на тему «Классификация, структура и свойства алгоритмов».

2

3

Раздел 2. Архитектура и принципы работы основных логических блоков системы

36

Тема 2.1

Базовые

представления об архитектуре ЭВМ

Содержание учебного материала

8

1

Принципы Фон Неймана. Обобщенные представления об архитектуре вычислительных машин, систем и сетей. Классификация вычислительных платформ.

Д4, с.66-112,

Д6, с.141-181 Выполнить СР

№ 11,№12

2

1

2

Лабораторная работа № 6.

Исследование порядка запуска компьютера

Оформление отчета

2

2, 3

3

Самостоятельная работа № 11.

Подготовка реферата «Кластерная архитектура ЭВМ»

2

2,3

4

Самостоятельная работа № 12

Подготовка реферата на тему «Реализация принципов фон Неймана в ЭВМ»

2

2,3

Тема 2.2

Принципы работы основных логических блоков

вычислительной

системы

Содержание учебного материала

14

1

Абстрактное центральное устройство. Регистры процессора: сущность, назначение, типы. Устройство, принцип работы и характеристики процессора

О2 стр 210-344

Выполнить

СР №13

2

1

2

Арифметико-логическое устройство и устройство управления: назначение и упрощенная функциональная схема.

О2

стр 210-344

2

1

3

Структура команды процессора. Цикл выполнения команды. Понятие рабочего цикла, рабочего такта. Принципы распараллеливания операций и построения конвейерных структур.

О2 стр 210-344 Выполнить

СР №14

2

1

4

Классификация команд. Системы команд и классы процессоров: dSC, RISC, MISC, VLIM.

О2

стр 210-344

2

1

5

Лабораторная работа № 7

Идентификация и установка процессора

Оформление отчета

2

2, 3

6

Самостоятельная работа 13

Подготовка реферата на тему «Регистры общего назначения, регистр команд, счетчик команд, регистр флагов.»

2

3

7

Самостоятельная работа 14

Подготовка сообщения по теме: Защищенный режим работы процессора.

2

3

Тема 2.3

Построение цифровых вычислительных систем и их архитектурные особенности

Содержание учебного материала

14

1

Основные функциональные элементы ЭВМ. Общее устройство и структура вычислительной системы.

О2 стр 155 - 210

2

1

2

Архитектуры с фиксированным набором устройств. Высокопроизводительные архитектуры обработки данных, архитектуры для языков высокого уровня.

О2 стр 155 - 210

2

1

3

Вычислительные системы с закрытой и открытой архитектурами. Архитектуры, основанные на использовании общей шины. Несовместимые аппаратные платформы, кроссплатформенное программное обеспечение.

О2 стр 155 - 210

Выполнить

СР № 15, 16

2

1

4

Практическая работа № 13.

Изучение архитектур закрытого и открытого типа.

Оформление отчета

2

3

5

Практическая работа № 14.

Изучение многопроцессорных и многоядерных вычислительных систем.

Оформление отчета

2

3

6

Самостоятельная работа № 15.

Подготовка реферата по теме: «Классификация архитектуры ВС по Флину, Джонсону, Базу Дункану, Кришнамарфи, Скилликорну».

2

2,3

7

Самостоятельная работа № 16.

Подготовка сообщений по теме: «Классификация архитектуры ВС по Хендлеру, Хокни, Шору».

2

2,3

Раздел 3. Функциональная организация персонального компьютера

41

Тема 3.1

Технологии повышения производительности многопроцессорных и многоядерных систем

Содержание учебного материала

4

1

Параллелизм и конвейеризация вычислений. Конвейерная обработка команд. Суперскаляризация.

О5 стр 65 -73

Выполнить

СР № 17

2

1

2

Самостоятельная работа № 17.

Подготовка сообщения по теме: Защищенный режим работы процессора. Многоядерные процессоры.

2

1

Тема 3.2

Организация

работы памяти

Содержание учебного материала

10

1

Основные принципы построения оперативной памяти. Иерархическая организация памяти. Стратегии управления памятью.

О2 стр 394 - 406

2

1

2

Системы памяти. Динамическая и статическая память. Принципы работы кэш-памяти.

О2 стр 394 - 406

Выполнить

СР №18, 19

2

1

3

Лабораторная работа № 9.

Изучение программ для проверки и тестирования системной памяти с помощью утилит

Оформление отчета

2

3

4

Самостоятельная работа № 18.

Подготовка реферата на тему: Принципы работы кэш-памяти

2

2,3

5

Самостоятельная работа № 19.

Подготовка реферата на тему: Страничная организация памяти

2

2,3

Тема 3.3

Микросхемы

системной платы

Содержание учебного материала

9

1

Общие сведения о системных платах. Микросхемы системной платы (чипсеты).

О3 стр 227 - 251

Выполнить

СР №20

2

1

2

Архитектуры системных плат: «Северный мост - Южный мост», AGPset и «Неоклассические» для AMD K8.

О3 стр 227 - 251

Выполнить

СР №21

2

1

3

Самостоятельная работа № 20.

Подготовка реферата на тему: Архитектуры системных плат

2

2,3

4

Самостоятельная работа № 21.

Подготовка реферата на тему: AGPset и «Неоклассические» для AMD K8.

3

2,3

Тема 3.4

Интерфейсы

Содержание учебного материала

10

1

Классификация интерфейсов. Уровни интерфейсов.

О2 стр 427 - 444

Выполнить

СР №22

2

1

2

Внутренние интерфейсы: интерфейсы системной шины и центральных процессоров

О2 стр 427 - 444

Выполнить

СР №23

2

1

3

Лабораторная работа № 10

Параллельные и последовательные порты и их особенности работы

Оформление отчета

2

2

4

Самостоятельная работа № 22.

Подготовка реферата на тему: Интерфейсы периферийных устройств IDE и SCSI.

2

2,3

5

Самостоятельная работа № 23

Подготовка реферата на тему: Параллельные и последовательные порты и особенности их работы.

2

2,3

Тема 3.5

Программное обеспечение и управление ресурсами компьютера

Содержание учебного материала

6

1

Основные компоненты программного обеспечения компьютерных систем.

Д4 стр 574 -592

2

1

2

Лабораторная работа № 11

Изучение настроек базовой системы ввода/вывода BIOS.

Оформление отчета

1

2

3

Лабораторная работа № 12

Изучение программного обеспечения для процессора с помощью утилит информаторов

Оформление отчета

1

2

4

Практическая работа № 15

Определение оптимальной конфигурацию оборудования и характеристик устройств для конкретных задач.

1

2

5

Практическая работа № 16

Идентификация основных узлов персонального компьютера и разъемов для подключения внешних устройств.

1

2

Зачетное занятие

2

ВСЕГО

147

Для характеристики уровня освоения учебного материала используются следующие обозначения:

1. - ознакомительный (узнавание ранее изученных объектов, свойств);

2. - репродуктивный (выполнение деятельности по образцу, инструкции или под руководством)

- продуктивный (планирование и самостоятельное выполнение деятельности, решение проблемных задач)

3. условия реализации программы дисциплины

3.1. Требования к минимальному материально-техническому

обеспечению

Реализация программы дисциплины требует наличия учебного кабинета «Архитектура аппаратных средств».

Оборудование учебного кабинета:

• посадочные места студентов;

• компьютеризированное рабочее место преподавателя;

• шкафы для методической литературы;

• методические и справочные материалы;

• наглядные пособия: корпуса системных блоков персональных компьютеров; блоки питания; системные платы; микропроцессоры; модули оперативной памяти; звуковые карты; накопители на жестких дисках и т.п.

Технические средства обучения:

• персональный компьютер;

• проектор;

• экран.

2. Информационное обеспечение обучения Перечень рекомендуемых учебных изданий, Интернет-ресурсов, дополнительной литературы

Основные источники:

1. Дэвида Мани Харриса и Сары Л. Харрис "Цифровая схемотехника и архитектура компьютера": Учебник. 2013 Elsevier, Inc. All rights reserved. ISBN 978-0-12-394424-5. Переведено командой из компаний и университетов России, Украины, США и Великобритании

2. Максимов Н.В., Партыка Т.Л., Попов И.И. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем: Учебник. - М.: ФОРУМ, 2012.

3. Максимов Н.В., Партыка Т.Л., Попов И.И. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем: Учебник. - М.: ФОРУМ, 2013.

4. Мелехин В.Ф., Павловский Е.В. Вычислительные машины, системы и сети: Учебник. М.: ACADEMA, 2010.

Дополнительные источники:

1. Партыка Т.Л., Попов И.И. Периферийные устройства вычислительной техники. Учебное пособие. М.: ФОРУМ - ИНФРА-М, 2007.

2. Пятибратов А.П., Гудыно П.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. - М.: Финансы и статистика, 2009.

3. Рудометов Е., Рудометов В. Устройство мультимедийного компьютера. Питер, 2001

4. Таненбаум Э. Архитектура компьютера - СПб. Питер, 2007.

5. Хорошевский В.Г. Архитектура вычислительных систем. Москва: МГТУ им. Баумана, 2008.

4. КОНТРОЛЬ И ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОСВОЕНИЯ

УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Контроль и оценка результатов освоения дисциплины осуществляется преподавателем в процессе проведения практических занятий и, тестирования, а также выполнения обучающимися индивидуальных заданий, проектов, исследований.

Результаты обучения

(освоенные умения, усвоенные знания)

Основные показатели оценки результата

Уметь определять оптимальную конфигурацию оборудования и характеристики устройств для конкретных задач

Сопоставление конфигурации оборудования характеристикам устройств для конкретных задач

Уметь идентифицировать основные узлы персонального компьютера, разъемы для подключения внешних устройств

Правильность основных узлов персонального компьютера и разъемов для подключения внешних устройств

Знать построение цифровых вычислительных систем и их архитектурные особенности

Правильность построения цифровых вычислительных систем и их архитектурные особенности

Знать принципы работы основных логических блоков системы

Описание принципов работы основных логических блоков системы

Знать параллелизм и конвейеризация вычислений

Описание параллелизма и конвейеризации вычислений

Знать классификация вычислительных платформ

Правильность классификации вычислительных платформ

Знать принципы вычислений в многопроцессорных и многоядерных системах

Описание принципов вычислений в многопроцессорных и многоядерных системах

Знать принципы работы кэш-памяти

Описание принципов работы кеш-памяти

Знать повышение производительности многопроцессорных и многоядерных систем

Правильность повышение производительности многопроцессорных и многоядерных систем

Знать энергосберегающие технологии

Анализ энергосберегающих технологий

3