АВТОНОМНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ХАНТЫ-МАНСИЙСКОГО АВТОНОМНОГО ОКРУГА-ЮГРА

«ХАНТЫ-МАНСИЙСКИЙ ТЕХНОЛОГО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

УТВЕРЖДЕНО

Приказ директора №_________

«______»________________

Рабочая программа

по учебной дисциплине

ОП.08 Основы архитектуры, устройство и функционирование вычислительных систем

программы подготовки специалистов среднего звена

по специальности CПО

44.02.06 «Профессиональное обучение»

(отрасль «Информационные системы»)

Ханты-Мансийск, 2014

РАССМОТРЕНО

на заседании ПЦК

Протокол №____ от «____»___20__ г.

Председатель _____/___________

Организация-разработчик: автономное учреждение профессионального образования Ханты-Мансийского автономного округа-Югры «Ханты-Мансийский технолого-педагогический колледж»

Разработчик:

Кокшаров С.В. преподаватель

(Ф.И.О.) (занимаемая должность)

СОДЕРЖАНИЕ

1. ПАСПОРТ рабочей ПРОГРАММЫ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

4-6

2. СТРУКТУРА и содержание УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

7-11

3. условия реализации учебной дисциплины

12-13

4. Контроль и оценка результатов Освоения учебной дисциплины

14

1. паспорт рабочей ПРОГРАММЫ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Основы архитектуры, устройство и функционирование вычислительных систем

1.1. Область применения программы

Рабочая программа учебной дисциплины «Основы архитектуры, устройство и функционирование вычислительных систем» является частью основной профессиональной образовательной программы в соответствии с ФГОС по специальности СПО 051001 «Профессиональное обучение» (отрасль «Информационные системы») углубленной подготовки.

Программа разработана на основании:

1. Федерального государственного образовательного стандарта СПО по специальности 230401 «Информационные системы (по отраслям)», утвержденного приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 14 мая 2014 года, 525;

2. Федерального государственного образовательного стандарта СПО по специальности 051001 «Профессиональное обучение (по отраслям)», утвержденного приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 27 октября 2014 года, № 1386;

3. Рабочего учебного плана, разработанного в АУ «Ханты-Мансийский технолого-педагогический колледж».

1.2. Место учебной дисциплины в структуре основной профессиональной образовательной программы: общепрофессиональная дисциплина профессионального цикла.

1.3. Цели и задачи учебной дисциплины - требования к результатам освоения учебной дисциплины:

ПК 1.1. Обеспечивать материально-техническое оснащение занятий, включая проверку безопасности оборудования, подготовку необходимых объектов труда и рабочих мест обучающихся, создание условий складирования.

ПК 1.2. Проводить лабораторно-практические занятия в аудиториях, учебно­производственных мастерских и в организациях.

ПК 1.3. Организовывать все виды практики обучающихся в учебно­производственных мастерских и на производстве.

ПК 1.4. Осуществлять педагогический контроль, оценивать процесс и результаты деятельности обучающихся.

ПК 1.5. Анализировать занятия и организацию практики обучающихся.

Результатом изучения учебной дисциплины является частичное освоение общих (ОК) компетенций:

OK1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.

ОК2. Организовывать собственную деятельность, определять методы решения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.

ОК 3. Оценивать риски и принимать решения в нестандартных ситуациях.

OK 4. Осуществлять поиск, анализ и оценку информации, необходимой для постановки и решения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.

ОК 5. Использовать информационно-коммуникационные технологии для совершенствования профессиональной деятельности.

ОК 6. Работать в коллективе и команде, взаимодействовать с руководством, коллегами и социальными партнерами.

ОК 7. Ставить цели, мотивировать деятельность обучающихся, организовывать и контролировать их работу с принятием на себя ответственности за качество образовательного процесса.

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

ОК 9. Осуществлять профессиональную деятельность в условиях обновления ее целей, содержания, смены технологий.

OK 10. Осуществлять профилактику травматизма, обеспечивать охрану жизни и здоровья обучающихся.

OK 11. Строить профессиональную деятельность с соблюдением правовых норм ее регулирующих.

В результате освоения дисциплины обучающийся должен уметь:

У1. С помощью программных средств организовывать управление ресурсами вычислительных систем;

У2. Осуществлять поддержку функционирования информационных систем;

В результате освоения дисциплины обучающийся должен знать:

З1. Построение цифровых вычислительных систем и их архитектурные особенности;

З2. Принципы работы основных логических блоков систем;

З3. Классификацию вычислительных платформ и архитектур;

З4. Параллелизм и конвейеризацию вычислений;

З5. Основные конструктивные элементы средств вычислительной техники, функционирование, программно-аппаратная совместимость

1.4. Ведущие педагогические технологии, используемые преподавателем:

В целях формирования общих и профессиональных компетенций при организации образовательного процесса будут использованы современные педагогические технологии: классно-урочные (традиционные), проектные, информационные, интерактивные технологии, технологии проблемного и развивающего обучения.

1.5. Рекомендуемое количество часов на освоение программы учебной дисциплины:

максимальной учебной нагрузки обучающегося - 105 часов, в том числе:

• обязательной аудиторной учебной нагрузки обучающегося - 70 часов,

• самостоятельная работа обучающегося - 35 часов.

КОНКРЕТИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

2. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

2.1. Объем учебной дисциплины и виды учебной работы

самостоятельная работа над курсовой работой (проектом) (если предусмотрено)

-подготовка докладов

-подготовка презентаций

-решение задач

-подготовка рефератов

0

16

4

10

5

Итоговая аттестация в форме экзамена

2.2. Тематический план и содержание учебной дисциплины

«Основы архитектуры, устройство и функционирование вычислительных систем»2

2

1.

Непозиционные и позиционные системы счисления. Системы счисления, используемые в ЭВМ. Свойства позиционных систем счисления. Перевод чисел из одной системы счисления в другую.

Тема 1.2. Системы счисления.

Содержание

2

1. Алгоритмы сложения и вычитания в различных системах счисления

Тема 1.3. Алгоритмы сложения и вычитания в различных системах счисления

Содержание

2

1. Выполнение операций над числами в естественной и нормальной формах

Самостоятельная работа по теме занятий

1. Решение задач на тему «Прямой код. Алгебраическое сложение/вычитание в прямом коде»

2. Решение задач на тему «Алгоритмы умножения и деления»

3. Подготовка презентации «История развития вычислительной техники»

6

Тема 1.4. Представление информации в ЭВМ

Содержание

2

1

1.

Виды информации и способы ее представления в ЭВМ

Классификация информационных единиц, обрабатываемых ЭВМ. Числовые и нечисловые типы данных и их виды. Кодирование символьной информации. Символьные коды: ASCII, UNICODE и др.

Самостоятельная работа по теме занятий

1. Решение задач на тему «Кодирование символьной информации»

2

Тема 2

Архитектура и принципы работы основных логических блоков вычислительных систем (ВС)

79

Тема 2.1. Логические основы ЭВМ, элементы и узлы

Содержание

2

2

1. Таблицы истинности. Схемные логические элементы ЭВМ: регистры, вентили, триггеры, полусумматоры и сумматоры. Таблицы истинности RS-, JK- и T-триггера.

Тема 2.2. Логические узлы ЭВМ и их классификация

Содержание

2

1. Сумматоры, дешифраторы, программируемые логические матрицы, их назначение и применение.

Тема 2.3. Практическая работа №1. Выполнение операций над числами в естественной и нормальной формах.

Содержание

2

1. Работа и особенности логических элементов ЭВМ.

Тема 2.4. Практическая работа №2. Программирование разветвляющегося процесса.

Содержание

2

1. Программирование разветвляющегося процесса.

Самостоятельная работа по теме занятий

1. Решение задач на тему «Реализация булевых функций»

2. Подготовить презентацию «Тактовые генераторы»

3. Решение задач на тему «Комбинационные и арифметические схемы»

6

Тема 2.5. Основы построения ЭВМ.

Внутренняя организация процессора

Содержание

2

2

1. Архитектура компьютера Понятие архитектуры и структуры компьютера. Принципы (архитектура) фон Неймана. Основные компоненты ЭВМ. Основные типы архитектур ЭВМ. Реализация принципов фон Неймана в ЭВМ.

Тема 2.6. Структура процессора

Содержание

2

1. Спецификация функциональных требований к ИС. Процессные потоковые модели. Основные элементы процессного подхода. Выделение и классификация процессов.

Тема 2.7. Практическая работа №3. Построение последовательности машинных операций для реализации простых вычислений

Содержание

2

1. Построение последовательности машинных операций для реализации простых вычислений

Тема 2.8. Практическая работа №4. Программирование циклов с переадресацией

Содержание

2

1. Программирование циклов с переадресацией

Самостоятельная работа по теме занятий

1. Реферат «Особенности Assembler для различных процессоров»

5

Тема 2.9. Организация работы памяти компьютера

Содержание

2

1,2

1. Основная память ЭВМ. Оперативное и постоянное запоминающие устройства: назначение и основные характеристики. Организация оперативной памяти. Адресное и ассоциативное ОЗУ: принцип работы и сравнительная характеристика.

Тема 2.10. Организация работы памяти компьютера. Иерархическая структура памяти

Содержание

2

1. Основная память ЭВМ. Оперативное и постоянное запоминающие устройства: назначение и основные характеристики. Организация оперативной памяти. Адресное и ассоциативное ОЗУ: принцип работы и сравнительная характеристика.

Тема 2.11. Организация работы памяти компьютера. Виды адресации

Содержание

2

1. Линейная, страничная, сегментная память. Стек. Плоская и многосегментная модель памяти.

Тема 2.12. Организация работы памяти компьютера. Кэш-память

Содержание

2

1. Кэш-память: назначение, структура, основные характеристики. Организация кэш-памяти: с прямым отображением, частично-ассоциативная и полностью ассоциативная кэш-память.

Тема 2.13. Организация работы памяти компьютера. Динамическая память

Содержание

2

1. Принцип работы. Обобщенная структурная схема памяти. Режимы работы: запись, хранение, считывание, режим регенерации. Модификации динамической оперативной памяти. Основные модули памяти. Наращивание емкости памяти.

Тема 2.14. Организация работы памяти компьютера. Статическая память

Содержание

2

1. Применение и принцип работы. Основные особенности. Разновидности статической памяти.

Тема 2.15. Организация работы памяти компьютера. Устройства специальной памяти

Содержание

2

1. Постоянная память (ПЗУ), перепрограммируемая постоянная память (флэш-память), видеопамять. Назначение, особенности, применение.

Тема 2.16. Организация работы памяти компьютера. Базовая система ввода/вывода (BIOS)

Содержание

2

1. Базовая система ввода/вывода (BIOS): назначение, функции, модификации.

Самостоятельная работа по теме занятий

Подготовить доклады:

1. Концепция многоуровневой памяти

2. СОЗУ с прямым доступом

3. СОЗУ с ассоциативным доступом

4. Виртуальная память. Алгоритмы замещения.

5. Виртуальная память. Сегментная организация памяти.

5

Тема 2.17. Интерфейсы. Понятие интерфейса. Классификация интерфейсов

Содержание

2

2

1. Понятие интерфейса. Классификация интерфейсов. 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.

Тема 2.18. Внутренние интерфейсы ПК

Содержание

2

1. 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.

Тема 2.19. Внешние интерфейсы компьютера

Содержание

2

1. Последовательные и параллельные порты. Последовательный порт стандарта RS-232: назначение, структура кадра данных, структура разъемов. Параллельный порт ПК: назначение и структура разъемов.

Тема 2.20. Интерфейсы USB, IEEE и интерфейс стандарта 802.11 (Wi-Fi)

Содержание

2

1. Назначение, характеристики и особенности внешних интерфейсов USB и IEEE 1394 (FireWire). Интерфейс стандарта 802.11 (Wi-Fi).

Тема 2.21. Практическая работа №5. Изучение архитектур закрытого и открытого типа.

Содержание

2

1. Внутренние интерфейсы системной платы

Тема 2.22. Практическая работа №6. Изучение архитектур закрытого и открытого типа.

Содержание

2

1. Внешние интерфейсы системной платы

Самостоятельная работа по теме занятий

Подготовить доклады:

1. RAID массивы

2. Назначение и структура внутреннего интерфейса

3. Особенности внешнего интерфейса

5

Тема 2.23. Режимы работы процессора, современные процессоры. Режимы работы процессора

Содержание

2

2

1. Характеристика реального режима процессора 8086. Адресация памяти реального режима

Тема 2.24. Основные понятия защищенного режима

Содержание

2

1. Адресация в защищенном режиме. Дескрипторы и таблицы. Системы привилегий. Защита.

Тема 2.25 Режимы работы процессора, современные процессоры. Переключение задач

Содержание

2

1. Страничное управление памятью. Виртуализация прерываний. Переключение между реальным и защищенным режимами.

Тема 2.26. Основные характеристики процессоров

Содержание

2

1. Идентификация процессоров. Совместимость процессоров. Типы сокетов.

Тема 2.27. Практическая работа №7. Изучение и установка процессора

Содержание

2

1. Идентификация и установка процессора

Самостоятельная работа по теме занятий

1. Подготовить доклады:

2. Внутренняя структура процессора

3. Командный и машинный циклы процессора

4. Реализация процессорных модулей и состав линий системного интерфейса

5. Параллелизм на уровне процессоров

6. Организация мультиядерных процессоров

6

Тема 3

Вычислительные системы

10

Тема 3.1 Организация вычислений в вычислительных системах

Содержание

2

1

1. Понятие ВС, назначение ВС. Многомашинная ВС, многопроцессорная ВС, архитектура с параллельными процессорами

Тема 3.2 Основные определения. Классы архитектур ВС

Содержание

2

1. Примеры ВС различных типов. Преимущества и недостатки различных типов вычислительных систем

Тема 3.3 Обобщенные представления об архитектуре вычислительных машин, систем, сетей.

Содержание

2

1. Обобщенные представления об архитектуре вычислительных машин, систем, сетей

Абстрактное представление об архитектурах ЭВМ, ВС и сетей. Требования к архитектурным компонентам ВС

Тема 3.4. Коммутаторы для многопроцессорных ВС

Содержание

2

1. Коммутаторы для многопроцессорных ВС

Простые коммутаторы, составные коммутаторы, распределенные составные коммутаторы

Тема 3.5. Кластерные и массивно-параллельные системы различных производителей

Содержание

2

1. Кластерные и массивно-параллельные системы различных производителей

Отечественные суперкомпьютеры, примеры кластерных решений IBM, HP, SGI и др.

Всего

105

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)

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

3. условия реализации УЧЕБНОЙ дисциплины

3.1. Требования к минимальному материально-техническому обеспечению

Реализация программы дисциплины требует наличия учебного кабинета архитектуры вычислительных систем.

Оборудование учебного кабинета:

- посадочные места (30);

- персональные компьютеры;

- корпуса системных блоков персональных компьютеров;

- блоки питания;

- системные платы;

- микропроцессоры;

- модули оперативной памяти;

- видеоадаптеры;

- звуковые карты;

- сетевые карты;

- накопители на жестких дисках;

Технические средства обучения:

• персональные компьютеры;

• проектор;

• экран;

• интерактивная доска.

.

3.2. Информационное обеспечение обучения

Перечень рекомендуемых учебных изданий, Интернет-ресурсов, дополнительной литературы

Основные источники:

1. Максимов Н.В., Партыка Т.Л., Попов И.И. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем: Учебник. - М.: ФОРУМ:ИНФРА-М, 2010.

2. Таненбаум Э. Архитектура компьютера. -5 изд-е. - СПб.: Питер, 2010.

3. В.Г. Баула, Архитектура ЭВМ и операционные среды : учебник для студ. учреждений высш. проф. образования / В.Г.Баула, А.Н.Томи- лин, Д. Ю. Волканов. - 2-е изд., стер. - М. : Издательский центр «Академия», 2012. - 336 c

4. Максимов Н.В., Партыка Т.Л., Попов И.И. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем: Учебник. - М.: ФОРУМ:ИНФРА-М, 2010.

Дополнительные источники:

1. Цилькер, Б. Организация ЭВМ и систем / Б.Я. Цилькер, С.А. Орлов. СПб.: Питер - 2007, 672 c.

2. Гергель, В. Теория и практика параллельных вычислений / В.П. Гергель. - Бином. Лаборатория знаний, 2007. - 424 с.

3. Таненбаум, Э. Архитектура компьютера/ Э. Таненбаум. - СПб.: Питер, 2007. - 848 с.

4. Хорошевский, В. Архитектура вычислительных систем / В.Г. Хорошевский. Москва: МГТУ им. Баумана, 2008. - 520 с.

5. Ларионов, А. Вычислительные комплексы, системы и сети / А. М. Ларионов, С. А.</</p>

3.3. Спецификация учебно-методического комплекса

4. Контроль и оценка результатов освоения УЧЕБНОЙ Дисциплины

Контроль и оценка результатов освоения учебной 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 работы

осуществлять поддержку функционирования информационных систем;

практические работы

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

Итоговая аттестация

Экзамен