Рабочая программа по дисциплине ОП.01 "Основы архитектуры,устройство и функционирование вычислительных систем"

Государственное бюджетное профессиональное

образовательное учреждение

«Колледж автоматизации

и информационных технологий № 20»

РАБОЧАЯ  ПРОГРАММА

учебной дисциплины_ОП 01. Основы архитектуры, устройство и функционирование вычислительных систем

код специальности/специальность__230401 Информационные системы

уровень подготовки: __базовая________

Москва

2014

ОДОБРЕНО	Программа учебной дисциплины разработана в соответствии с требованиями ФГОС по специальности 230401 Информационные системы и учебным планом
на заседании ПЦК «Библиотековедение», «ИС (по отраслям», «ОТЗИ» Протокол № _от «»______2014 г. Председатель _____________________________/Е.Е. Швец/

УТВЕРЖДАЮ

Руководитель учебного структурного подразделения «БТМ»

_____________________________/Т.И. Стеняева/

«_____» ________________________20__ г.

СОГЛАСОВАНО

Зав. учебно-методическим отделением

_____________________________/С.Е. Коваленко/

«_____» ________________________20__ г.

Разработчик (автор): ____Федоткина М.В., преподаватель ________________________________________________________

                                                                         Ф.И.О., должность, квалификационная категория

Рецензент:

Внешний: ______________________________________________

(Ф.И.О., место работы, должность, квалификационная категория (ученая степень, звание)

 

СОДЕРЖАНИЕ

	стр.
1.    ПАСПОРТ Рабочей ПРОГРАММЫ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ	4
2.    СТРУКТУРА и содержание УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ	4
3.    условияреализации учебнойдисциплины	11
4.    Контроль и оценка результатов Освоения учебной дисциплины	13

1. паспорт рабочей ПРОГРАММЫ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

«230401 Информационные системы»

1.1. Область применения рабочейпрограммы

Рабочая программа учебной дисциплины является частью основной профессиональной образовательной программы в соответствии с ФГОС по специальности СПО 230401 «Информационные системы (по отраслям)  (базовый уровень) укрупненной группы специальностей 230000 Информатика и вычислительная техника.

Рабочая программа учебной дисциплины может быть использованав дополнительном профессиональном образовании в качестве факультативного курса для укрупненных групп специальностей 230000 Информатика и вычислительная техника, а также на курсах повышения квалификации для взрослого безработного населения.

1.2. Место учебной дисциплины в структуре основной профессиональной образовательной программы:

Учебная дисциплина относится к общепрофессиональным дисциплинам - блок дисциплин общепрофессионального цикла.

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

Изучение дисциплины «Основы алгоритмизации и программирования» направлено на формирование общих компетенций (ОК 1-10) и ПК 1.1, ПК 1.2, ПК 1.9 согласно ФГОС по специальности 230401 Информационные системы (по отраслям):

ОК 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 команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями.

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

ОК 10. Исполнять воинскую обязанность, в том числе с применением полученных профессиональных знаний (для юношей).

ПК 1.1. Собирать данные для анализа использования и функционирования информационной системы, участвовать в составлении отчетной документации, принимать участие в разработке проектной документации на модификацию информационной системы.

ПК 1.2. Взаимодействовать со специалистами смежного профиля при разработке методов, средств и технологий применения объектов профессиональной деятельности.

ПК 1.9. Выполнять регламенты по обновлению, техническому сопровождению и восстановлению данных информационной системы, работать с технической документацией.

В результате освоения учебной дисциплины обучающийся должен

уметь:

¾             с помощью программных средств организовывать управление ресурсами вычислительных систем;

¾               осуществлять поддержку функционирования информационных систем;

знать:

¾             построение цифровых вычислительных систем и их архитектурные особенности;

¾             принципы работы основных логических блоков систем;

¾             классификацию вычислительных платформ и архитектур;

¾             параллелизм и конвейеризацию вычислений;

¾             основные конструктивные элементы средств вычислительной техники, функционирование, программно-аппаратная совместимость

1.4. Количество часов на освоение примерной программы учебной дисциплины:

максимальная учебная нагрузкаобучающихся  149часа, в том числе:

            обязательная аудиторная учебная нагрузка обучающихся 99 часов;

            самостоятельной работы обучающихся50 часов.

2. СТРУКТУРА И ПРИМЕРНОЕ СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

2.1. Объем учебной дисциплины и виды учебной работы

Вид учебной работы	Объем часов
Максимальная учебная нагрузка (всего)	149
Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего)	99
в том числе:
практические занятия	42
Самостоятельная работа обучающегося (всего)	50
в том числе:
Подготовка сообщений на темы: -  «Микросхемы с логическими элементами»; - «Основные особенности. Разновидности статической памяти»; - «Базовая система ввода/вывода (BIOS): назначение, функции, модификации»; Подготовка презентации на темы: - «История развития вычислительной техники»; -"История развития вычислительных средств» Подготовка доклада на темы: - «Стандарты кодирования информации»; - «Использование сумматоров в вычислительной технике»; - «Сравнительный анализ принципов работы CISC, RISC процессоров »; - «Виды интерфейсов процессора»; - «Интерфейс стандарта  (Wi-Fi)»; -  «Классификации процессоров»; - «Вычислительные системы SISD »; Подготовка реферата на тему: -  «Канальная архитектура ЭВМ»; -  «Страничная организация памяти»; -  «Особенности Assembler для различных процессоров»; - «Модели двуядерных процессоров Intel »; -  «Классификация ВС»; -  «Вычислительные системы MISD »;	5 5 24 16
Итоговая аттестация в форме                                                               экзамена

Прошу вас заявление на увольнение от  считать не действительным 

2.2. Тематический план и содержание учебной дисциплины

«Основы архитектуры, устройство и функционирование вычислительных систем»                                        

Наименование разделов и тем	Содержание учебного материала, практические занятия, самостоятельная работа		Объем часов	Уровень освоения
1	2		3	4
Введение	Содержание учебного материала		1
	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.		2
	Лабораторные работыне предусмотрено
	Практические занятияне предусмотрено
	Контрольные работы не предусмотрено
	Самостоятельная работа обучающихся Подготовка презентации : « История развития вычислительных средств».		1
Раздел 1. Представление информации в вычислительных системах			24
Тема 1.1. Арифметические основы ЭВМ	Содержание учебного материала		6
	2	Системы счисления. Непозиционные и позиционные системы счисления. Системы счисления, используемые в ЭВМ. Свойства позиционных систем счисления. Перевод чисел из одной системы счисления в другую.		2
	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.		4
	Лабораторные работыне предусмотрено
	Контрольные работы не предусмотрено
	Самостоятельная работа обучающихся 1.Подготовка презентации «История развития вычислительной техники» (начинать с отглагольного существительного)		5
Тема 1.2. Представление информации в ЭВМ	Содержание учебного материала		4
	5	Виды информации и способы ее представления в ЭВМ.		2
	6	Кодирование информации. Символьные коды: ASCII, UNICODE и др. Кодирование графической информации. Двоичное кодирование звуковой информации. Сжатие информации. Кодирование видеоинформации. Стандарт MPEG.
	Практические занятия 3.Кодирование информации		2
	Лабораторные работы не предусмотрено		-
	Контрольные работы не предусмотрено		-
	Самостоятельная работа обучающихся 2.Подготовка доклада на тему: «Стандарты кодирования информации»		3
Раздел 2. Архитектура и принципы работы основных логических блоков вычислительных  систем (вс)			106
Тема 2.1. Логические основы ЭВМ, элементы и узлы	Содержание учебного материала		4
	7	Базовые логические операции и схемы. Таблицы истинности. Схемные логические элементы ЭВМ: регистры, вентили, триггеры, полусумматоры  и  сумматоры.  Таблицы  истинностиRS-,  JK-  и T-триггера		2
	8	Логические узлы ЭВМ и их классификация. Сумматоры, дешифраторы, программируемые логические матрицы, их назначение и применение.
	Практические занятия		6
	4	Работа и особенности логических элементов ЭВМ.
	5	Работа логических узлов ЭВМ.
	Лабораторные работыне предусмотрено
	Контрольные работы не предусмотрено
	Самостоятельная работа обучающихся 3.Подготовить сообщение «Микросхемы с логическими элементами» 4.Подготовить доклад «Использование сумматоров в вычислительной технике»		5
Тема 2.2.  Основы построения  ЭВМ	Содержание учебного материала		4
	9	Понятие архитектуры  и структуры компьютера. Принципы (архитектура) фон Неймана.		2
	10	Основные компоненты ЭВМ. Основные типы архитектур ЭВМ.
	Лабораторные работыне предусмотрено
	Контрольные работы не предусмотрено
	Практическое занятие не предусмотрено
	Самостоятельная работа обучающихся 5.Подготовить реферат «Канальная архитектура ЭВМ» 6.Подготовить доклад «Сравнительный анализ принципов работы CISC, RISC процессоров »		2
Тема 2.3.  Внутренняя организация процессора	Содержание учебного материала		6
	11	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
	12	Арифметико-логическое устройство (АЛУ): назначение и классификация. Структура и функционирование АЛУ. Интерфейсная часть процессора: назначение, состав, функционирование. Организация работы и функционирование процессора.
	Практические занятия		4
	6	Построение последовательности машинных операций для реализации простых вычислений.
	Лабораторные работыне предусмотрено
	Контрольные работы не предусмотрено
	Самостоятельная работа обучающихся 7.Подготовить доклад «Виды интерфейсов процессора»		5
Тема 2.4.  Организация работы памяти компьютера	Содержание учебного материала		6
	13	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
	14	Кэш-память: назначение, структура, основные характеристики. Организация кэш-памяти: с прямым отображением, частично-ассоциативная и полностью ассоциативная кэш-память. 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.
	15	Устройства специальной памяти: постоянная память (ПЗУ), перепрограммируемая постоянная память (флэш-память),  видеопамять. Назначение, особенности, применение.
	Лабораторные работы не предусмотрено
	Контрольные работы не предусмотрено
	Практические занятия не предусмотрено
	Самостоятельная работа обучающихся 8. Подготовить сообщения на тему:«Основные особенности. Разновидности статической памяти». 9. Подготовить сообщения на тему: Базовая система ввода/вывода (BIOS): назначение, функции, модификации.		3
Тема 2.5 Интерфейсы	Содержание учебного материала		4
	16	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
	17	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		10
	7	Архитектура системной платы.
	8	Внутренние интерфейсы системной платы.
	9	Интерфейсы периферийных устройств IDE и SCSI.
	10	Параллельные и последовательные порты и их особенности работы.
	11	Последовательные порты и их особенности работы.
	Лабораторные работыне предусмотрено
	Контрольные работы
	Самостоятельная работа обучающихся 10.Подготовить доклад «Интерфейс стандарта  (Wi-Fi),( FireWire).»		7
Тема 2.6 Режимы работы процессора	Содержание учебного материала		4
	18	Режимы работы процессора. Характеристика реального режима процессора 8086. Адресация памяти реального режима.		2
	19	Основные понятия защищенного режима. Адресация в защищенном режиме. Дескрипторы и таблицы. Системы привилегий. Защита.
	20	Переключение задач. Страничное управление памятью. Виртуализация прерываний. Переключение между реальным и защищенным режимами.
	Лабораторные работыне предусмотрено		-
	Контрольные работы не предусмотрено		-
	Практическая работа не предусмотрено		-
	Самостоятельная работа обучающихся 11.Подготовить реферат «Страничная организация памяти»		2
Тема 2.7 Основы программирования процессора	Содержание учебного материала		4
	21	Основы программирования процессора. Выбор и дешифрация команд. Выбор данных из регистров общего назначения и микропроцессорной памяти. Обработка данных и их запись. Выработка управляющих сигналов.		2
	22	Основные команды процессора: арифметические и логические команды, команды перемещения, сдвига, сравнения, команды условных и безусловных переходов, команды ввода-вывода. Подпрограммы. Виды и обработка прерываний. Этапы компиляции исходного кода в машинные коды и способы отладки. Использование отладчиков.
	Лабораторные работыне предусмотрено
	Практические занятия		12
	12	Программирование арифметических и логических команд.
	13	Программирование переходов
	14	Программирование ввода-вывода.
	15	Программирование и отладка программ.
	Контрольные работы  не предусмотрено		8
	Самостоятельная работа обучающихся 12.Подготовить реферат «Особенности Assembler для различных процессоров»
Тема 2.8 Современные процессоры	Содержание учебного материала		4
	23	Основные характеристики процессоров. Идентификация процессоров. Совместимость процессоров. Типы сокетов.		2
	24	Обзор современных процессоров ведущих мировых производителей. Процессоры нетрадиционной архитектуры. Клеточные и ДНК-процессоры. Нейронные процессоры.
	Практические занятия		2
	16	Идентификация и установка процессора.
	Лабораторные работыне предусмотрено		-
	Контрольные работы не предусмотрено		-
	Самостоятельная работа обучающихся 13.Подготовить доклад «Классификации процессоров» 14.Подготовить реферат «Модели двуядерных процессоров Intel »		3
Раздел 3. Вычислительные системы			18
Тема 3.1.   Организация вычислений в вычислительных системах	Содержание учебного материала		6
	25	Назначение и  характеристики ВС. Организация вычислений в вычислительных системах. ЭВМ параллельного действия.		2
	31	Ассоциативные системы. Матричные системы.
	Практические занятия  не предусмотрено		-
	Лабораторные работыне предусмотрено		-
	контрольные работы не предусмотрено		-
	Самостоятельная работа обучающихся 15.Подготовить реферат «Классификация ВС»		3
Тема 3.2Классификация вычислительных систем	Содержание учебного материала		4
	26	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
	27	Классификация  многомашинных ВС: MPP, NDW и COW. Назначение, характеристики, особенности. Примеры ВС различных типов. Преимущества и недостатки различных типов вычислительных систем.
	Практические занятия		2
	17	Выбор вычислительной системы.
	Лабораторные работы не предусмотрено		-
	Контрольные работы не предусмотрено		-
	Самостоятельная работа обучающихся 16.Подготовить реферат «Вычислительные системы MISD » 17.Подготовить доклад «Вычислительные системы SISD »		3
Всего:			149

3. условия реализации УЧЕБНОЙ дисциплины

            3.1. Требования к минимальному материально-техническому обеспечению

         Реализация учебной дисциплины требует наличия учебного кабинета информатики, математики и информатики.

Оборудование учебного кабинета:

-          Перечень основного оборудования:

-        сетевой компьютерный класс с выходом в Интернет;

-        посадочные места по количеству обучающихся;

-        шкафы для методической литературы;

-       информационные стенды.

Технические средства обучения:

-       интерактивная доска— Interwrite;

-        проектор—Epson;

-        компьютерное рабочее место для преподавателя;

-        Принтер—HP Deskjet 1280;

-       Сканер—Epson perfection v200 PHOTO.

Описание оборудования на рабочем месте:

-    процессор типа Intel® Core™ i5-2400

-    процессор с тактовой частотой  3.10Ghz;

        -    ОЗУ 4,0 GB;

        -    HDD 2Tb;

        -    акустическая система –Genius ;

-        операционная система — Windows 7x 32;

-       антивируснаяпрограмма —Microsoft security Essentials ;

-       Программа архиватор—Winrar;

-        офисное ПО: текстовый процессор, табличный процессор, программа для создания мультимедийных презентаций—Microsoftoffice 2007;

-        система управления базами данных—Microsoftoffice 2007;

-        интегрированная среда разработки программного обеспечения—Microsoftoffice 2007;

-        система визуального проектирования—Microsoftoffice 2007.

3.2. Информационное обеспечение обучения

Перечень рекомендуемых учебных изданий, Интернет-ресурсов, дополнительной литературы

Основные источники:

1)    Бройдо В.Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: Учебник для вузов. – СПб.: Питер, 2011.

2)Воеводин В.В. Параллельные вычисления: Учебное пособие для вузов. – СПб.: БХВ-Петербург, 2013.

2)    Гук М. Процессоры Pentium III, Athlon и другие. – СПб.: Питер, 2009.

3)    Гук М. Шины PCI, USB и FireWire: Энциклопедия. – СПб.: Питер, 2012.

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

5)    Пятибратов А.П., Гудыно П.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. – М.: Финансы и статистика, 2009.

6)Таненбаум  Э.  Архитектура компьютера.  –4 изд-е. – СПб.: Питер, 2012.

Дополнительные источники:

1)    Гергель, В. Теория и практика параллельных вычислений / В.П. Гергель. - Бином. Лаборатория знаний, 2014. - 424 с.

2)    Ларионов, А. Вычислительные комплексы, системы и сети / А. М. Ларионов, С. А.

3)    Таненбаум, Э. Архитектура компьютера/ Э. Таненбаум. – СПб.: Питер, 2014. – 848 с.

4)    Хорошевский, В. Архитектура вычислительных систем / В.Г. Хорошевский. Москва: МГТУ им. Баумана, 2013. - 520 с.

5)    Цилькер, Б. Организация ЭВМ и систем / Б.Я. Цилькер, С.А. Орлов. СПб.: Питер - 20014, 672 c.

 

4. Контроль и оценка результатов освоения УЧЕБНОЙ Дисциплины

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;	- оценка результатов выполнения практических работ
- осуществлять поддержку функционирования информационных систем;	- оценка результатов выполнения практических работ;
Знания:
- построение цифровых вычислительных систем и их архитектурные особенности;	- устный опрос (фронтальный) опрос; - устный опрос (индивидуальный); - оценка выполнения внеаудиторной самостоятельной работы.
принципы работы основных логических блоков систем;	- устный опрос (фронтальный) опрос; - устный опрос (индивидуальный); - оценка выполнения внеаудиторной самостоятельной работы.
классификацию вычислительных платформ и архитектур;	- устный опрос (фронтальный) опрос; - устный опрос (индивидуальный); - оценка выполнения внеаудиторной самостоятельной работы.
параллелизм и конвейеризацию вычислений;	- тестирование; - устный опрос (фронтальный) опрос; - устный опрос (индивидуальный); - оценка выполнения внеаудиторной самостоятельной работы.
основные конструктивные элементы средств вычислительной техники, функционирование, программно-аппаратная совместимость.	- тестирование; - устный опрос (фронтальный) опрос; - устный опрос (индивидуальный); - оценка выполнения внеаудиторной самостоятельной работы.