Рабочая программа по учебной дисциплине "Архитектура КС" для специальности СПО 09.02.03

Министерство образования и науки Хабаровского края

Комсомольское-на-Амуре государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Комсомольский-на-Амуре колледж

технологий и сервиса»

рабочая ПРОГРАММа УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

ОП.02 АРХИТЕКТУРА КОМПЬЮТЕРНЫХ СИСТЕМ

для специальности 
09.02.03 Программирование в компьютерных системах

среднего профессионального образования

базовой подготовки

2016 г.

Программа учебной дисциплины «Архитектура компьютерных систем» разработана на основе Федерального государственного образовательного стандарта по специальности среднего профессионального образования 09.02.03 Программирование в компьютерных системах

Организация-разработчик: краевое государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Комсомольский-на-Амуре колледж технологий и сервиса»

Разработчики: Жбанова О.А., преподаватель КГБ ПОУ «Комсомольский-на-Амуре колледж технологий и сервиса»

Рецензенты:

 

 

Рабочая программа учебной дисциплины «Архитектура компьютерных систем» по специальности 09.02.03 Программирование в компьютерных системах согласована и утверждена на заседании кафедры «Естественно-научных и математических дисциплин»

Протокол № ____ от «____» ____________________20____г.

Заведующая кафедрой ______________Н.А.Павлова

СОДЕРЖАНИЕ

1. паспорт ПРОГРАММЫ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ... 4

2. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ... 6

3. условия реализации УЧЕБНОЙ дисциплины... 11

4. Контроль и оценка результатов освоения УЧЕБНОЙ Дисциплины... 13

1. паспорт ПРОГРАММЫ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ архитектура компютерных систем

1.1.Область применения программы

Программа учебной дисциплины «Архитектура компьютерных систем» является частью основной профессиональной образовательной программы по специальности 09.02.03 «Программирование в компьютерных системах» укрупненной группы 09.00.00 «Информатика и вычислительная техника».

Программа учебной дисциплины может быть использована в системе дополнительного профессионального образования для повышения квалификации и профессиональной подготовки специалистов в области программирования в компьютерных системах, а также при разработке программ:

- дополнительного профессионального образования;

- профессиональной подготовки, переподготовки специалистов в области программирования в компьютерных системах.

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

Учебная дисциплина относится к группе общепрофессиональных дисциплин профессионального цикла.

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

В результате изучения данной дисциплины студент должен уметь:

-           получать информацию о параметрах компьютерной системы;

-           подключать дополнительное оборудование и настраивать связь между элементами компьютерной системы;

-           производить инсталляцию и настройку программного обеспечения компьютерных систем.

В результате изучения данной дисциплины студент должен знать:

-                   базовые понятия и основные принципы построения архитектур вычислительных систем;

-                   типы вычислительных систем и их архитектурные особенности;

-                   организацию и принцип работы основных логических блоков компьютерных систем;

-                   процессы обработки информации на всех уровнях компьютерных архитектур;

-                   основные компоненты программного обеспечения компьютерных систем;

-                   основные принципы управления ресурсами и организации доступа к этим ресурсам

В результате изучения данной дисциплины студент должен владеть:

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 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 1.1 – Выполнять разработку спецификаций отдельных компонент;

ПК 1.2 – Осуществлять разработку кода программного продукта на основе готовых спецификаций на уровне модуля;

ПК 1.5 – Осуществлять оптимизацию программного кода модуля;

ПК 2.3 – Решать вопросы администрирования баз данных;

ПК 2.4 – Реализовывать методы и технологии защиты информации в базах данных;

ПК 3.1 – Анализировать проектную и техническую документацию на уровне взаимодействия компонент программного обеспечения;

ПК 3.2 – Выполнять интеграцию модулей в программную среду;

ПК 3.4 – Осуществлять оптимизацию программного кода модуля.

1.4. Рекомендуемое количество часов/зачетных единиц на освоение программы учебной дисциплины:

максимальной учебной нагрузки студента 144 часа, в том числе:

обязательной аудиторной учебной нагрузки обучающегося 96 часов;

самостоятельной работы обучающегося  48 часов.

2. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ АРХИТЕКТУРА КОМПЬЮТЕРНЫХ СИСТЕМ

2.1. Объем учебной дисциплины и виды учебной работы

Вид учебной работы	Объем часов
Максимальная учебная нагрузка (всего)	144
Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего)	96
в том числе:
практические занятия	46
Самостоятельная работа студента (всего)	48
в том числе:
в том числе:
схемы	4
доклад	6
конспект	6
реферат	18
таблица	10
составление программ	4
Итоговая аттестация в форме                                                            экзамен

2.2. Тематический план и содержание учебной дисциплины «Архитектура компьютерных систем»

Наименование разделов и тем	Содержание учебного материала, лабораторные  работы и практические занятия, самостоятельная работа обучающихся		Объем часов	Уровень освоения
1	2		3	4
Введение	Содержание учебного материала		2
	1	Предмет архитектуры вычислительных систем, ее задачи и место в подготовке специалистов.		2
	2	Краткий исторический обзор развития ЭВМ.		2
Раздел 1. Представление информации в вычислительных системах			24
Тема 1.1. Арифметические основы ЭВМ	Содержание учебного материала		4
	1	Перевод чисел из одной системы счисления в другую.		2
	2	Представление чисел в ЭВМ.		2
	3	Прямой, обратный и дополнительные коды.		3
	4	Операции с числами в прямом двоичном, восьмеричном и шестнадцатеричном кодах.		3
	Практические занятия		8
	№1,2. Перевод чисел из одной системы счисления в другую.
	№3,4. Выполнение операций над числами в естественной и нормальной формах.
	Контрольная работа №1.		2	3
Тема 1.2. Представление информации в ЭВМ	Содержание учебного материала		4
	1	Представление информации в ЭВМ. Виды информации и способы ее представления в ЭВМ. Классификация информационных единиц, обрабатываемых ЭВМ		2
	2	Кодирование символьной информации. Кодирование графической информации. Двоичное кодирование звуковой информации. Сжатие информации. Кодирование видеоинформации. Стандарт MPEG.		2
	Самостоятельная работа обучающегося: написание доклада по теме: «Выполнение простейших арифметических операций в машинных кодах»		6
Раздел 2. Архитектура и принципы работы основных логических блоков компьютерных систем			98
Тема 2.1.  Логические основы ЭВМ, элементы и узлы	Содержание учебного материала		4
	1	Базовые логические операции и схемы. Таблицы истинности. Схемные логические элементы ЭВМ: регистры, вентили, триггеры. Таблицы истинности RS-, JK- и Т-триггера.		3
	2	Логические узлы ЭВМ и их классификация. Сумматоры, дешиф­раторы, программируемые логические матрицы, их назначение и применение.		3
	Практические занятия		8
	№5,6. Работа и особенности логических элементов ЭВМ.
	№7,8. Работа логических узлов ЭВМ.
	Самостоятельная работа: составить конспект по теме: «Логические узды современных ЭВМ»		6
Тема 2.2. Основы построения ЭВМ	Содержание учебного материала		2
	1	Понятие архитектуры и структуры компьютера.		2
	2	Принципы (архитектура) фон Неймана.		2
	3	Основные компоненты ЭВМ.		2
	4	Основные типы архитектур ЭВМ.		2
Тема 2.3. Внутренняя организация процессора	Содержание учебного материала		4
	1	Устройство управления: назначение и упрощенная функциональная схема. Регистры процессора: сущность, назначение, типы. Регистры общего назначения, регистр команд, счетчик команд, регистр флагов		2
	2	Структура команды процессора. Цикл выполнения команды. Классификация команд. Системы команд и классы процессоров. Арифметико-логическое устройство (АЛУ): назначение и классификация. Интерфейсная часть процессора: назначение, состав, функционирование.		3
	Практические занятия		4
	№9,10. Построение последовательности машинных операций для реализации простых вычислений.
	Самостоятельная работа: составить таблицу по теме «Система команд процессора Intel8086»		6
Тема 2.4. Организация работы памяти компьютера	Содержание учебного материала		6
	1	Иерархическая структура памяти. Основная память ЭВМ. Оперативное и постоянное запоминающие устройства: назначение и основные характеристики. Организация оперативной памяти. Виды адресации. Линейная, страничная, сегментная память. Стек. Кэш-память: назначение, структура, основные характеристики.		2
	2	Динамическая память. Принцип работы. Режимы работы: запись, хранение, считывание, режим регенерации. Основные модули памяти. Наращивание емкости памяти.		2
	3	Статическая память. Применение и принцип работы. Основные особенности. Устройства специальной памяти: постоянная память (ПЗУ), перепрограммируемая постоянная память (флэш-память), видеопамять. Базовая система ввода/вывода (BIOS): назначение, функции, модификации.		2
	Самостоятельная работа: написание рефератов на одну из заданных тем: «Методы коррекции ошибок в оперативной памяти», «Современные методы повышения быстродействия ОЗУ», «Современные методы организации оперативной памяти».		8
Тема 2.5. Интерфейсы	Содержание учебного материала		6
	1	Понятие интерфейса. Классификация интерфейсов. Организация взаимодействия ПК с периферийными устройствами. Чипсет: назначение и схема функционирования. Системная плата: архитектура и основные разъемы.		2
	2	Внутренние интерфейсы ПК: шины PCI, AGP и их характеристики. Интерфейсы периферийных устройств IDE и SCSI. Современная модификация и характеристики интерфейсов IDЕ/АТА и SCSI.		3
	3	Внешние интерфейсы компьютера. Последовательные и параллельные порты. Последовательный порт стандарта RS-232. Параллельный порт ПК. Назначение, характеристики и особенности внешних интерфейсов USB и IEEE 1394 (FireWire). Интерфейс стандарта 802.11 (Wi-Fi).		3
	Практические занятия		4
	№11. Внутренние интерфейсы системной платы.
	№12. Интерфейсы периферийных устройств ЕIDE и SCSI.
	Самостоятельная работа: зарисовать усредненную схему современной материнской платы с указанием основных внутренних интерфейсов и компонентов		4
Тема 2.6. Режимы работы процессора	Содержание учебного материала		4
	1	Режимы работы процессора. Характеристика реального режима процессора 8086. Адресация памяти реального режима.		2
	2	Основные понятия защищенного режима. Адресация в защищенном режиме. Переключение задач. Страничное управление памятью.		2
Тема 2.7. Основы программирования процессора		Содержание учебного материала	6
	1	Основы программирования процессора. Выбор и дешифрация команд. Выбор данных из регистров общего назначения и микропроцессорной памяти. Обработка данных и их запись.		2
	2	Основные команды процессора: арифметические и логические команды.		3
	3	Команды перемещения, сдвига, сравнения, команды условных и безусловных переходов, команды ввода-вывода. Этапы компиляции исходного кода в машинные коды и способы отладки. Использование отладчиков.		3
	Практические занятия		16
	№13,14. Программирование арифметических и логических команд.
	№15,16. Программирование переходов.
	№17,18. Программирование ввода-вывода.
	№19,20. Программирование и отладка программ
	Самостоятельная работа: придумать задачу и составить в соответствии с ней программу для процессора Intel8086 с условными переходами и циклами		4
Тема 2.8. Современные процессоры	Содержание учебного материала		2
	1	Основные характеристики процессоров. Идентификация процессоров. Совместимость процессоров. Типы сокетов. Обзор современных процессоров ведущих мировых производителей.		2
	Практические занятия		2
	№21. Идентификация и установка процессора
	Самостоятельная работа: составить таблицу современных процессоров ведущих мировых производителей с указанием основных характеристик		4
Раздел 3. Компьютерные системы			20
Тема 3.1. Организация вычислений в компьютерных системах	Содержание учебного материала		2
	1	Назначение и характеристики ВС. Организация вычислений в вычислительных системах. ЭВМ параллельного действия, понятия потока команд и потока данных. Ассоциативные системы. Матричные системы. Конвейеризация вычислений. Конвейер команд, конвейер данных. Суперскаляризация.		2
Тема 3.2 Классификация компьютерных систем	Содержание учебного материала		4
	1	Классификация КС в зависимости от числа потоков команд и данных: ОКОД (SISD), ОКМД (SIMD), МКОД (MISD), МКМД (MIMD). Классификация многопроцессорных КС. Сравнительные характеристики, аппаратные и программные особенности.		2
	2	Классификация многомашинных КС. Назначение, характеристики, особенности. Примеры КС различных типов. Преимущества и недостатки различных типов компьютерных систем.		2
	Практические занятия		4
	№22,23. Выбор вычислительной системы.
	Самостоятельная работа: написание рефератов на одну из заданных тем: «Перспективы развития многопроцессорных систем», «Перспективы развития многомашинных комплексов», «Системы распределенной обработки данных. Перспективы развития.»		10
Всего:			144

3. условия реализации УЧЕБНОЙ дисциплины АРХИТЕКТУРА КОМПЬЮРНЫХ СИСТЕМ

3.1. Требования к минимальному материально-техническому обеспечению

Реализация профессионального модуля предполагает наличие учебной лаборатории «Информационно-коммуникационных систем» и полигона вычислительной техники.

Оборудование лаборатории и рабочих мест лаборатории:

- персональных компьютеры;

 - оборудование для ЛВС;

- проектор;

- CD – DVD медиатека;

- доступ к сети Интернет;

- колонки;

- комплект методических указаний для выполнения лабораторных и практических работ;

Минимальные требования к ПК: Celeron (Sempron), оперативная память 1024 Мb, жесткий диск 140 Gb.

Программные средства обучения:

- мультимедийные презентации, плакаты, рисунки;

- Интернет-браузеры;

- операционная система семейства Windows;

- виртуальная машина WMWareWorkstation;

- пакет прикладных программ Microsoft Office;

- программа-эмулятор процессора 8086 «EMU8086»

- электронный учебный методический комплекс дисциплины.

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, 2005.

2.     Бройдо В.Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: Учебник для вузов. - СПб.: Питер, 2002.

3.     Пятибратов А.П., Гудыно П.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. - М.: Финансы и статистика, 2003.    

4.     Таненбаум Э. Архитектура компьютера. - 4 изд-е. - СПб.: Питер, 2002.

5.     Воеводин В.В. Параллельные вычисления: Учебное пособие для вузов. - СПб.: БХВ-Петербург, 2002.

6.     Гук М. Процессоры Pentium III, Athlon и другие. - СПб.: Питер, 2000.

7.     Гук М. Шины PCI, USB и Fire Wire: Энциклопедия. - СПб.: Питер, 2005.

8.     Joseph D., Dumas II. Computer Architecture: Fundamentals and Principles of Computer Design. - CRC Press, 2011. 

9.     David A. Patterson, John L. Hennessy. Computer Architecture: A Quantitative Approach, 5th Edition. - Morgan Kaufmann, 2011. 

10. Дэвид Харрис, Сара Харрис. Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, 2-е издание, перевод командой компаний и университетов России, Украины, США и Великобритании. - Morgan Kaufman, 2013

11. Таненбаум Э., Остин Т. Архитектура компьютера. 6-е изд. - СПб.: Питер, 2014

Дополнительные источники:

1.     Айден К., Колесниченко О., Крамер М., Фибельман Х., Шишигин И. Аппаратные средства РС. ; 3-е издание. – СПб.: BHV-Санкт-Петербург, 2003

2. Богуславский Л.Б., Дрожжинов В.М. Основы построения вычислительных систем для автоматизированных систем.

4. Контроль и оценка результатов освоения УЧЕБНОЙ Дисциплины АРХИТЕКТУРА КОМПЬЮТЕРНЫХ СИСТЕМ

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: - получать информацию о параметрах компьютерной системы - подключать дополнительное оборудование и настраивать связь между элементами компьютерной системы - производить инсталляцию и настройку программного обеспечения компьютерных систем Знания: - базовые понятия и основные принципы построения архитектур вычислительных систем; - типы вычислительных систем и их архитектурные особенности; - организацию и принцип работы основных логических блоков компьютерных систем; - процессы обработки информации на всех уровнях компьютерных архитектур; - основные компоненты программного обеспечения компьютерных систем; - основные принципы управления ресурсами и организации доступа к этим ресурсам

Формы контроля обучения: - отчеты по практическим работам, - домашние задания по написанию рефератов, сообщений, докладов, составлению схем и таблиц, - домашние задания творческого характера Формы оценки результативности обучения: - традиционная система отметок в баллах за каждую выполненную работу, на основе которых выставляется итоговая отметка Методы контроля направлены на проверку умений обучающихся: - выполнять условия заданий на творческом уровне с представлением собственной позиции - делать осознанный выбор способов действий - осуществлять коррекцию (исправление) ошибок - работать в команде Мониторинг оценки результатов обучения: - формирование результата итоговой аттестации по дисциплине на основе суммы результатов текущего контроля

Краткое описание документа:

Программа учебной дисциплины «Архитектура компьютерных систем» разработана на основе Федерального государственного образовательного стандарта по специальности среднего профессионального образования 09.02.03 Программирование в компьютерных системах.

Программа учебной дисциплины «Архитектура компьютерных систем» является частью основной профессиональной образовательной программы по специальности 09.02.03 «Программирование в компьютерных системах» укрупненной группы 09.00.00 «Информатика и вычислительная техника».

Программа учебной дисциплины может быть использована в системе дополнительного профессионального образования для повышения квалификации и профессиональной подготовки специалистов в области программирования в компьютерных системах, а также при разработке программ:

- дополнительного профессионального образования;

- профессиональной подготовки, переподготовки специалистов в области программирования в компьютерных системах.