РАБОЧАЯ ПРОГРАММА учебной дисциплине ОП.01 Основы архитектуры, устройство и функционирование вычислительных систем

Министерство образования, науки и молодежной политики Краснодарского края

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

Краснодарского края «Усть-Лабинский социально-педагогический колледж»

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

учебной дисциплине ОП.01 Основы архитектуры, устройство и функционирование вычислительных систем

для специальности   09.02.04 Информационные системы (по отраслям)

2017

ОДОБРЕНА на заседании УМО преподавателей математических дисциплин и специальности Информационные системы Протокол от «__»________ 20__ г.№__ Председатель УМО ______________________ Л.Н. Галенко	УТВЕРЖДЕНА Директор __________________ «____»_______________20___г. ____________А.А. Филоновский

РАССМОТРЕНА

на заседании педагогического совета

Протокол от «__»_______20__г.№__

Рабочая программа разработана на основе Федерального государственного образовательного стандарта (далее - ФГОС)  по специальности среднего профессионального образования (далее - СПО) 09.02.04 Информационные системы (по отраслям) - Приказ Минобрнауки России от 14.05.2014 года № 525 «Об утверждении федерального государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования по специальности 09.02.04 Информационные системы (по отраслям)» (зарегистрировано в Минюсте России 03.07.2014 года № 32962)

Организация-разработчик: государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Краснодарского края «Усть-Лабинский социально-педагогический колледж»

Разработчик:

Граков Дмитрий Витальевич, преподаватель ГБПОУ КК УСПК

Рецензенты:

Жежелев Ю.А., преподавать ГБПОУ КК УСПК

Бельченко В.Е., заведующий кафедрой информатики и информационных технологий обучения, кандидат технических наук ФГБОУ ВО АГПУ

СОДЕРЖАНИЕ

ПАСПОРТ РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ	4
СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ	5
УСЛОВИЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ	12
КОНТРОЛЬ И ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОСВОЕНИЯ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ	14

1. паспорт рабочей ПРОГРАММЫ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

ОП.01 Основы архитектуры, устройство и функционирование вычислительных систем

1.1. Область применения программы

Рабочая программа учебной дисциплины является частью основной профессиональной образовательной программы в соответствии с ФГОС по специальности СПО 09.02.04 Информационные системы (по отраслям), укрупненная группа 09.00.00 Информатика и вычислительная техника

Рабочая программа учебной дисциплины может быть использована в дополнительном профессиональном образовании (в программах повышения квалификации и переподготовки) и профессиональной подготовке по профессиям рабочих, должностей служащих: 16199 Оператор электронно-вычислительных и вычислительных машин.

1.2. Место дисциплины в структуре основной профессиональной образовательной программы: дисциплина входит в профессиональный цикл.

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

В результате освоения учебной дисциплины обучающийся должен обладать общими и профессиональными компетенциями, включающие в себя способность:

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.

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:

-     с помощью программных средств организовывать управление ресурсами вычислительных систем;

-     осуществлять поддержку функционирования информационных систем;

-     устанавливать и настраивать устройства беспроводной сети, коммутаторы, маршрутизаторы и средства защиты информации;

-     осуществлять поиск и устранение неисправностей в работе информационных систем и сетей.

В результате освоения учебной дисциплины обучающийся должен знать:

-     построение цифровых вычислительных систем и их архитектурные особенности;

-     принципы работы основных логических блоков систем;

-     классификацию вычислительных платформ и архитектур;

-     параллелизм и конвейеризацию вычислений;

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

1.4. Количество часов на освоение программы дисциплины:

максимальной учебной нагрузки обучающегося 111 часов, в том числе:

обязательной аудиторной учебной нагрузки обучающегося 74 часа;

самостоятельной работы обучающегося 37 часов.

2. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

2.1. Объем учебной дисциплины и виды учебной работы

Вид учебной работы	Объем часов
Максимальная учебная нагрузка (всего)	111
Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего)	74
в том числе:
лабораторные занятия	-
практические занятия	38
контрольные работы	-
Самостоятельная работа обучающегося (всего)	37
в том числе:
внеаудиторная самостоятельная работа	37
индивидуальное проектное задание	-
Итоговая аттестация в форме экзамена

2.2. Тематический план и содержание учебной дисциплины

ОП.01 Основы архитектуры, устройство и функционирование вычислительных систем

Наименование разделов и тем	Содержание учебного материала, лабораторные и практические работы, самостоятельная работа студентов		Объем часов	Уровень освоения
Введение	Содержание учебного материала		2
	1	Роль и место знаний по дисциплине в сфере профессиональной деятельности	1	2, 3
	2	История развития вычислительных средств. Классификация ЭВМ по различным признакам	1	2, 3
	Самостоятельная работа		1
	1	Подготовка сообщения «История развития ВС»	1
Раздел 1. Представление информации в вычислительных системах			11,5
Тема 1.1. Арифметические основы ЭВМ	Содержание учебного материала		3
	1	Системы счисления. Непозиционные и позиционные системы счисления. Системы счисления, используемые в ЭВМ	1	2, 3
	2	Алгебраическое представление двоичных чисел: прямой, обратный и дополнительные коды	1	2, 3
	3	Форматы хранения чисел в ЭВМ	1	2, 3
	Практические занятия		2
	1	Перевод чисел из одной системы счисления в другую	1
	2	Выполнение операций над числами в естественной и нормальной формах	1
	Самостоятельная работа		2
	1	Работа с учебным материалом	1
	2	Подготовка сообщения «Системы счисления в ЭВМ»	1
Тема 1.2. Представление информации в ЭВМ	Содержание учебного материала		1
	1	Виды информации и способы ее представления в ЭВМ	1	2, 3
	Практические занятия		2
	1	Кодирование информации	1
	2	Декодирование информации	1
	Самостоятельная работа		1,5
	1	Составление таблицы «Стандарты кодирования информации»	1
	2	Выполнение упражнений по образцу	0,5
Раздел 2.  Архитектура и принципы работы основных логических блоков вычислительных систем			81,5
Тема 2.1. Логические основы ЭВМ, элементы и узлы	Содержание учебного материала		2
	1	Базовые логические операции и схемы. Таблицы истинности	1	2, 3
	2	Схемные логические элементы ЭВМ: регистры, вентили, триггеры, полусумматоры и сумматоры	1	2, 3
	Практические занятия		6
	1	Работа и особенности логических элементов ЭВМ: триггер, регистр, счетчик	1
	2	Работа и особенности логических элементов ЭВМ: дешифратор, шифратор, преобразователь кодов	1
	3	Работа и особенности логических элементов ЭВМ: мультиплексор, демультиплексор, сумматор	1
	4	Работа логических узлов ЭВМ. Логическое сложение	1
	5	Работа логических узлов ЭВМ. Логическое умножение	1
	6	Работа логических узлов ЭВМ. Поразрядное сложение	1
	Самостоятельная работа		5,5
	1	Работа с учебным материалом	1
	2	Работа с конспектом лекции	1
	3	Построение таблиц истинности логических элементов ЭВМ	0,5
	4	Выполнение вариативных упражнений	1
	5	Выполнение упражнений по образцу – выполнение логического умножения	1
	6	Составление списка достоинств и недостатков	1
Тема 2.2. Основы построения ЭВМ	Содержание учебного материала		4
	1	Архитектура и структура компьютера	1	2, 3
	2	Принципы (архитектура) фон Неймана	1	2, 3
	3	Основные компоненты ЭВМ	1	2, 3
	4	Основные типы архитектур ЭВМ	1	2, 3
	Самостоятельная работа		2
	1	Работа с учебным материалом	1
	2	Построение схемы «Архитектура ПК»	1
Тема 2.3. Внутренняя организация процессора	Содержание учебного материала: Практические занятия		6
	1	Реализация принципов фон Неймана в ЭВМ	1
	2	Структура процессора. Регистры процессора: сущность, назначение, типы	1
	3	Построение последовательности машинных операций для реализации простых вычислений	1
	4	Структуризация команд процессора	1
	5	Циклы выполнения команд	1
	6	Системы команд и классы процессоров: СISC, RISC, MISC, VLIM	1
	Самостоятельная работа		3,5
	1	Работа с учебным материалом	1
	2	Составление плана и тезисов ответа	1
	3	Выполнение вариативных упражнений	1
	4	Выполнение упражнений по образцу	0,5
Тема 2.4. Организация работы памяти компьютера	Содержание учебного материала		4
	1	Иерархическая структура памяти. Оперативное и постоянное запоминающие устройства: назначение и основные характеристики	1	2, 3
	2	Кэш-память: назначение, структура, основные характеристики	1	2, 3
	3	Динамическая память. Принцип работы	1	2, 3
	4	Устройства специальной памяти: постоянная память	1	2, 3
	Самостоятельная работа		3
	1	Работа с учебным материалом	1
	2	Работа с конспектом лекции	1
	3	Заполнение таблицы «Назначение и характеристика Кэш-памяти»	0,5
	4	Составление списка достоинств и недостатков	0,5
Тема 2.5. Интерфейсы	Содержание учебного материала		6
	1	Понятие интерфейса	1	2, 3
	2	Системная шина и ее параметры	1	2, 3
	3	Системная плата: основные разъемы	1	2, 3
	4	Параллельные порты	1	2, 3
	5	Последовательные порты	1	2, 3
	6	Общая структура ПК с подсоединенными периферийными устройствами	1	2, 3
	Практические занятия		5
	1	Архитектура системной платы	1
	2	Внутренние интерфейсы системной платы	1
	3	Организация взаимодействия ПК с периферийными устройствами	1
	4	Интерфейсы периферийных устройств IDE	1
	5	Интерфейсы периферийных устройств SCSI	1
	Самостоятельная работа		4,5
	1	Работа с учебным материалом	1,5
	2	Работа с конспектом лекции	1
	3	Построение схем «Архитектура системной платы», «Общая структура ПК»	1,5
	4	Выполнение вариативных упражнений	0,5
Тема 2.6. Режимы работы процессора	Содержание учебного материала		2
	1	Режимы работы процессора. Адресация памяти реального режима	1	2, 3
	2	Страничное управление памятью	1	2, 3
	Практические занятия		1
	1	Адресация в защищенном режиме. Дескрипторы и таблицы. Системы привилегий. Защита	1
	Самостоятельная работа		1,5
	1	Работа с учебным материалом	1
	2	Выполнение упражнений по образцу	0,5
Тема 2.7. Основы программирования процессора	Содержание учебного материала		6
	1	Основы программирования микропроцессора	1	2, 3
	2	Выбор и дешифрация команд. Выбор данных из регистров общего назначения и микропроцессорной памяти. Обработка данных	1	2, 3
	3	Основные команды процессора	1	2, 3
	4	Подпрограммы	1	2, 3
	5	Виды и обработка прерываний. Этапы компиляции исходного кода в машинные коды и способы отладки	1	2, 3
	6	Использование отладчиков	1	2, 3
	Практические занятия		6
	1	Программирование арифметических и логических команд	1
	2	Программирование переходов	1
	3	Создание управляющих сигналов	1
	4	Программирование ввода-вывода	1
	5	Программирование переменных	1
	6	Программирование и отладка программ	1
	Самостоятельная работа		4
	1	Работа с конспектом лекции	2
	2	Выполнение упражнений по образцу	1
	3	Выполнение вариативных упражнений	1
Тема 2.8. Современные процессоры	Содержание учебного материала		1
	1	Идентификация процессоров. Совместимость процессоров. Типы сокетов	1	2, 3
	Практические занятия		5
	1	Обзор современных архитектур процессоров ведущих мировых производителей	1
	2	Выявление зависимостей архитектуры процессора	1
	3	Идентификация и установка процессора	1
	4	Настройка работы процессора в OC Windows	1
	5	Оптимизация частот и вольтажа процессора в BIOS’e	1
	Самостоятельная работа		3,5
	1	Работа с учебным материалом	1
	2	Составление таблицы «Современные процессоры»	1
	3	Выполнение упражнений по образцу	1
	4	Выполнение вариативных упражнений	0,5
Раздел 3. Вычислительные системы			15
Тема 3.1. Организация вычислений в вычислительных системах	Содержание учебного материала		2
	1	Назначение и характеристики ВС. Организация вычислений в вычислительных системах	1	2, 3
	2	ЭВМ параллельного действия, понятия потока команд и потока данных	1	2, 3
	Практические занятия		2
	1	Ассоциативные системы. Матричные системы	1
	2	Конвейеризация вычислений. Конвейер команд, конвейер данных. Суперскаляризация	1
	Самостоятельная работа		1,5
	1	Работа с конспектом лекции	0,5
	2	Составление таблицы «Назначение и  характеристики ВС»	1
Тема 3.2. Классификация вычислительных систем	Содержание учебного материала		3
	1	Классификация ВС в зависимости от числа потоков команд и данных: ОКОД (SISD), ОКМД (SIMD), МКОД (MISD), МКМД (MIMD)	1	2, 3
	2	Классификация многопроцессорных ВС с разными способами реализации памяти совместного использования: UMA, NUMA, COMA. Сравнительные характеристики, аппаратные и программные особенности	1	2, 3
	3	Классификация многомашинных ВС: MPP, NDW и COW	1	2, 3
	Практические занятия		3
	1	Примеры ВС различных типов. Преимущества и недостатки различных типов вычислительных систем	1
	2	Выбор вычислительной системы	1
	3	Сравнение характеристик, аппаратные и программные особенности	1
	Самостоятельная работа		3,5
	1	Работа с учебным материалом	1
	2	Построение схемы «Классификация ВС»	1
	3	Выполнение упражнений по образцу	0,5
	4	Выполнение вариативных упражнений	1
ИТОГО			111

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 ПРОГРАММЫ ДИСЦИПЛИНЫ

3.1. Требования к материально-техническому обеспечению

Реализация программы дисциплины требует наличия учебного кабинета с ПК.

Оборудование учебного кабинета:

- 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 учебных изданий, Интернет-ресурсов, дополнительной литературы

Основные источники:

1)       Антоненко Т.В. Основы архитектуры, устройство и функционирование вычислительных систем. М.: Издательский центр «Академия», 2015.

2)       Сенкевич А.В. Архитектура ЭВМ и вычислительные системы. М.: Издательский центр «Академия», 2015.

Дополнительные источники:

1)       Гергель В.П. Теория и практика параллельных вычислений / В.П. Гергель. - Бином. Лаборатория знаний, 2012.

2)       Таненбаум Э. Архитектура компьютера/ Э. Таненбаум. – СПб.: Питер, 2011.

3)       Хорошевский В.Г. Архитектура вычислительных систем / В.Г. Хорошевский. Москва: МГТУ им. Баумана, 2012.

4)       Цилькер Б.Я. Организация ЭВМ и систем / Б.Я. Цилькер, С.А. Орлов. СПб.: Питер – 2011.

КОНТРОЛЬ И ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Контроль и оценка результатов освоения дисциплины осуществляется преподавателем в процессе проведения практических занятий, тестирования, выполнения контрольных работ, а также выполнения обучающимися заданий, 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 занятия
осуществлять поддержку функционирования информационных систем;	практические занятия
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

РЕЦЕНЗИЯ

на рабочую программу по учебной дисциплине ОП.01 Основы архитектуры, устройство и функционирование вычислительных систем

по специальности 09.02.04 Информационные системы (по отраслям)

выполненную преподавателем Граковым Дмитрием Витальевичем

Рабочая программа дисциплины ОП.01 Основы архитектуры, устройство и функционирование вычислительных систем разработана в соответствии с ФГОС среднего профессионального образования по специальности 09.02.04 Информационные системы (по отраслям).

Объем часов максимальной, аудиторной и самостоятельной учебной нагрузки соответствует рабочему учебному плану по специальности 09.02.04 Информационные системы (по отраслям), реализуемому в ГБПОУ КК УСПК.

Рабочая программа содержит паспорт, содержание учебной дисциплины, условия реализации учебной дисциплины, требования к контролю и оценке результатов освоения учебной дисциплины.

Основу   данной рабочей программы составляет содержание, согласованное с требованиями федерального государственного стандарта среднего профессионального образования.

В паспорте сформулированы цели, на которые ориентирована рабочая программа ОП.01 Основы архитектуры, устройство и функционирование вычислительных систем. Данные цели актуальны в процессе подготовки квалифицированных специалистов области вычислительных систем.

В рабочей программе определена форма итогового контроля по дисциплине – экзамен, что соответствует рабочему учебному плану по специальности 09.02.04 Информационные системы (по отраслям), реализуемому в ГБПОУ КК УСПК.

Данную программу рекомендуется использовать в качестве рабочей для изучения дисциплины ОП.01 Основы архитектуры, устройство и функционирование вычислительных систем, ГБПОУ КК УСПК по специальности 09.02.04 Информационные системы (по отраслям).

Рецензент: 

Жежелев Ю.А., преподаватель ГБПОУ КК УСПК                                  ___________

РЕЦЕНЗИЯ

на рабочую программу по учебной дисциплине ОП.01 Основы архитектуры, устройство и функционирование вычислительных систем

по специальности 09.02.04 Информационные системы (по отраслям)

выполненную преподавателем Граковым Дмитрием Витальевичем

Рабочая программа, подготовленная преподавателем Граковым Д.В., предназначена для студентов, обучающихся в профессиональных образовательных организациях по специальности 09.02.04 Информационные системы (по отраслям), и рассчитана на 111 часов.

Содержание рабочей программы соответствует поставленным целям, современному уровню и тенденциям развития науки и производства.

Целью изучения дисциплины является ознакомление студентов с понятием информации, с арифметическими основами компьютера, а также с архитектурой и принципами работы основных логических блоков вычислительных систем.

Задачами курса являются:

- ознакомить с построением цифровых вычислительных систем и их архитектурными особенности;

- дать представление о принципе работы основных логических блоков систем;

- дать необходимые знания о классификации вычислительных платформ и архитектур.

Сформулированные в рабочей программе цели соответствуют современному уровню и тенденциям развития науки, а задачи решаются в процессе изучения при условии успешно организованного учебного процесса. Содержание тем подобрано оптимально, цели в рабочей программе достигнуты. Программа позволяет реализовать при обучении основную цель курса и обеспечить достаточный уровень компетентности будущих специалистов в области знаний об архитектуре ЭВМ. Рабочая программа по дисциплине ОП.01 Основы архитектуры, устройство и функционирование вычислительных систем преподавателя может быть рекомендована для использования в учебном процессе.

Рецензент:

Бельченко В.Е., заведующий кафедрой информатики и информационных технологий обучения, кандидат технических наук ФГБОУ ВО АГПУ ___________