Архитектура компьютера, профиль подготовки

МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Нижегородский государственный педагогический университет
имени Козьмы Минина»
Факультет математики, информатики и физики
Кафедра информатики и информационных технологий
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебно-методической
деятельности
__________Г. А. Папуткова
«__» _______20____г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Б3.В.10. Архитектура компьютера
Направление подготовки: 050100.62 Педагогическое образование
Профиль подготовки: Информатика и физика
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр
Форма обучения: очная – 5 лет
Нижний Новгород
2012
Рабочая программа составлена на основе:
1.
Федерального государственного образовательного стандарта высшего
профессионального образования по направлению подготовки 050100 Педагогическое образование, утвержденного «17» января 2011г., № 46.
2.
Учебного плана по направлению 050100.62 Педагогическое образование по профилю подготовки Математика и информатика, утвержденного
«26» апреля 2012г.
Рабочая программа по дисциплине «Архитектура компьютера» принята на
заседании кафедры «Информатики и информационных технологий», протокол № ___ от «___» ______________ 20___г.
Разработчик: д.ф.-м.н., профессор
М.А.Иорданский
СОГЛАСОВАНО
Зав. кафедрой «Информатики и информационных технологий»
_________________/М.А. Иорданский/
«____»_______________20__г.
СОГЛАСОВАНО
Зав. выпускающей кафедрой «Информатики и информационных технологий»
_________________/М.А. Иорданский/
«____»_______________20__г.
СОГЛАСОВАНО
Директор библиотеки
_________________/Т. А. Ефимова /
«____»_______________20__г.
2
1. Цели и задачи дисциплины
Цель дисциплины «Архитектура компьютера» в системе педагогического образования состоит в формировании систематизированных знаний в области архитектуры компьютера, организации компьютерных систем, программирования на языке ассемблера.
Задачи дисциплины:
 познакомить с историей развития средств вычислений и ЭВМ, в частности;
 сформировать представление об архитектуре компьютера, как единой
совокупности аппаратных и программных средств;
 рассмотреть состав и функционирование основных устройств персонального компьютера;
 выработать навыки перевода записей чисел из одной системы счисления в другую вручную и с помощью компьютера.
– дать представление о языке ассемблера и основных методах программирования с его использованием;
2. Место дисциплины в структуре ООП ВПО
Дисциплина «Архитектура компьютера» относится к вариативной части
профессионального цикла (Б.3.В.10).
Для освоения дисциплины студенты используют знания, умения и виды
деятельности, сформированные в процессе освоения дисциплин «Программное обеспечение ЭВМ» и «Программирование».
Освоение данной дисциплины является необходимой основой для последующего изучения таких дисциплин как «Теоретические основы информатики» и «Основы искусственного интеллекта», а также курсов по выбору.
3. Требования к результатам освоения дисциплины
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций или их составляющих:
ОК-1  владеет культурой мышления, способен к обобщению, анализу,
восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения
ОК-8  готовность использовать основные методы, способы и средства
получения, хранения, переработки информации, готов работать с компьютером как средством управления информацией;
В результате освоения данной дисциплины студент должен:
Знать:
– историю развития средств вычислений, поколения ЭВМ и ПК,
– тенденции развития архитектуры компьютеров, структурную и функциональную схему ПК, характеристики основных устройств ПК;
3
– алгоритмы перевода записей чисел из одной системы счисления в другую;
– способы представления числовой информации и алгоритмы выполнения
арифметических операций в ЭВМ, особенности машинной арифметики;
– систему команд языка ассемблера для мини-ЭВМ PDP-11.
Уметь:
– переводить записи чисел из одной системы счисления в другую
– составлять фрагменты программ на языке ассемблера;
Владеть:
– алгоритмами сокращенного перевода записей чисел из одной системы
счисления в другую;
– основными приемами программирования на языке ассемблера.
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Вид учебной работы
Всего
зач.ед.
Всего часов
Семестр 4
Общая трудоемкость дисциплины
3
108
108
36
36
8
8
18
18
36
36
18
18
36
Экзамен
Аудиторные занятия
(в т.ч. занятия в активной и интерактивной форме)
Лекции
Лабораторные работы
Самостоятельная работа
Вид итогового контроля
Экзамен
5. Содержание дисциплины
5.1. Тематический план
Количество часов
Раздел дисциплины
Раздел 1. Средства вычислений
1.1 Механические устройства
1.2 Электронные вычислительные
машины (ЭВМ)
1.3 Супер-ЭВМ
Раздел 2. Центральный процессор
2.1 Состав и режимы работы
Лекции
Лабораторные
занятия
Самостоятельная
работа
Итого
по разделам
дисциплины
3
1
1
5
1
2
8
2
3
1
8
1
2
21
1
3
47
2
18
4
2.2 Прерывания и исключения
2.3 Компьютерная арифметика
2.4 Программирование на языке ассемблера
Раздел 3. Память компьютера
3.1 Память на микросхемах
3.2 Режимы доступа к памяти
3.3 Дисковая память
Раздел 4. Периферийные устройства
4.1 Устройства ввода
4.2 Устройства вывода
Экзамен
Итого:
1
2
4
2
8
10
3
18
24
5
1
2
2
2
6
2
2
2
4
11
3
4
4
6
1
1
2
2
3
3
36
108
18
8
10
18
36
5.2. Содержание разделов дисциплины
Раздел 1. Средства вычислений
1.1 Механические устройства
Абак, суммирующие устройства, арифмометры, машина Бэббиджа.
1.2 Электронные вычислительные машины (ЭВМ)
Основные характеристики ЭВМ различных поколений. Классификация
ЭВМ четвертого поколения: микро-ЭВМ и персональные компьютеры, мини-ЭВМ, универсальные ЭВМ, супер-ЭВМ.
1.3 Супер-ЭВМ
Основы архитектуры супер-ЭВМ: конвейеризация и распараллеливание вычислений. Векторно-конвейерные компьютеры, массивно-параллельные компьютеры с общей и распределенной памятью, кластерная архитектура компьютеров.
Раздел 2. Центральный процессор
2.1 Состав и режимы работы
Операционный блок. Арифметико-логическое устройство. Реальный и
защищенный режимы работы. Механизмы адресации памяти.
2.2 Прерывания и исключения
Аппаратные и программные прерывания. Исключения ЦП. Обработка
прерываний.
2.3 Компьютерная арифметика
Форматы представления чисел. Алгоритмы выполнения арифметических операций над числами с фиксированной и плавающей запятой. Особенности машинной арифметики.
2.4 Программирование на языке ассемблера
Запись арифметических и логических операций, команды сравнения и
перехода, организация подпрограмм. Составление и исполнение программ.
Раздел 3. Память компьютера
5
3.1 Память на микросхемах
Основные характеристики памяти на регистрах ЦП, ПЗУ и ОЗУ.
3.2 Режимы доступа к памяти
Кэширование памяти. Проблемы согласованности кэширования. Режим
непосредственного доступа к памяти.
3.3 Дисковая память
Накопители на гибких и жестких магнитных дисках. Логическая структура диска DOS. Основные характеристики магнитооптических и оптических
дисков.
Раздел 4. Периферийные устройства
4.1 Устройства ввода
Назначение и классификация клавиатур, указателей-манипуляторов и
сканеров.
4.2 Устройства вывода
Основные характеристики видеосистем с мониторами на базе ЭЛТ и
жидких кристаллов. Принтеры: базовые методы нанесения изображения.
5.3. Разделы дисциплины и связь с формируемыми компетенциями
Наименование компетенций
ОК-1
ОК-8
№ разделов дисциплины, участвующих в
формировании компетенций
1
+
2
+
+
3
+
4
+
6. Образовательные технологии
Технологии проблемного обучения, интерактивные технологии.
6.1. Темы занятий в активной и интерактивной форме
1.Компьютерная арифметика – 8 ч.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
7.1. Основная литература:
1. Нортон П. Персональный компьютер. Кн.1: аппаратно-программная
организация. – СПБ.: BYV- СПб., 2000. – 827с.
2. Партыка Т.Л. Вычислительная техника. – М.: ФОРУМ, 2010. – 607с.
3. Старков В.В. Азбука персонального компьютера: Архитектура, устройство, конфигурирование. – М.: Горячая-линия- телеком, 2000. – 224с.
6
4. Таненбаум Э. Архитектура компьютера.- СПб.: Питер, 2007. – 843с.
5.
6.
7.
8.
7.2. Дополнительная литература:
Баула В.Г. Архитектура ЭВМ и операционные среды. – М.: Академия,
2011. –336с.
Гинзбург А. Периферийные устройства: Принтеры, сканеры, цифровые
камеры. – СПб.: Питер, 2001. – 444с.
Гук М. Аппаратные средства IBM PC: Энцикл. – СПб.: Питер, 2002. –
922с.
Иорданский М.А. Компьютерная арифметика: методические разработки.- Н.Новгород: НГПУ, 2002.- 19с.
7.3. Базы данных, информационно-справочные и поисковые системы:
www.biblioclub.ru
ЭБС «Университетская библиотека онлайн»
www.elibrary.ru
Научная электронная библиотека
www.ebiblioteka.ru
Универсальные базы данных изданий
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Реализация дисциплины требует наличия лекционной аудитории с оборудованием для презентаций и компьютерного класса для выполнения лабораторных работ.
9. Контроль и оценка результатов освоения дисциплины
Формируемые компетенции и используемые оценочные средства
Наимено№ разделов дисциплины, участвующих в
Показатель оценки
вание
формировании компетенций
сформированности
компекомпетенции
1
2
3
4
тенции
ОК-1  владеет культурой мышления, способен к обобщению, анализу,
восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения
ВыТест
Тест
Тест
Знает:
- историю развития средств вы- ступлечислений, поколения ЭВМ и ние на
ПК,
занятии
-тенденции развития архитектуры компьютеров, структурную и
функциональную схему ПК, характеристики
основных
устройств ПК;
- алгоритмы перевода записей
чисел из одной системы счисления в другую;
7
Умеет:
- переводить записи чисел из
одной системы счисления в другую
Владеет:
- алгоритмами сокращенного
перевода записей чисел из одной системы счисления в другую.
ОК-8  готовность использовать основные методы, способы и средства получения, хранения, переработки информации, готов работать с компьютером как средством управления информацией.
КонтрольЗнает:
- алгоритмы перевода записей
ная
чисел из одной системы счислеработа
ния в другую;
- способы представления числовой информации и алгоритмы
выполнения
арифметических
операций в ЭВМ, особенности
машинной арифметики;
-систему команд языка ассемблера для мини-ЭВМ PDP-11.
Умеет:
– реализовывать алгоритмы перевода с помощью электронных
таблиц;
- составлять фрагменты программ на языке ассемблера;
Владеет:
-основными приемами программирования на языке ассемблера.
Контрольные вопросы к экзамену
История развития средств вычислений.
Поколения ЭВМ и их классификация.
Тенденции развития архитектуры компьютеров (супер-ЭВМ).
Структура и функционирование центрального процессора ПК. Реальный и защищенный режимы работы ЦП.
5. Системы счисления (СС): алгоритмы перевода записей чисел из
«своей» СС в «чужую» СС, критерий равноточности.
6. Системы счисления (СС): алгоритмы перевода записей чисел из
«чужой» СС в «свою» СС, критерий равноточности.
1.
2.
3.
4.
8
7. Алгоритмы сокращенного перевода записей чисел из одной СС в
другую.
8. Форматы представления чисел в ЭВМ.
9. Числа с фиксированной запятой: выполнение арифметических операций над целыми числами.
10. Числа с плавающей запятой: выполнение арифметических операций
над дробными числами.
11. Прерывания и исключения в работе ЦП. Механизмы обработки
прерываний.
12. Способы адресации памяти процессором.
13. Система команд процессора ЭВМ PDP-11: арифметические и логические операции, работа с регистрами и портами.
14. Система команд процессора ЭВМ PDP-11: метки, команды сравнения и перехода, работа со стеком и подпрограммами.
15. Система команд процессора ЭВМ PDP-11: байтовые команды, работа с данными и массивами.
16. Память на микросхемах: основные компоненты, механизм кеширования.
17. Дисковая память: накопители на магнитных дисках.
18. Дисковая память: накопители на магнитооптических дисках.
19. Дисковая память: накопители на оптических дисках.
20. Логическая структура диска DOS. Форматирование дисков.
21. Логическая структура диска DOS: блоки начальной загрузки и данных
22. Логическая структура диска DOS: таблица расположения файлов.
23. Логическая структура диска DOS: корневой каталог.
24. Устройства ввода информации: классификация и основные характеристики.
25. Устройства вывода информации: видеосистемы и их характеристики.
26. Устройства вывода информации: типы принтеров и принципы их
действия.
9