Архитектура компьютера - Основные образовательные

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИНСТИТУТ МАТЕМАТИКИ И КОМПЬЮТЕРНЫХ НАУК
КАФЕДРА МАТЕМАТИКИ И ИНФОРМАТИКИ
А. Г. Мелентьева
АРХИТЕКТУРА КОМПЬЮТЕРА
Учебно-методический комплекс
Рабочая учебная программа
для студентов специальности 050708.65 – Педагогика и методика
начального образования (Обучение информатике в начальной школе)
Форма обучения - заочная
Тюменский государственный университет
2013
А.
Г.
Мелентьева.
АРХИТЕКТУРА
КОМПЬЮТЕРА:
Учебно-
методический комплекс. Рабочая учебная программа для студентов
специальности
050708.65
–
Педагогика
и
методика
начального
образования (Обучение информатике в начальной школе). Форма
обучения – заочная. Тюмень, 2013. 10 стр.
Учебно-методический
комплекс
обеспечивает
освоение
дисциплины «Архитектура компьютера», входящей в блок «Дисциплины
специализации» и ориентированной на подготовку специалистов по
специальности
050708.65
–
Педагогика
и
методика
начального
образования (Обучение информатике в начальной школе).
Рабочая программа дисциплины опубликована на сайте ТюмГУ:
«Архитектура компьютера» [электронный ресурс] / режим доступа
http://www.umk.utmn.ru/, свободный.
Рекомендовано к изданию кафедрой математики и информатики.
Утверждено
проректором
по
учебной
работе
Тюменского
государственного университета.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: Т. В. Мальцева, профессор, д.ф.-м.н.,
зав. кафедры математики и
информатики ТюмГУ
© ФГБОУ ВПО Тюменский государственный университет, 2013.
© А. Г. Мелентьева, 2013.
1. Пояснительная записка
Программа
составлена
Государственного
профессионального
в
соответствии
образовательного
образования
по
с
требованиями
стандарта
специальности
высшего
050708.65
–
Педагогика и методика начального образования (Обучение информатике
в начальной школе).
Цикл: дисциплины специализации.
1.1. Цели и задачи дисциплины
Целью дисциплины является:
1. Формирование у студентов основ информационной культуры и
компьютерной грамотности, адекватной современному уровню и
перспективам развития ЭВМ.
2. Ознакомление студентов с основными понятиями архитектуры
современного персонального компьютера (ПК), с устройством
аппаратных средств ПК, их технических характеристик и
функциональных возможностей.
3. Формирование у студентов знаний в области теоретических
принципов и
положений,
лежащих в основе построения
архитектуры компьютера.
4. Формирование у студентов знаний и умений, позволяющих
давать
оценку
различным
конфигурациям
ПК,
проводить
диагностику состояния ПК, производить оптимальную настройку
ПК для решения конкретных задач.
В результате изучения дисциплины студенты должны
Иметь представления:
 об основных принципах построения ПК;
 о тенденциях развития архитектуры ПК;
 о структуре и принципах функционирования ПК;
3
Знать:
 классификацию ЭВМ;
 принципы
Фон-Неймана
и
классическую
архитектуру
современного компьютера;
 структурную и функциональную схему ПК;
 виды, назначение и характеристики внутренних
внешних
устройств ПК;
 формы представления информации в ПК;
Уметь:
 проводить оценку производительности ПК;
 производить техническое обслуживание компьютера;
 производить настройку оптимальной конфигурации ПК;
 находить и устранять неисправности;
 устанавливать и удалять периферийные устройства;
 проводить диагностику ошибок ввода, вывода периферийных
устройств.
2. Объем дисциплины и виды учебной работы
2.1 Структура и трудоемкость дисциплины
Дисциплина изучается в 6 семестре. Аудиторные занятия (всего) –
4 часа. В том числе: лекции – 4 часа. Самостоятельная работа – 30
часов. Форма итогового контроля – зачет. Общая трудоемкость – 34
часа.
4
2.2. Тематический план
Лекции (часов)
Самостоятельная
работа (часов)
Итого часов по
теме
Таблица 1
0,5
5
5,5
Арифметические и логические
основы ПК
1
10
11
3.
Внутренние и внешние устройства
компьютера
2
10
12
4.
Современные тенденции развития
архитектуры компьютера
0,5
5
5,5
4
30
34
№
п/п
Наименование темы
1.
Классификация ЭВМ. Понятие об
архитектуре компьютера
2.
Итого часов
3. Содержание дисциплины
Тема 1. Классификация ЭВМ. Понятие об архитектуре компьютера
История
развития
вычислительной
техники.
Поколения
ЭВМ.
Классификация ЭВМ. Основные характеристики, области применения
ЭВМ различных классов. Производительность ПК, технологии ее оценки.
Принципы фон Неймана и классическая архитектура компьютера.
Принципы
архитектуры
IBM-совместимого
ПК.
Принцип
открытой
архитектуры компьютера.
Тема 2. Арифметические и логические основы ПК
Системы счисления. Представление чисел в различных системах
счисления. Перевод чисел из одной системы счисления в другую.
Представление информации в ПК. Представление данных в прямом,
5
обратном,
дополнительном
кодах.
Выполнение
алгебраических
операций в этих кодах. Умножение и деление чисел в ПК. Операции над
числами в формате с плавающей запятой. Булева алгебра. Цифровые
логические схемы
Тема 3. Внутренние и внешние устройства компьютера
Функциональная схема персонального компьютера. Процессор.
Регистры.
Кэш-память.
Материнская
плата.
Оперативная
Дочерние
память.
платы.
Постоянная
Канальная
и
память.
шинная
системотехника. Внешние запоминающие устройства: накопители на
гибких и жестких магнитных дисках, оптические диски, флэш-память.
Устройства ввода и вывода информации: клавиатура, манипуляторы,
мониторы, принтеры, сканирующие устройства. Контроллеры внешних
устройств. Драйверы устройств. Техническое обслуживание компьютера.
Тема
Современные
4.
тенденции
развития
архитектуры
компьютера
Внедрение мультимедиа технологий. Развитие микропроцессорных
технологий.
компьютерах
Использование
пятого
архитектурой.
параллельной
поколения.
Квантовые
обработки
Компьютеры
компьютеры.
с
данных
в
неклассической
Нейрокомпьютеры.
Биокомпьютеры.
4. Темы практических занятий
Практические занятия учебным планом не предусмотрены.
5. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы
студентов
5.1. Содержание самостоятельной работы студентов
Целью самостоятельной работы студентов является углубление их
знаний
по
изучаемым
разделам
6
дисциплины.
Самостоятельное
освоение
некоторой
части
учебного
и
справочно-методического
осуществляется в течение всего семестра и во время подготовки к
зачёту.
Координация
самостоятельной
учебной
деятельности
осуществляется преподавателем во время проведения лекций и на
консультациях.
Для
самостоятельной
работы
студентов
преподавателем
разработаны индивидуальные задания по темам «Классификация ЭВМ.
Понятие об архитектуре компьютера», «Арифметические и логические
основы ПК», «Внутренние устройства компьютера. Внешние устройства
компьютера»,
тенденции
«Современные
развития
архитектуры
компьютера». В каждом задании – 15-20 вариантов для выполнения
индивидуального
домашнего
задания.
Для
текущего
контроля
–
домашние контрольные работы.
Пример
5.2.
индивидуальное
домашнего
задания
по
теме
«Арифметические и логические основы ПК»
1. Напишите булевы выражения по логическим диаграммам:
x
а)
&
1
y
=1
z
w
f
&
б)
&
1
f
=1
2. Постройте таблицы истинности для следующих булевых функций:
а)
f x1,x2 ,x3   (x1 x3  x2 )x1  x3 x1 ,
7
б) f x1 , x2 , x3   ( x2  x1 )( x2  x3 x1 ) ,
в) f x1 , x2 , x3 , x4   x1 ( x2 x4  x3 )  x1 x2 x3 .
5.3. Пример заданий домашней контрольной работы по теме
«Арифметические и логические основы ПК»
1. Запишите обратный и дополнительный коды десятичных чисел в
однобайтовом формате:
a) 82, b) 27, c) -106, d) -35.
4. Выполните сложение и вычитание в обратном коде:
a) -1001101-101010, b) 110100-1010110, c) -1010100+101110,
d) 101101+1011000.
5. Выполните сложение и вычитание в дополнительном коде:
a) -1000010-100111, b) 11101-110100, c) -1001011+1101,
d) 111001+1001101.
6. Запишите представление чисел в памяти компьютера:
а) -123,45; b) 293; c) -0,018.
7. Раскодируйте содержимое четырех байтов памяти как одно
вещественное число:
01000101100000011000000010000000
5. 4. Вопросы к зачету
1. История развития компьютерной техники. Поколения ЭВМ.
2. Классификация ЭВМ.
3. Принципы фон Неймана и архитектура ПК.
4. Структура ПК и его функциональная схема.
5. Процессор: типы, функциональная и структурная организация.
6. Внутренняя память ПК: виды памяти, базовые принципы
функционирования.
8
7. Материнская плата и дочерние платы.
8. Канальная и шинная системотехника.
9. Внешние
запоминающие
устройства
ПК:
виды,
базовые
принципы функционирования.
10. Устройства ввода и вывода информации ПК: виды, базовые
принципы функционирования.
11. Контроллеры и драйверы внешних устройств.
12. Техническое обслуживание компьютера.
13. Современные тенденции развития архитектуры компьютера.
9
6. Список литературы
6.1. Основная литература
1. Догадин, Н. Б.
Архитектура
компьютера
[Электронный
ресурс]:
учебное пособие / Н. Б. Догадин. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний,
2012.
–
272
с.
–
Режим
978-5-9963-0920-7.
доступа:
http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=222842 (дата обращения
24.10.2013).
2. Макарова Н.В., Волков В.Б. Информатика. СПб: Питер, 2012. – 574 с.
3. Чекмарев, Ю. В. Вычислительные системы, сети и коммуникации
[Электронный ресурс]/ Ю. В. Чекмарев. – М.: ДМК Пресс, 2009. –
184
с.
–
Режим
978-5-94074-459-7.
http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=47359
(дата
доступа:
обращения
24.10.2013).
6.2. Дополнительная литература
1. Вальциферов, Ю. В. Информатика. Часть 1. Арифметические и
логические основы ЭВМ [Электронный ресурс]: учебное пособие /
Ю. В. Вальциферов,
В. П. Дронов. -
институт,
252
2005.
–
с.
–
М.:
Евразийский открытый
5-7764-0543-2.
http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=93181
Режим
(дата
доступа:
обращения
24.10.2013).
2. Гуров, В. В., Чуканов В. О. Основы теории и организации ЭВМ. М.:
Интернет-Университет Информационных Технологий: БИНОМ, 2006.
- 272 с.
3. Нортон П., Сандлер К., Баджет Т. Персональный компьютер изнутри.
– М.: БИНОМ, 1995. – 448 с.
4. Таненбаум Э. Архитектура компьютера. – СПб: ПИТЕР, 2003. – 704 с.
10