Рабочая программа учебной дисциплины

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ «КАМЕНСКИЙ ТЕХНИКУМ СТРОИТЕЛЬСТВА И АВТОСЕРВИСА» РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ ОП.01 ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРЫ, УСТРОЙСТВО И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ 2019 СОГЛАСОВАНО  Председатель ЦК математических, общих  естественнонаучных дисциплин и группы  «Информатика и вычислительная техника» _________ Г.Н. Филимонова  подпись Протокол №____ от _________2019г.      Лист согласования 1 УТВЕРЖДАЮ Замдиректора по учебной работе ГБПОУ РО «КТСиА» __________ А.С. Золотарев       подпись «___»___________2019г. Рабочая программа учебной дисциплины ОП.01 Основы архитектуры, устройство и функционирование вычислительных систем разработана с учётом требований: Федерального   государственного   образовательного   стандарта   среднего профессионального   образования   (далее   –   ФГОС   СПО)   по   специальности   09.02.04 Информационные   системы   (по   отраслям)   (утв.  приказом   Министерства   образования     и науки РФ от 14 мая 2014 года № 525); Положения о разработке рабочей программы учебной дисциплины   в ГБПОУ РО «Каменский техникум строительства  и автосервиса» (приказ ГБПОУ РО «КТСиА» от 29.08.2018 № 235). Организация­разработчик:   государственное   бюджетное   профессиональное образовательное учреждение Ростовской области   «Каменский техникум строительства и автосервиса»  Разработчик:  Дашкова   Наталия   Юрьевна,   преподаватель   высшей   квалификационной   категории ГБПОУ РО «КТСиА» Рецензенты:  Лариса   Николаевна   Миненкова,   преподаватель   высшей   квалификационной категории ГБПОУ  РО «КТСиА» Сергей   Александрович   Назаров,  кандидат   педагогических   наук,   доцент   кафедры естественнонаучных дисциплин, информационных технологий и управления   Каменского технологического института (филиала) ЮРГПУ (НПИ) им. М.И.Платова СОДЕРЖАНИЕ 1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ 2 СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ 3 УСЛОВИЯ РЕАЛИЗАЦИИ  УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ 4 КОНТРОЛЬ   И   ОЦЕНКА   РЕЗУЛЬТАТОВ   ОСВОЕНИЯ   УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ 4 6 12 13 4 1  ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ УЧЕБНОЙ ОП.01 Основы архитектуры, устройство и функционирование  ДИСЦИПЛИНЫ вычислительных систем 1.1   Место   дисциплины   в   структуре   основной   профессиональной образовательной программы  Учебная   дисциплина   входит   в   группу   общепрофессиональных   дисциплин профессионального цикла 1.2  Цель и планируемые результаты освоения дисциплины  Код компете нции ОК 1 – 9 ПК 1.1,  1.2, 1.9 Умения с   помощью средств   программных организовывать управление вычислительных систем;   ресурсами осуществлять поддержку функционирования информационных систем; осуществлять вычисления   в   системах счисления; организовывать управление   ресурсами вычислительных систем; осуществлять работу логическими с элементами ЭВМ.   Знания   построение цифровых вычислительных   систем   и   их архитектурные особенности;  работы   принципы   основных логических блоков систем; классификацию   вычислительных платформ и архитектур;  параллелизм   и   конвейеризацию вычислений;   основные конструктивные элементы   средств   вычислительной техники, функционирование, программно­аппаратная совместимость; кодирования стандарты     информации; арифметические основы ЭВМ; представление   информации   в ЭВМ. 5              2  СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ 2.1  Объем учебной дисциплины и виды учебной работы Вид учебной работы Объем часов Максимальная учебная нагрузка (всего) Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего) в том числе: Теоретическое обучение (в т.ч. контрольные работы) Лабораторные работы Практические занятия (в т.ч. практические работы) Самостоятельная работа  Промежуточная аттестация в форме дифференцированного зачета 155 103 67 34 52 2 6 2.2  Тематический план и содержание учебной дисциплины  Наименование разделов и тем Содержание учебного материала (теоретическое обучение), лабораторные работы и практические занятия, самостоятельная работа Количество часов 1 2 Раздел 1. Представление информации в вычислительных системах Тема 1.1. ЭВМ Арифметические основы Содержание учебного материала: Системы   счисления.   Непозиционные   и   позиционные   системы   счисления. Системы счисления, используемые в ЭВМ. Свойства позиционных систем счисления.   Перевод   чисел   из   одной   системы   счисления   в   другую. Алгебраическое   представление   двоичных   чисел:   прямой,   обратный   и дополнительные   коды.   Использование   обратного   и   дополнительного двоичных кодов для реализации всех арифметических операций с помощью суммирующего устройства. Представление чисел в ЭВМ: естественная и нормальная формы. Форматы хранения чисел в ЭВМ. Практические занятия: Перевод чисел из одной системы счисления в другую. Выполнение операций над числами в естественной и нормальной формах Самостоятельная работа обучающихся: Подготовить презентацию «История развития вычислительной техники» Подготовить сообщение «Формы  хранения чисел в ЭВМ» Содержание учебного материала: 3 20 4 5 5 1 Коды компетенций, формированию которых способствует элемент программы 4 2 ОК 1 – 9 ПК 1.1, 1.2, 1.9 2 7 Виды информации и способы ее представления в ЭВМ. Кодирование  информации. Символьные коды: ASCII, UNICODE и др.  Кодирование  графической информации. Двоичное кодирование звуковой информации.  Сжатие информации. Кодирование видеоинформации. Стандарт MPEG. КР № 1 по разделу 1 Самостоятельная работа обучающихся: Написать реферат «Стандарты кодирования информации» Тема 1.2. Представление информации в ЭВМ Раздел 2. Построение цифровых вычислительных систем и их архитектурные особенности Тема 2.1. Организация вычислений в вычислительных системах Тема 2.2 Классификация вычислительных систем Содержание учебного материала: 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 Самостоятельная работа обучающихся: Подготовить   сообщение   «Преимущества   и   недостатки   различных   типов вычислительных систем» Содержание учебного материала: 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:  COMA.   Сравнительные   характеристики, аппаратные и программные особенности. Классификация  многомашинных ВС: MPP,  NDW  и  COW. Назначение, характеристики, особенности. Примеры ВС различных   типов.   Преимущества   и   недостатки   различных   типов вычислительных систем. Практические занятия:  NUMA,  UMA, 1 4 31 8 2 9 5 ОК 1 – 9 ПК 1.1, 1.2, 1.9 ОК 1 – 9 ПК 1.1, 1.2, 1.9 ОК 1 – 9 ПК 1.1, 1.2, 1.9 8 Раздел 3. Архитектура и принципы работы основных логических блоков вычислительных систем Тема 3.1. Логические основы ЭВМ, элементы и узлы   Поддержка   функционирования Выбор   вычислительной   системы. информационных систем Организация   управления   ресурсами   вычислительных   систем   с   помощью программных средств КР № 2 по разделу 2 Самостоятельная работа обучающихся: Подготовить реферат «Вычислительные системы MISD »  Подготовить доклад «Вычислительные системы SISD » Подготовить сообщение «Преимущества и недостатки вычислительных  систем» Содержание учебного материала: Принципы работы основных логических блоков и систем. Базовые   логические   операции   и   схемы.   Таблицы   истинности.   Схемные логические элементы ЭВМ: регистры, вентили, триггеры, полусумматоры   и сумматоры.  Таблицы  истинности    RS­,   JK­  и T­триггера. Логические узлы ЭВМ   и   их   классификация.   Сумматоры,   дешифраторы,   программируемые логические матрицы, их назначение и применение. Практические занятия Работа и особенности логических элементов ЭВМ. Работа логических узлов ЭВМ. Самостоятельная работа обучающихся: Подготовить сообщение «Микросхемы с логическими элементами» Подготовить доклад «Использование сумматоров в вычислительной  технике» 1 6 102 7 4 4 Тема 3.2. Содержание учебного материала: ОК 1 – 9 ПК 1.1, 1.2, 1.9 9 Основы построения ЭВМ Тема 3.3. Внутренняя организация процессора Тема 3.4. Построение цифровых вычислительных систем и их архитектурные  особенности. Понятие архитектуры и структуры компьютера. Принципы  (архитектура) фон Неймана. Основные компоненты ЭВМ. Основные типы  архитектур ЭВМ. Управление памятью. Основные конструктивные элементы  средств вычислительной техники, функционирование, программно­аппаратная  совместимость Практические занятия Изучение   внутреннего   устройства   персонального   компьютера.   Определение аппаратной конфигурации ПК. Работа с периферийными устройствами, установка принтеров, настройка. Подключение сетевых устройств, установка и настройка оборудования, работа с вычислительной сетью. Самостоятельная работа обучающихся  Подготовить реферат «Канальная архитектура ЭВМ» Подготовить доклад «Сравнительный анализ принципов работы CISC, RISC  процессоров » Содержание учебного материала: Внутренняя   организация   процессора.   Реализация   принципов   фон   Неймана   в ЭВМ.   Структура   процессора.   Устройство   управления:   назначение   и упрощенная   функциональная   схема.   Структура   команды   процессора.   Цикл выполнения команды. Арифметико­логическое устройство (АЛУ): назначение и классификация. Структура и функционирование АЛУ. Интерфейсная часть процессора:   назначение,   состав,   функционирование.   Организация   работы   и функционирование процессора. Практические занятия: Построение последовательности машинных операций для реализации простых  вычислений. Самостоятельная работа обучающихся: Подготовить доклад «Виды интерфейсов процессора» Содержание учебного материала: 4 6 6 6 2 3 6 ОК 1 – 9 ПК 1.1, 1.2, 1.9 ОК 1 – 9 ПК 1.1, 1.2, 1.9 10 Организация работы памяти компьютера Тема 3.5 Интерфейсы Тема 3.6 Организация управления ресурсами ЭВМ Память компьютера. Иерархическая структура памяти. Основная память ЭВМ. Оперативное и постоянное запоминающие устройства: назначение и основные характеристики.    постоянная   память   Кэш­память: назначение, структура, основные характеристики.  Динамическая память. Устройства   специальной   памяти: (ПЗУ),   видеопамять. перепрограммируемая   постоянная   память   (флэш­память),   Назначение, особенности, применение. Базовая система ввода/вывода (BIOS): назначение, функции, модификации. Самостоятельная работа обучающихся Подготовить памятку «Виды компьютерной памяти» Содержание учебного материала: Понятие   интерфейса.   Организация   взаимодействия   ПК   с   периферийными устройствами. Чипсет: назначение и схема функционирования. 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  RS­232:   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 (Wi­Fi). Практические занятия Параллельные  порты и их особенности работы. Последовательные порты и их особенности работы. Самостоятельная работа обучающихся Подготовить доклад «Интерфейс стандарта  (Wi­Fi)» Содержание учебного материала: Характеристика   реального   режима   процессора   8086.   Адресация   памяти реального   режима.   Основные   понятия   защищенного   режима.   Адресация   в защищенном режиме. Дескрипторы и таблицы. Системы привилегий. Защита. Переключение   задач.   Страничное   управление   памятью.   Виртуализация прерываний. Переключение между реальным и защищенным режимами. ОК 1 – 9 ПК 1.1, 1.2, 1.9 ОК 1 – 9 ПК 1.1, 1.2, 1.9 ОК 1 – 9 ПК 1.1, 1.2, 1.9 11 2 8 4 4 4 Тема 3.7 Основы программирования процессора Тема 3.8 Современные процессоры Самостоятельная работа обучающихся Подготовить реферат «Страничная организация памяти» Содержание учебного материала: Выбор и дешифрация команд. Выбор данных из регистров общего назначения и  микропроцессорной памяти. Обработка данных и их запись. Выработка  управляющих сигналов. Основные команды процессора: арифметические и логические команды,  команды перемещения, сдвига, сравнения, команды условных и безусловных  переходов, команды ввода­вывода. Подпрограммы. Виды и обработка прерываний. Этапы компиляции исходного кода в машинные  коды и способы отладки. Использование отладчиков. Практические занятия Программирование переходов и ввода­вывода. Программирование и отладка программ. Самостоятельная работа обучающихся Подготовить реферат «Особенности Assembler для различных процессоров» Подготовить сообщение «Основные команды процессора» Содержание учебного материала: Основные характеристики процессоров. Идентификация процессоров.  Совместимость процессоров. Типы сокетов. Обзор современных процессоров  ведущих мировых производителей. Процессоры нетрадиционной архитектуры.  Клеточные и ДНК­процессоры. Нейронные процессоры. Практические занятия Идентификация и установка процессора. Самостоятельная работа обучающихся Подготовить сообщение «Модели двуядерных процессоров Intel» Вид промежуточной аттестации дифференцированный зачет Всего: 4 6 4 8 2 4 4 2 155 ОК 1 – 9 ПК 1.1, 1.2, 1.9 ОК 1 – 9 ПК 1.1, 1.2, 1.9 12 3  УСЛОВИЯ РЕАЛИЗАЦИИ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ 3.1  Требования к минимальному материально­техническому обеспечению Реализация рабочей программы учебной дисциплины осуществляется в учебном    кабинете «Информатика»; лаборатории «Архитектура вычислительных систем» Оборудование учебного кабинета: ­ посадочные места:  ученические столы;  ученические стулья  ­ рабочее место преподавателя:  Стол однотумбовый;  Стул. ­ компьютерные столы; ­ шкафы для наглядных пособий и раздаточного материала; ­ шкаф для одежды. Технические средства обучения: ­   компьютеры   с   лицензионным   программным   обеспечением,   объединённые   в локальную сеть с подключением к сети Интернет. ­ Лазерный принтер Оборудование лаборатории и рабочих мест лаборатории: ­ посадочные места:  ученические столы;  ученические стулья  ­ рабочее место преподавателя:  Стол однотумбовый;  Стул. ­ компьютерные столы; ­ шкафы для наглядных пособий и раздаточного материала; ­ шкаф для одежды. 3.2  Информационное обеспечение обучения 3.2.1 Основная литература: Печатные издания: 1) Сенкевич А.В Архитектура ЭВМ и вычислительные системы  ОИЦ  «Академия», 2014 3.2.2 Дополнительная литература:   Печатные издания: 13 1) Максимов   Н.В.,   Партыка   Т.Л.,   Попов   И.И.   Архитектура   ЭВМ   и вычислительных  систем: Учебник. – М.: ФОРУМ, 2010. 14 4   КОНТРОЛЬ И ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОСВОЕНИЯ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ Контроль   и   оценка   результатов   освоения   дисциплины   осуществляется преподавателем   через   текущий   контроль   в   процессе   проведения   практических   занятий, самостоятельных   и   контрольных   работ,   выполнения   обучающимися   самостоятельной работы, а также через промежуточную аттестацию в форме дифференцированного зачета. Критерии оценки Методы контроля и оценки результатов обучения Результаты обучения Умения:  ­   с   помощью   программных средств организовывать управление ресурсами   вычислительных систем;   ­   осуществлять   поддержку функционирования информационных систем; ­ осуществлять вычисления в системах счисления Знания:    с     помощью Умеет средств программных организовывать   управление ресурсами       вычислительных систем; Умеет осуществлять поддержку функционирования информационных систем;     Умеет осуществлять вычисления   в   системах счисления Оценивание выполнения  самостоятельной работы  Оценивание ответа на вопросы  дифференцированного зачета Оценивание выполнения  самостоятельной работы  Оценивание ответа на вопросы  дифференцированного зачета Наблюдение за выполнением  практических занятий Оценивание ответа на вопросы  дифференцированного зачета Тестирование  Наблюдение за выполнением  практических занятий Оценивание ответа на вопросы  дифференцированного зачета Тестирование  Наблюдение за выполнением  практических занятий  Оценивание ответа на вопросы  дифференцированного зачета Наблюдение за выполнением  практических занятий  Оценивание выполнения  самостоятельной работы  Оценивание ответа на вопросы дифференцированного зачета Наблюдение за выполнением  практических занятий Оценивание выполнения  самостоятельной работы  Оценивание ответа на вопросы дифференцированного зачета Наблюдение за выполнением  15 ­ построение цифровых  вычислительных систем и их  архитектурные особенности;  Знает построение цифровых  вычислительных систем и их  архитектурные особенности;  ­ принципы работы основных  логических блоков систем; Знает  принципы работы  основных логических блоков  систем; ­ классификацию  вычислительных платформ и  архитектур;  Знает классификацию  вычислительных платформ и  архитектур;  ­ параллелизм и  конвейеризацию вычислений; Знает параллелизм и  конвейеризацию вычислений; ­ основные конструктивные  Знает основные элементы средств  вычислительной техники,  функционирование,  программно­аппаратная  совместимость. конструктивные элементы  средств вычислительной  техники, функционирование,  программно­аппаратная  совместимость. ­ стандарты кодирования  информации Знает стандарты  кодирования информации практических занятий Оценивание выполнения  самостоятельной работы Оценивание ответа на вопросы дифференцированного зачета Оценивание выполнения  самостоятельной работы  Оценивание ответа на вопросы  дифференцированного зачета 16