Вычислительные машины, системы и сети

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПЕЧАТИ»

УТВЕРЖДАЮ

« 17 » июня 2009 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

По дисциплине	ОПД. Ф.09 Вычислительные машины, системы и сети
По специальности	220201 – Управление и информатика в технических системах
Факультет	Цифровых систем и технологий
Кафедра	Автоматизации полиграфического производства

Форма обучения	Курс	Семестр	Трудоемкость дисциплины в часах	Форма итогового контроля
Всего часов	Аудиторных часов	Лекции	Семинарские (практические) занятия	Лабораторные занятия	Курсовая работа	Курсовой проект	Самостоятельная работа
Очная	4	7	170	85	51		34			85	Экзамен
Очно-заочная	4	8	170	51	17		34			119	Экзамен
Заочная

Москва – 2009 г.

Составитель:	, докт. техн. наук, профессор
Рецензент:

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры «Автоматизация полиграфического производства» 25.05.09 , протокол № 12 .

Зав. кафедрой

Одобрена Советом факультета цифровых систем и технологий 02.06.09 , протокол № 10 .

Председатель

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ, ТРЕБОВАНИЯ

К ЗНАНИЯМ И УМЕНИЯМ

1.1. Цели и задачи изучения дисциплины

Цель изучения дисциплины «Вычислительные машины, системы и сети» – научить студентов квалифицированно использовать вычислительные машины (ВМ) для решения инженерно-научных задач, получить навыки проектирования средств автоматики и систем управления на основе ВМ и микроконтроллеров; развить умение оценивать и выбирать соответствующие типы микроконтроллеров для решения конкретных задач.

Частные цели – обучение практическим навыкам работы с микропроцессорными системами и микроконтроллерами.

Основной задачей изучения дисциплины является овладение методами:

•  построения и использования информационных моделей;

•  построения информационных систем управления базами данных;

•  разработки информационных систем, включая технико-экономическое обоснование проекта, разработку концепции, технического задания, задачи проектных стадий;

•  формализации комплексной задачи автоматизации управления и выполнения ее декомпозиции для последующей разработки информационных систем управления;

•  решения важнейших практических задач разработки информационных систем.

1.2. Требования к уровню освоения

содержания дисциплины

В результате изучения дисциплины студент должен

знать:

•  основные принципы организации вычислительных машин, систем и сетей;

•  многоуровневую организацию вычислительных процессов;

•  классификацию и состав средств вычислительной техники;

•  принципы построения основных устройств ВМ;

•  интерфейсы ВМ;

•  архитектурные и конструктивные принципы построения компьютеров (персональных ВМ);

•  микропроцессорные комплекты, микроконтроллеры, сигнальные процессоры, периферийные БИС;

владеть:

•  специальной терминологией в области вычислительной техники;

•  принципами и методами программирования микропроцессорных систем;

•  принципами и методами организации работы с микроконтроллерами;

уметь:

•  оценивать производительность и стоимость ВМ и систем;

•  выбирать средства при проектировании систем автоматизации и управления;

•  программировать и отлаживать системы с микроконтроллерами.

1.3. Перечень дисциплин с указанием разделов (тем),

усвоение которых студентами необходимо

для изучения данной дисциплины

Дисциплина «Вычислительные машины, системы и сети» основывается на знаниях:

•  математического анализа;

•  теории вероятности;

•  математической статистики;

•  методов алгоритмизации и программирования;

•  сетевых технологий.

2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

2.1. Наименование тем, их содержание и объем в часах

Наименование тем	Общая трудоемкость (часов)
Аудиторные занятия (всего часов)	Лекции	Практические занятия (семинары)	Лабораторные занятия
Тема 1. Введение в дисциплину	2	2
Тема 2. Модели вычислений	8	4		4
Тема 3. Понятия о функциональной, структурной организации и архитектуре вычислительных машин	8	8
Тема 4. Системы памяти	14	6		8
Тема 5. Современные микропроцессоры, тенденции развития	10	6		4
Тема 6. Микроконтроллеры, тенденции развития	12	6		6
Тема 7. Периферийные устройства	10	6		4
Тема 8. Персональные компьютеры	10	6		4
Тема 9. Особенности организации рабочих станций и серверов	7	3		4
Тема 10. Телекоммуникации и компьютерные сети	4	4
Итого	85	51		34

2.2. Содержание тем дисциплины

Тема 1. Введение в дисциплину

Структура дисциплины «Вычислительные машины, системы и сети», ее место в программе профессиональной подготовки. Основные понятия, принципы построения и характеристики вычислительных машин. Краткий обзор истории развития вычислительной техники. Средства вычислительной техники – основа построения автоматических и автоматизированных систем управления.

Тема 2. Модели вычислений

Системы счисления. Представление чисел в ЭВМ. Обратные и дополнительные коды. Выполнение арифметических операций с двоичными числами. Многоуровневая организация вычислительных процессов. Аппаратные и программные средства, классификация, назначение.

Тема 3. Понятия о функциональной, структурной организации и архитектуре вычислительных машин

Понятие процессора. Система команд ВМ: форматы команд, способы адресации и списки операций. Принципы работы устройств управления процессоров. Классификация и особенности организации современных процессорных устройств (СISC-, RISC-, VLIW-, суперскалярные и суперконвейерные процессоры). Основные характеристики ВМ, методы оценки. Влияние технологии производства интегральных схем на архитектуру и характеристики ВМ. Классификация ВМ. Проблемы организации обмена данными между устройствами ВМ. Основы организации системы прерываний. Многоуровневые прерывания. Векторное прерывание. Организация систем ввода-вывода, периферийные устройства.

Тема 4. Системы памяти

Средства реализации памяти, архитектурные методы повышения производительности. Иерархическая организация памяти в ВМ. Классификация и сравнительная характеристика запоминающих устройств. Оперативное запоминающее устройство, принципы организации. Организация прямого доступа к памяти. КЭШ-память, принципы организации, оценки влияния на производительность. Внешние запоминающие устройства на магнитных носителях. Принципы построения внешних запоминающих устройств. Системы адресации, используемые в различных типах внешних запоминающих устройств.

Тема 5. Современные микропроцессоры, тенденции развития

Архитектурные особенности современных микропроцессорных систем (МПС). Базовая структура, основные характеристики. Программное обеспечение и проектирование МПС. Особенности программного обеспечения МПС. Состав и основные компоненты программных систем.

Тема 6. Микроконтроллеры, тенденции развития

Микроконтроллеры (однокристальные микроЭВМ) и цифровые процессоры обработки сигналов с аналоговыми устройствами ввода-вывода. Стандартные периферийные БИС. Типовой состав и основные характеристики типовых комплектов. Основы их применения. Особенности проектирования средств автоматики на основе микроконтроллеров.

Тема 7. Периферийные устройства

Типы и основные принципы построения периферийных устройств. Организация ввода-вывода, прерывания. Унификация средств обмена и интерфейсы ВМ. Принципы организации устройств сопряжения ВМ с объектом в системах управления.

Тема 8. Персональные компьютеры

Принцип открытой архитектуры. Шины, влияние на производительность. Системный контроллер и контроллер шин. Организация внутримашинных обменов.

Тема 9. Особенности организации рабочих станций и серверов

Многомашинные комплексы. Стандартные интерфейсы для связи компьютеров. Многопроцессорные системы, оценки производительности. Вычислительные системы. Повышение производительности за счет параллельной обработки. Ограничения.

Тема 10. Телекоммуникации и компьютерные сети

Централизованные и распределенные системы обработки данных. Классификация и тенденции развития систем обработки данных. Вычислительный комплекс, система, сеть – как развитие понятия ВМ в процессе эволюции средств вычислительной техники. Влияние сетевых технологий на архитектуру компьютеров. Комплексирование информационных и управляющих систем. Основные понятия о телекоммуникационных вычислительных сетях. Принципы построения локальных вычислительных сетей. ЛВС – магистральное направление развития информационно-управляющих систем с распределенной обработкой данных.

2.3. Лабораторные занятия, их наименование

и объем в часах

№ п/п	Наименование лабораторных занятий	Объем в часах
1	2	3
1	Арифметические операции с двоичными числами	4
2	Синтез комбинационных одновыходных логических схем	4
3	Синтез комбинационных многовыходных логических схем	4

Окончание таблицы

1	2	3
4	Синтез цифрового автомата	8
5	Программирование микроконтроллера	6
6	Программирование последовательного порта ПК	4
7	Организация локальной вычислительной сети	4

2.4. Курсовой проект (работа) и его характеристика

Не предусмотрен.

2.5. Организация самостоятельной работы

Наименование тем	Виды и формы самостоятельной работы * (распределение часов по формам обучения)
Подготовка к практическому (семинару, лаб. работе)	Подготовка рефератов (докладов, сообщений, информационных материалов и т. п.)	Выполнение домашних, контрольных и иных заданий	Подготовка к промежуточной аттестационной работе (в т. ч. к коллоквиуму, тестированию и пр.)	Подготовка к зачету (экзамену)
Очная	Очно-заочная	Заочная	Очная	Очно-заочная	Заочная	Очная	Очно-заочная	Заочная	Очная	Очно-заочная	Заочная	Очная	Очно-заочная	Заочная
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
Тема 1. Введение в дисциплину	1	1											1	1
Тема 2. Модели вычислений	3	4		1	2					1	1		3	4
Тема 3. Понятия о функциональной, структурной организации и архитектуре вычислительных машин	4	5		1	2					1	2		3	4
Тема 4. Системы памяти	4	5		2	3					2	2		4	5
Тема 5. Современные микропроцессоры, тенденции развития	4	5		1	2					1	2		4	5
Тема 6. Микроконтроллеры, тенденции развития	3	4		1	2					1	2		3	4
Тема 7. Периферийные устройства	4	5		1	2					1	2		4	5
Тема 8. Персональные компьютеры	4	5		1	2					1	2		4	5

Окончание таблицы

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
Тема 9. Особенности организации рабочих станций и серверов	3	4		1	2					1	2		3	4
Тема 10. Телекоммуникации и компьютерные сети	3	4		1	2					1	2		3	4

* Могут быть предложены иные формы СРС.

3. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

3.1. Литература

Основная

1. и др. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: Учебник. – М.: ДиС, 1998.

2. Вычислительные машины и системы. Учебник для вузов / Под ред. , . – М.: Высш. шк., 1993.

3. Аппаратные средства IBM PC. – СПб.: Питер, 1999.

4. Электронные вычислительные машины и системы: Учеб. пособие для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1991.

5. Однокристальные микроЭВМ. – М.: МИКАП, 1994.

6. , Компьютерные сети: принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 2-е изд. – СПб.: Питер, 2005.

Дополнительная

7. Микроконтроллеры: руководство по применению 16-разрядных микроконтроллеров Intel MCS - 196/296 во встроенных системах управления. – М.: ЭКОМ, 1997.

8. Электронные вычислительные машины и системы. Элементы и устройства ЭВМ: Учеб. пособие. – М.: Изд-во МГУП, 1999.

9. , Персональные ЭВМ и микроЭВМ. Основы организации: Справочник. – М.: Радио и связь, 1991.

10. Построение вычислительных систем на базе перспективных микропроцессоров / Пер. с англ. – М.: Мир, 1990.

11. Вычислительные системы с большим числом процессоров. – М.: Радио и связь, 1995.

12. Структура и архитектура микропроцессоров современных ПЭВМ: Учеб. пособие. – М.: Изд-во МГУП, 2000.

Сайты

http://www. *****

http://www. *****

http://www. *****

http://www. *****/

http://www. **/

3.2. Перечень наглядных и других пособий,

методических указаний по проведению

конкретных видов учебных занятий,

а также используемых в учебном процессе

технических средств

•  Компьютерный класс, оснащенный компьютерами не ниже Pentium 1000 МГц с ОС Windows ХР или Windows NT, а также микроконтроллерными модулями и ПО для работы с этими модулями.

•  Презентационный комплекс (электронный вид формат pps, печатный раздаточный материал).

•  Банк тестовых заданий в объеме 450 тестовых заданий в соответствии со спецификацией.

•  Комплекс технических средств, позволяющих проецировать изображение из программ подготовки презентаций (экран, проектор, Notebook).

•  Возможность доступа в Интернет