Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное «Уральский государственный педагогический университет» Институт математики, информатики и информационных технологий Кафедра информатики, информационных технологий |
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА |
Екатеринбург 2016 |
Рабочая программа по дисциплине
«Архитектура компьютера»
ФГБОУ ВО «Уральский государственный педагогический университет»
Екатеринбург, 2016. - 12 с.
Составитель:
Ассистент кафедры информатики, информационных технологий и методики обучения информатике УрГПУ
Рабочая учебная программа обсуждена на заседании кафедры информатики, информационных технологий и методики обучения информатике УрГПУ.
Протокол от 01.01.2001 г. № 6.
Зав. кафедрой ИИТиМОИ __________
Директор института математики, информатики и ИТ ________
1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
1.1 Наименование дисциплины
Архитектура компьютера
1.2 Цели и задачи дисциплины
Основной целью курса является знакомство с архитектурой современных аппаратных платформ, изучение языка ассемблера и методов программирования на нем, знакомство с устройством основных компонентов персональных компьютеров, механизмов управления вычислительными ресурсами.
1.3 Место дисциплины в структуре ОПОП
Дисциплина входит в базовую часть и не требует предварительного изучения других дисциплин. Успешное освоение материалов данной дисциплины позволяет приступить к изучению дисциплины «Операционные системы».
1.4 Требования к результатам освоения дисциплины
После изучения дисциплины студент должен знать:
- классификацию компьютеров по различным признакам, характеристики и особенности различных аппаратных платформ, тенденции развития вычислительной техники; структурную и функциональную схему персонального компьютера, назначение, виды и характеристики центральных и периферийных устройств ПК; формы представления информации в компьютере; принципы построения и функционирования современных архитектур компьютеров, структуру микропроцессоров; основы языка ассемблера, основные методы программирования на нем.
Уметь:
- реализовывать алгоритмы и компоненты программ на языке ассемблера; осуществлять низкоуровневую оптимизацию программного кода.
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
- ПрК-8 владеет техническими и технологическими основами компьютерных систем, локальных и глобальных сетей; готов работать с программным обеспечением (лицензионным и свободно распространяемым), определяющим их функционирование;
1.5 Объем дисциплины в зачетных единицах
Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы (108 часов).
1.6 Особенности реализации дисциплины
Дисциплина реализуется на русском языке.
2. УЧЕБНО-ТЕМАТИЧЕСКОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ
Учебно-тематический план очной формы обучения
№ п/п | Наименование раздела, темы | Всего трудоемкость | Аудиторные занятия | Самостоятельная работа | |||
Всего | Лекции | Практические | Лабораторные | ||||
1 | История развития компьютерной техники. Поколения ЭВМ и их классификация. Представление информации в ЭВМ. | 6 | 4 | 2 | - | 2 | 2 |
2 | Центральные и периферийные устройства ЭВМ, их характеристики. | 6 | 4 | 2 | - | 2 | 2 |
3 | Классификация и устройство микропроцессоров. Устройство процессоров архитектуры IA-32 / x86. Устройство процессоров архитектуры ARM. | 6 | 4 | 2 | - | 2 | 2 |
4 | Язык ассемблера. Мнемоническая форма записи инструкций. Директивы ассемблера. | 48 | 12 | 4 | - | 8 | 36 |
5 | Видеоадаптеры и видеоконтроллеры. Устройства отображения информации. Принцип формирования изображения на дисплеях. | 6 | 4 | 2 | - | 2 | 2 |
6 | Устройства ввода данных. Алфавитно-цифровые устройства ввода. Указывающие манипуляторы абсолютного и относительного позиционирования. | 6 | 4 | 2 | - | 2 | 2 |
7 | Виды внутренней памяти компьютера. Масочные, программируемые и перепрограммируемые ПЗУ. Статическое и динамическое ОЗУ. | 6 | 4 | 2 | - | 2 | 2 |
8 | Виды внешней памяти компьютера. Устройства хранения информации на магнитных носителях (ленты, диски). Устройства хранения информации на оптических носителях. Твердотельные носители информации. | 6 | 4 | 2 | - | 2 | 2 |
9 | Классификация печатающих устройств. Устройство принтеров и плоттеров. | 6 | 4 | 2 | - | 2 | 2 |
10 | Звуковые устройства. Способы генерации звука. | 6 | 4 | 2 | - | 2 | 2 |
11 | Коммуникационные устройства. Общие принципы работы компьютерных сетей. | 6 | 4 | 2 | - | 2 | 2 |
Итого: | 108 | 52 | 24 | - | 28 | 56 |
Учебно-тематический план заочной формы обучения
№ п/п | Наименование раздела, темы | Всего трудоемкость | Аудиторные занятия | Самостоятельная работа | |||
Всего | Лекции | Практические | Лабораторные | ||||
1 | История развития компьютерной техники. Поколения ЭВМ и их классификация. Представление информации в ЭВМ. | 7 | 1 | 0.5 | - | 0.5 | 6 |
2 | Центральные и периферийные устройства ЭВМ, их характеристики. | 7 | 1 | 0.5 | - | 0.5 | 6 |
3 | Классификация и устройство микропроцессоров. Устройство процессоров архитектуры IA-32 / x86. Устройство процессоров архитектуры ARM. | 7 | 1 | 0.5 | - | 0.5 | 6 |
4 | Язык ассемблера. Мнемоническая форма записи инструкций. Директивы ассемблера. | 65 | 2 | 1 | - | 1 | 63 |
5 | Видеоадаптеры и видеоконтроллеры. Устройства отображения информации. Принцип формирования изображения на дисплеях. | 7 | 1 | 0.5 | - | 0.5 | 6 |
6 | Устройства ввода данных. Алфавитно-цифровые устройства ввода. Указывающие манипуляторы абсолютного и относительного позиционирования. | 7 | 1 | 0.5 | - | 0.5 | 6 |
7 | Виды внутренней памяти компьютера. Масочные, программируемые и перепрограммируемые ПЗУ. Статическое и динамическое ОЗУ. | 7 | 1 | 0.5 | - | 0.5 | 6 |
8 | Виды внешней памяти компьютера. Устройства хранения информации на магнитных носителях (ленты, диски). Устройства хранения информации на оптических носителях. Твердотельные носители информации. | 7 | 1 | 0.5 | - | 0.5 | 6 |
9 | Классификация печатающих устройств. Устройство принтеров и плоттеров. | 7 | 1 | 0.5 | - | 0.5 | 6 |
10 | Звуковые устройства. Способы генерации звука. | 7 | 1 | 0.5 | - | 0.5 | 6 |
11 | Коммуникационные устройства. Общие принципы работы компьютерных сетей. | 7 | 1 | 0.5 | - | 0.5 | 6 |
Итого: | 144 | 12 | 6 | - | 6 | 123 |
3. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Тема 1. История развития компьютерной техники. Поколения ЭВМ и их классификация. Представление информации в ЭВМ.
Появление первых компьютеров. Архитектура фон Неймана. Гарвардская архитектура. Поколения ЭВМ. Элементная база ЭВМ различных поколений. Возможности ЭВМ различных поколений. Понятие машинного слова. Порядок байт в машинном слове. Little-, Big - и Bi-endian архитектуры. Способы кодирования информации в ЭВМ. Кодовые таблицы EBCDIC и ASCII.
Тема 2. Центральные и периферийные устройства ЭВМ, их характеристики.
Общее устройство современных ЭВМ. Шины периферийных устройств. Вычислительные возможности ЭВМ. Однопроцессорные и многопроцессорные системы.
Тема 3. Классификация и устройство микропроцессоров. Устройство процессоров архитектуры IA-32 / x86. Устройство процессоров архитектуры ARM.
Классификация микропроцессоров. Устройство и возможности процессоров CISC, RISC и VLIW-архитектур. Понятие регистра процессора. Суперскалярная архитектура. Понятие конвейера. Виды кэш-памяти процессора и их особенности. Устройство процессоров архитектуры IA-32, AMD64. Устройство процессоров архитектуры ARM.
Тема 4. Язык ассемблера. Мнемоническая форма записи инструкций. Директивы ассемблера.
Понятие ассемблера и дизассемблера. Основы языка ассемблера. Мнемоническая форма записи инструкций процессора. Директивы ассемблера. Язык ассемблера для процессоров архитектуры IA-32 / AMD64. Язык ассемблера для процессоров ARM. Реализация основных алгоритмических конструкций на языке ассемблера.
Тема 5. Видеоадаптеры и видеоконтроллеры. Устройства отображения информации. Принцип формирования изображения на дисплеях.
Понятие видеоконтроллера и видеоадаптера. Устройство видеоадаптера. Понятие видеорежима. Устройства отображения информации, принцип их работы. Принцип формирования видеосигнала.
Тема 6. Устройства ввода данных. Алфавитно-цифровые устройства ввода. Указывающие манипуляторы абсолютного и относительного позиционирования.
Алфавитно-цифровые устройства ввода. Виды клавиатур. Принцип работы клавиатуры. Понятие сканкода клавиши. Порядок обработки нажатия и отпускания клавиши. Указывающие манипуляторы. Устройство и принцип работы устройств относительного позиционирования (мыши, трекболы). Устройство и принцип работы устройств абсолютного позиционирования (сенсорные экраны, графические планшеты).
Тема 7. Виды внутренней памяти компьютера. Масочные, программируемые и перепрограммируемые ПЗУ. Статическое и динамическое ОЗУ.
Понятие оперативной и постоянной памяти. Назначение постоянной памяти в компьютере. Виды ПЗУ и принцип их работы. Устройство флеш-памяти. Схемы программируемой логики. Вентильные матрицы, программируемые полем (FPGA).Устройство и принцип работы статической памяти. Устройство и принцип работы динамической памяти. Сигналы CAS и RAS. Регенерация динамической памяти. Синхронная и асинхронная динамическая память.
Тема 8. Виды внешней памяти компьютера. Устройства хранения информации на магнитных носителях (ленты, диски). Устройства хранения информации на оптических носителях. Твердотельные носители информации.
Виды внешней памяти компьютера. Принцип хранения данных на магнитных носителях. Виды магнитных лент. Магнитные ленты формата LTO. Устройство стримеров. Виды магнитных дисков. Логическая разметка магнитного диска. CHS и LBA-адресация блоков диска. Принцип хранения информации на оптических носителях. Виды оптических носителей (LD, CD, DVD, BluRay), их модификации и особенности. Устройство и принцип работы привода оптических дисков. Блоки коррекции данных на оптических носителях. Твердотельные носители информации. Интерфейсы подключения устройств хранения информации.
Тема 9. Классификация печатающих устройств. Устройство принтеров и плоттеров.
Растровая и векторная печать. Виды принтеров и их устройство. Устройство и принцип работы плоттера. 3D-принтеры, их виды, устройство и принцип работы.
Тема 10. Звуковые устройства. Способы генерации звука.
Способы генерации звука компьютером. Программно-управляемые генераторы звука (SSG). FM-синтезаторы. Устройства воспроизведения цифрового звука. Импульсно-кодовая модуляция. Устройство и назначение интерфейса MIDI.
Тема 11. Коммуникационные устройства. Общие принципы работы компьютерных сетей.
Классификация коммуникационных устройств. Устройство и принцип работы аналоговых модемов. Цифровые абонентские линии (DSL) и принцип их работы. Стандарт Ethernet. Передача данных по оптоволоконным каналам. Беспроводная передача данных.
4. ПЕРЕЧЕНЬ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ ОБУЧАЮЩИХСЯ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
Темы для самостоятельного изучения
Кодирование и хранение символьной информации - символов и строк. Кодировка символов ASCII. Кодирование и хранение целых неотрицательных чисел. Двоичная, восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления. Перевод чисел из двоичной системы счисления в восьмеричную и шестнадцатеричную системы счисления и обратно. Кодирование и хранение целых чисел со знаком, прямой, обратный и дополнительный коды числа. Сложение и вычитание целых чисел со знаком в дополнительном коде. Двоично-десятичная системы счисления. Алгоритмы перевода чисел из десятичной в двоичную и двоично-десятичную системы счисления и обратно. Модульное программирование на языке ассемблера. Реализация алгоритмов работы со структурами данных: стеки, списки. Реализация макросов, реализующих конструкции языков высокого уровня в языке ассемблера. Использование языка ассемблера для подключения API-функций операционной системы. Объектно-ориентированное программирование на языке ассемблера. Программирование интерфейсов и функций ввода-вывода.5. ФОНД ОЦЕНОЧНЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
См. приложение.
6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
6.1. Рекомендуемая литература
Основная
Таненбаум, Э. Архитектура компьютера [Текст] / Э. Таненбаум; пер. с англ. Ю. Гороховского.-СПб.:Питер,2007.-844 с.(4 экз.)Дополнительная
Зубков для DOS, Windows и UNIX / . - СПб.:Питер, 2004.-608 с.6.2. Информационное обеспечение дисциплины
http://wiki. osdev. org/6.3. Печатные и (или) электронные ресурсы
для лиц с ОВЗ
Дополнительных ресурсов для лиц с ОВЗ не предусмотрено.
7. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ И ДИДАКТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
При изучении данной дисциплины рекомендуется использовать специализированный компьютерный класс, оснащенный:
- Персональными компьютерами Эмуляторами изучаемых платформ Ассемблерами для изучаемых платформ
8. СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРЕ ПРОГРАММЫ
Ассистент кафедры информатики, информационных технологий и методики обучения информатике УрГПУ
Телефон - +7 922 1303442
Приложение
ФОНД ОЦЕНОЧНЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
В процессе освоения дисциплины формируются следующие компетенции:
- ПрК-8 владеет техническими и технологическими основами компьютерных систем, локальных и глобальных сетей; готов работать с программным обеспечением (лицензионным и свободно распространяемым), определяющим их функционирование;
Промежуточная аттестация осуществляется в форме компьютерного тестирования (теоретическая часть), а также в форме задачи (практическая часть). Задания теста формируется с учетом актуальных на момент проведения аттестации технологий, не менее 3 заданий по каждой из тем. Оценка результатов тестирования осуществляется по методу Беспалько.
Задача подразумевает реализацию одного из вычислительных или графических алгоритмов (в зависимости от платформы), таких, как:
- решение системы линейных уравнений; решение квадратного уравнения; статистическая обработка массива значений; алгоритм Брезенхэма для построения отрезков и окружностей; вывод графического изображения в кадровый буфер.
