Программы ->  010400.62

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Кемеровский государственный университет»

Математический факультет

УТВЕРЖДАЮ

 Ректор
(первый проректор, декан)

_______________________

"_____"__________201__ г.

Рабочая программа дисциплины

Архитектура компьютеров

Направление подготовки

010400.62 – Прикладная математика и информатика

Профиль подготовки

Численные методы

Квалификация (степень) выпускника

Бакалавр

Форма обучения

очная

Кемерово

2010

1. Цели освоения дисциплины

Целью освоения дисциплины “Архитектура компьютеров” является – освоение базовых знаний в области  архитектуры компьютеров, основных функциональных компонент, принципов их работы и сопряжения между собой, формирование и закрепление системного подхода к изучению и проектированию сложных вычислительных систем. 

2.  Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата

Дисциплина принадлежит базовой части профессионального цикла дисциплин ФГОС ВПО по направлению подготовки “Прикладная математика и информатика ”.

Дисциплина рассчитана на студентов, изучивших курс “Основы информатики”, так как программа дисциплины “Архитектура компьютеров” предполагает наличие у студентов ряда базовых знаний в области информационных технологий, таких как системы счисления, представление чисел в ЭВМ, логические основы алгоритмизации, общие представления об архитектуре вычислительных систем.

Рассматриваемые в рамках дисциплины знания являются базовыми для целого ряда дисциплин базовой и вариативной части профессионального цикла, например для таких дисциплин, как “Многопроцессорные вычислительные системы и параллельное программирование”.

3 Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины “Архитектура компьютеров”.

-       ОК-11: способностью владения навыками работы с компьютером как средством управления информацией;

-       ОК-12: способностью работать с информацией в глобальных компьютерных сетях;

-       ПК-6: способностью осуществлять целенаправленный поиск информации о новейших научных и технологических достижениях в сети Интернет и из других источников;

-       ПК-12: способностью составлять и контролировать план выполняемой работы, планировать необходимые для выполнения работы ресурсы, оценивать результаты собственной работы;

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

Знать:

-       Ключевые события истории развития компьютерной архитектуры.

-       Уровни и способы компьютерной организации

-       Принципиальное устройство центрального процессора, принципы разработки современных процессоров.

-       Принципиальное устройство компьютерных шин, характеристик и принципов их работы, примеров существующих шин.

-       Принципиальное устройство основной памяти компьютера.

-       Принципиальное устройство вспомогательной памяти компьютера.

-       Различные виды и принципиальное устройство каждого из видов устройств ввода.

-       Различные виды и принципиальное устройство каждого из видов устройств вывода.

-       Основы внутрипроцессорного параллелизма.

-       Принципиальное устройство и виды мультипроцессоров.

-       Принципиальное устройство и виды мультикомпьютеров.

-       Основы компьютерных сетей и телекоммуникаций.

Уметь:

-       При решении конкретных задач профессионально грамотно использовать свойства архитектуры компьютеров.

-       Выбирать рациональную конфигурацию оборудования в соответствии с решаемой задачей.

-       Обеспечивать совместимость аппаратных и программных средств компьютеров.

Владеть:

-       Навыками практического использования свойств архитектуры компьютеров, в рамках которой поставлена задача.

4. Структура и содержание дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетных единицы (72 часа).

4.1. Объём дисциплины и виды учебной работы (в часах)

4.1.1. Объём и виды учебной работы (в часах) по дисциплине в целом

4.1.2. Разделы базового обязательного модуля дисциплины и трудоемкость по видам занятий (в часах)

4.2 Содержание дисциплины

Содержание разделов базового обязательного модуля дисциплины

5. Образовательные технологии

Теоретический материал курса представляется учащимся на лекционных занятиях в форме лекций-визуализаций – чтение лекций сводится к связному, развернутому комментированию преподавателем подготовленных наглядных материалов в виде компьютерной презентации, полностью раскрывающему тему данной лекции. 

В рамках курса планируется также проведение ряда проблемных лекций, лекций бесед и лекций с разбором конкретных ситуаций.

Запланирована экскурсия по Центру новых информационных технологий КемГУ, где расположен Дата-центр КемГУ с современным серверным и коммуникационным оборудованием. В рамках экскурсий планируется проведение бесед с ведущими специалистами, занимающимися сопровождением программно-технического средств Дата-центра.

6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.

Семестровые задания

Семестровая работа представляет собой написание реферата по одной из выбранных тем.

Требования к оформлению рефератов:

1.     При оформлении реферата следует придерживаться рекомендаций, представленных по адресу: http://unesco.kemsu.ru/student/rule/rule.html.

2.     Реферат должен быть выполнен в Microsoft Word 2003.

3.     Структура заголовков реферата должна быть древовидной, каждый уровень заголовков собственного типа. Оглавление реферата должно собираться автоматически.

4.     В реферате должно быть несколько рисунков с автоматической нумерацией, все ссылки в тексте на рисунке привязаны к номерам рисунков (т.е. при добавлении нового рисунка, все номера рисунков и все ссылки на них пересчитываются).

5.     В конце реферата обязателен список использованной литературы.

Темы рефератов:

Процессоры

-     Особенности построения и функционирования микропроцессоров фирм: Hewlett –Packard, SUN Microsystems, AMD, Intel

-     Квантовые процессоры

-     Молекулярные процессоры

-     Современные суперкомпьютеры

-     Биологический компьютер

Память

-     Кэш-память

-     Модули памяти и их типы

-     Интерфейсы iSCSI, SAS

-     Flash-память

-     Системы хранения данных

Шины

-     Шина USB

-     Современные высокоскоростные шины

Современные видеоускорители

-     nVIDIA

-     ATI

Измерение производительности

Мониторы

-     Жидкокристаллические/плазменные мониторы

-     Перспективные технологические разработки OLED

-     iFire Thick-film Dielectric ElectroLuminescent (TDEL)

Принтеры

-     Специфические принтеры (чернила)

Периферия

-     Современные манипуляторы (клавиатуры/мыши/…)

-     3D-технологии (виртуальная реальность)

Современные сети передачи данных

-     Беспроводные

-     Высокоскоростные

Критерии оценки:

“2” – все задания выполнены.

“1” – все задания выполнены, но имеются ошибки.

“0” – не одно из заданий не выполнено.

Примеры варианта контрольных работ

Контрольная работа № 1

1.                В чем преимущество использования конвейера?

2.                Что означает параллелизм на уровне команд?

Контрольная работа № 2

1.                В чем преимущество суперскалярной архитектуры?

2.                Что означает параллелизм на уровне процессоров?

Контрольная работа № 3

1.                Постройте иерархическую структуру памяти от большей скорости доступа к меньшей скорости доступа:

2.                Что означает термин «сильно связанные процессора»?

Контрольная работа № 4

1.                Из чего состоит программное обеспечение?

2.                Можно ли с помощью интрефейса SCSI подключать периферийные устройства, такие как винчестеры, принтеры, сканеры, стриммеры, приводы CD-ROM?

Контрольная работа № 5

1.                Из чего состоит аппаратное обеспечение?

2.                Чтобы бороться с ошибками, используются специальные коды. Как они называются?

Критерии оценки:

“2” – все задания выполнены.

“1” – все задания выполнены, но имеются ошибки.

“0” – не одно из заданий не выполнено.

Вопросы к зачету

1.     История развития компьютерной архитектуры: от механических компьютеров к СБИС.

2.     Многоуровневая компьютерная организация. Языки, уровни и виртуальные машины.

3.     Устройство центрального процессора, выполнение команд.

4.     RISC и CISC процессоры. Принципы разработки современных процессоров.

5.      Параллелизм на уровне команд, на уровне процессоров.

6.     основная память. Бит, адреса памяти, упорядочение байтов, код с исправлением ошибок.

7.     Кэш-память.

8.     Сборка модулей памяти и их типы.

9.     Иерархическая структура памяти. Магнитные диски, дискеты, IDE- SCSI-диски

10.              RAID-массивы, компакт-диски.

11.              Шины, ширина шины, синхронизация шины

12.              арбитраж шины, принципы работы шины,

13.              микросхемы ввода-вывода, декодирование адресов.

14.              Классификация Флинна,

15.              Классификация многопроцессорных систем по организации памяти.

16.               Классификация многопроцессорных вычислительных систем по организации межпроцессорных связей.

17.              Локальные и глобальные сети. Эталонная модель открытой системы (OSI).

18.              Топология компьютерной сети. Способы создания сетей.

19.              Протоколы передачи данных. Иерархия протоколов и режимы их работы.

20.              Виды сетей и сетевого оборудования.

21.              Общая организация вычислительных сетей и их архитектура.

22.              Пакеты данных и работа с ними.

23.              IP-адресация.

Примеры тестовых заданий

Верные ответы выделены жирным шрифтом.

1.     Компьютер может выполнять только программы, написанные на его машинном языке Я 0.  У Вас программа написана на языке Я1. Каким образом компьютер будет  выполнять программы, написанные на языке Я1, если будет использоваться трансляция?

В программе, написанной на языке Я 1, заменяется каждая команда эквивалентным набором команд на языке Я 0. В этом случае компьютер выполняет новую программу, написанную на языке Я 0, вместо старой программы, написанной на Я 1.

Программа на языке Я 0, получает в качестве входных данных программы, написанные на языке Я 1. При этом каждая команда языка Я 1 обрабатывается поочередно, после чего сразу выполняется эквивалентный ей набор команд языка Я 0.

Программа на языке Я 0, получает в качестве входных данных программы, написанные на языке Я 0. При этом каждая команда языка Я 0 обрабатывается поочередно, после чего сразу выполняется эквивалентный ей набор команд языка Я 0.

В программе, написанной на языке Я 1, заменяется каждая команда эквивалентным набором команд на языке Я 1. В этом случае компьютер выполняет новую программу, написанную на языке Я 0, вместо старой программы, написанной на Я 1.

2.     Из чего состоит аппаратное обеспечение?

Интегральные схемы

Печатные платы

Модули памяти

Алгоритмы

Программы

3.     В каком смысле аппаратное и программное обеспечение эквивалентны?

Любая операция, выполняемая программным обеспечением, может быть реализована аппаратным обеспечением

Не любая операция, выполняемая программным обеспечением, может быть реализована аппаратным обеспечением

Не любая команда, выполняемая аппаратным обеспечением, может быть смоделирована программно

Любая команда, выполняемая аппаратным обеспечением, может быть смоделирована программно

4.     Что означает параллелизм на уровне команд?

выполнение большого количества команд за единицу времени

выполнение одной задачи несколькими процессорами

выполнение одной задачи одним процессором

выполнение одной команды за единицу времени

5.     Постройте иерархическую структуру памяти от большей скорости доступа к меньшей скорости доступа:

Регистры

Кэш-память

Основная память

Магнитный диск

6.     Какие действия выполняет контроллер устройства?

управляет устройством ввода-вывода

регулирует доступ к шине

регулирует доступ к памяти

управляет процессором

7.     Перечислите основные приемы повышения быстродействия при внутрипроцессорном параллелизме:

параллелизм на уровне команд

 многопоточность

 размещение на микросхеме нескольких процессоров

многокомпьютерность

параллелизм на уровне компьютеров

8.     Выберите верное утверждение об адресном пространстве, используемом мультипроцессором

Все процессоры в мультипроцессоре используют единое адресное пространство

Все процессоры в мультипроцессоре используют свое собственное адресное пространство

Часть процессоров в мультипроцессоре используют единое адресное пространство, а часть свое собственное

9.     Выберите преимущества топологии сети «шина»

Выход из строя центрального узла выводит из строя всю сеть

Экономный расход кабеля

Для добавления нового компьютера в сеть необходима остановка всей сети

Централизованный контроль и управление

Легко расширяется

Из базы вопросов каждому студенту по каждой теме случайным образом составляется список из 20 вопросов. Время для ответов на вопросы теста – 40 мин. Максимальное количество баллов, которое можно набрать за тест – 100. Работа оценивается по следующей системе:

< 55% - «Незачет»;

55%-100% - «Зачет».

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины 

Основная литература:

1.     Таненбаум Э. Архитектура компьютера. СПб.: Питер, 2007. 848 с.

2.     Афанасьев К.Е., Стуколов С.В. Многопроцессорные вычислительные системы и параллельное программирование: Учебное пособие. КемГУ. Кемерово: Кузбассвузиздат, 2003. 233с.

3.     В.Г. Олифер, Н.А. Олифер Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы - СПб.: Питер, 2001.

4.     Столлингс У. Структурная организация и архитектура компьютерных систем: Проектирование и производительность. СПб: Вильямс, 2002. 896 с.

5.     Барановская Т.П., Лойло В.И., Семенов М.И. и др. Архитектура компьютерных систем и сетей: Учебное пособие для вузов. М: Финансы и статистика, 2003. 256 с.

6.     Цилькер Б.Я., Орлов С.А. Организация ЭВМ и систем: Учебник для вузов. СПб: Питер, 2004. 668 с.

Дополнительная литература:

7.     Материалы сайта http://www.citforum.ru

8.     Интернет-Университет Информационных Технологий (Intuit.ru)

9.     http://infologos.narod.ru/Математическая логика в курсе информатики

10.              Виртуальный музей истории отечественных компьютеров http://informatic.ugatu.ac.ru

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Лекционные занятия проходят в мультимедийной аудитории, оснащенной компьютером и проектором. Каждая лекция сопровождается презентацией, содержащей краткий теоретический материал и иллюстративный материал. Каждая презентация построена по следующему шаблону: название лекционного занятия, цель и задачи лекции, краткое содержание предыдущей лекции (при необходимости), теоретический материал (разбит на две части с учетом перемены), в конце приведены итоги лекционного занятия, обозначена тема следующей лекции, а также вопросы и задания для самостоятельного изучения.

Презентации по лекционному курсу разбиты по темам, по отдельно взятой теме может быть несколько лекций.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению подготовки 010400.62 - прикладная математика и информатика, и профилю: численные методы.

Автор: _________________канд. тех. наук, ст. преподаватель Завозкин С.Ю.

Автор: _________________ассистент Трофимов С.Н.

Рецензент(ы) ______________________________________________

                                           (подпись, Ф.И.О.)

Рабочая программа дисциплины обсуждена на заседании кафедры

 

Зав. кафедрой _____________ д-р физ.-мат. наук, профессор Афанасьев К.Е.
                                        (подпись)

Одобрено методической комиссией факультета

Председатель ________________________ Фомина Л.Н.
                                        (подпись)