Программное обеспечение средств вычислительной техники и автоматизированных систем

УТВЕРЖДАЮ

Директор института

___________

«___»_____________2011 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА МОДУЛЯ ДИСЦИПЛИНЫ

АРХИТЕКТУРА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

НАПРАВЛЕНИЕ ООП 230100 Информатика и вычислительная техника

ПРОФИЛЬ ПОДГОТОВКИ Программное обеспечение средств вычислительной техники и автоматизированных систем

КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ) бакалавр

БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ План ПРИЕМА 2011 г.

КУРС 4

СЕМЕСТР 7

КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ 2 кредита ECTS

ПРЕРЕКВИЗИТЫ Б2.В1.1, Б2.Б1, Б3.Б3.1, Б3.Б3.2, Б3.Б4.1

КОРЕКВИЗИТЫ Б3.В.3.7, Б3.В.4.3, Б3.В.4.5

ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:

Лекции 18 час.

АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ 18 час.

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА 18 час.

ИТОГО 36 час.

ФОРМА ОБУЧЕНИЯ очная

ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ зачет

ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ кафедра АиКС

ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ АиКС ____________

РУКОВОДИТЕЛЬ ООП ____________

РУКОВОДИТЕЛЬ ПРОФИЛЯ ____________

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ ____________

2011 г.

1.  Цели освоения дисциплины

Изучение дисциплины направлено на достижение цели Ц1 ООП: «Подготовка выпускников к проектно-конструкторской деятельности в области создания и внедрения аппаратных и программных средств объектов профессиональной деятельности в соответствии с техническим заданием и с использованием средств автоматизации проектирования» и Ц4 ООП: «Подготовка специалистов к монтажно-наладочной и сервисно-эксплуатационной деятельности для ввода разработанных объектов профессиональной деятельности в опытную и промышленную эксплуатацию с выполнением требований защиты окружающей среды и правил безопасности производства.»

2.  Место дисциплины в структуре ООП

Дисциплина входит в состав вариативной части профессионального цикла по профилю «Программное обеспечение средств вычислительной техники и автоматизированных систем». В предыдущем ФГОС дисциплина являлась обязательной для всего направления.

Пререквизитами данной дисциплины являются: организация ЭВМ, электротехника и электроника, информатика, дискретная математика. Знания и умения, полученные при изучении дисциплины «Архитектура вычислительных систем», могут быть востребованы при освоении предметов: «Параллельные вычисления и системы», «Методы и средства проектирования информационных систем и технологий», «Теория вычислительных процессов».

3.  Результаты освоения дисциплины

Основным планируемым результатом является возможность применять базовые и специальные знания в области современных информационных технологий для решения инженерных задач (Р2), разрабатывать программные и аппаратные средства (системы, устройства, блоки, программы, базы данных и т. п.) в соответствии с техническим заданием и с использованием средств автоматизации проектирования (Р4), внедрять, эксплуатировать и обслуживать современные программно-аппаратные комплексы, обеспечивать их высокую эффективность, соблюдать правила охраны здоровья, безопасность труда, выполнять требования по защите окружающей среды (Р6).

Результаты освоения дисциплины позволят студенту:

знать

-  современные тенденции развития информатики и вычислительной техники, компьютерных технологий (З.2.1);

-  основы построения архитектур ЭВМ (З.2.3);

-  принципы построения, параметры и характеристики цифровых и аналоговых элементов ЭВМ, функциональных узлов комбинационного и последовательностного типа (З.4.3);

-  современные технические и программные средства взаимодействия с ЭВМ (З.6.3).

уметь

-  применять вычислительную технику для решения практических задач (У.2.1);

-  выбирать, комплексировать и тестировать аппаратные средства вычислительных систем (У.2.3);

-  ставить и решать схемотехнические задачи, связанные с выбором системы элементов при заданных требованиях и параметрах (временных, мощностных, габаритных, надёжностных) (У.4.3);

-  инсталлировать, тестировать, эксплуатировать программно-аппаратные средства вычислительных и информационных систем (У.6.3).

владеть

-  навыками работы на персональном компьютере (В.2.1);

-  навыками конфигурирования компьютеров различного назначения (В.2.3);

-  методами выбора элементной базы для построения различных архитектур вычислительных средств (В.4.3);

-  навыками запуска в работу и эксплуатации периферийных устройств. (В.6.3).

В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие компетенции:

1.Универсальные (общекультурные)

-  владение культурой мышления, способностью к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей её достижения (ОК-1);

-  использование основных законов естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применение методов математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-10);

2. Профессиональные

-  разрабатывать модели компонентов информационных систем, включая модели баз данных (ПК-4);

-  разрабатывать компоненты программных комплексов и баз данных, использовать современные инструментальные средства и технологии программирования (ПК-5);

-  обоснование принимаемых проектных решений, постановка и выполнение экспериментов по проверке их корректности и эффективности (ПК-6).

4. Структура и содержание дисциплины

4.1 Аннотированное содержание разделов дисциплины

1. Основные понятия архитектуры вычислительных систем (ВС) и проблемы построения современных ВС

Понятие архитектуры, семантический разрыв, анализ архитектурных принципов Фон Неймана и способы усовершенствования архитектуры ВС, особенности функционирования управляющей ЭВМ.

2. RISC - и CISC - архитектуры процессоров

Отличительные черты RISC - и CISC - архитектур, методы адресации и типы команд, компьютеры со стековой архитектурой, система команд, процессоры с микропрограммным управлением, горизонтальное микропрограммирование, вертикальное микропрограммирование.

3. Компьютеры с микропрограммным управлением

Тактирование. Управляющие автоматы. Фрагментация команд. Основные функции управляющего устройства процессора. Понятие микрооперации, микрокоманды и микропрограммы.

4. Оценка производительности ВС. Классификация тестовых программ

Пиковая производительность ВС, Реальная производительность. Способы измерения реальной производительности, Тесты Linpack, Пакеты тестовых программ SPEC XX, Пакеты тестовых программ ТРС.

5. Методы повышения производительности современных ЭВМ

Параллелизм операций. Конвейеризация вычислений. Оценка эффективности использования методов повышения производительности ВС. Примеры практической реализации вычислительных модулей.

6. Структуры межмодульных связей ВС. Примеры построения реальных ВС

Компьютерные сети. Методы объединения вычислительных моделей. Понятие многопроцессорности. Многомашинные ВС. Особенности ВС CRAY C90, HP Superdome, CRAY T3D/T3E.

7. Классификация ВС

Классификация Флинна, классификация Фенга, классификация Хокни, классификация Дункана. Основные классы современных параллельных компьютеров: массивно-параллельные системы, симметричные мультипроцессорные системы, системы с неоднородным доступом к памяти, параллельные векторные системы, кластерные системы.

8. Взаимодействие и управление процессами

Последовательные и параллельные процессы. Понятие процесса и состояния, управление процессами в многопроцессорном компьютере, управление процессами в однопроцессорном компьютере, форматы таблиц процессов, синхронизация процессов, операции P и V над семафорами, графическое представление процессов, почтовые ящики, монитор Хоара, проблема тупиков, тупик в случае повторно используемых ресурсов. Отношение предшествования процессов, типы параллелизма, направления повышения эффективности компьютеров, предпосылки создания систем параллельного действия.

9. Коммутаторы вычислительных систем

Простые коммутаторы, алгоритмы арбитража, особенности реализации шин, недостатки шинных структур, составные коммутаторы, коммутатор Клоза, распределенные составные коммутаторы.

10. Языки параллельного программирования

Основные подходы к проектированию языков параллельного программирования, примеры языков параллельного программирования, преобразование последовательных программ в последовательно-параллельные, способы организации мультипроцессорных систем.

11. Перспективы развития ВС

Квантовые компьютеры. Оптические компьютеры. Нейронные сети.

4.2. Структура дисциплины по разделам и формам организации обучения

Распределение трудоемкости по разделам курса и формам обучения приведено в таблице 1.

Таблица 1

Структура дисциплины

по разделам и формам организации обучения

4.3 Распределение компетенций по разделам дисциплины

Распределение по разделам дисциплины планируемых результатов обучения приведено в таблице 2. Разделы дисциплины соответствуют п.4.1.

Таблица 2.

Распределение по разделам дисциплины планируемых результатов обучения

5. Образовательные технологии

Достижение планируемых результатов освоения дисциплины обеспечивается образовательными технологиями, сочетание которых приведено в таблице 3.

Таблица 3.

Методы и формы организации обучения (ФОО)

* - Тренинг, ** - Мастер-класс

6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов

6.1 Текущая СРС состоит в проработке лекционного материала, подготовке к лабораторным работам и контрольным работам. Она составляет 18 часов и включает:

1) проработку лекционного материала (12 ч.)

2) подготовку к контрольным работам (6 ч.)

6.2 Контроль самостоятельной работы

Текущий контроль осуществляется при выполнении контрольных тестов, проводимых на лекциях. Оценка результатов самостоятельной работы организуется как единство двух форм: самоконтроль и контроль со стороны преподавателей. Оценка преподавателем самостоятельной работы студентов отражена в рейтинг-плане.

6.4  Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов

-  Цапко указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Архитектура вычислительных систем» /Том. политехн. ун-т. – Томск, 2003. – 60 с.

-  , Воеводин Вл. В. Параллельные вычисления. – СПб: БХВ-Питербург, 2002. – 608с.

-  Корнеев вычислительные системы. – М.: Нолидж, 1999. – 320с.

-  Немнюгин программирование для многопроцессорных вычислительных систем. – СПб.: БХВ-Петербург, 2002. – 400 с.

7. Средства (ФОС) текущей и итоговой оценки качества освоения дисциплины

Фонд оценочных средств включает в себя: 3 тестовых контрольных работы, охватывающих первые все разделы курса.

1.   Общие понятия архитектуры вычислительной системы.

2.   Оценка современных компьютеров. Методы полвышения производительности вычислительных систем.

3.   Организация когерентности многоуровневой иерархической памяти.

Вопросы, выносимые на зачетную контрольную работу

1.  Архитектуры ВС. Вычислительные и логические возможности.

2.  Архитектуры ВС. Аппаратные средства.

3.  Архитектуры ВС. Программное обеспечение.

4.  Классификация системы команд по назначению.

5.  Многоуровневая организация архитектуры ВС.

6.  Основные причины возникновения узких мест в компьютере.

7.  Методология оценки производительности. Основные задачи оценки производительности.

8.  Описание рабочей нагрузки (основные функции модели рабочей нагрузки, виды моделей рабочей нагрузки и их достоинства-недостатки).

9.  Модели системы (виды моделей системы).

10.  Модели производительности (виды моделей производительности, способы получения данных).

11.  Классификация ВС. Классификация Флина.

12.  Классификация ВС. Классификация Хокни.

13.  Классификация ВС. Классификация Фенга.

14.  Классификация ВС. Классификация Дункана.

15.  Классификация ВС. Классификация Хендлера.

8. Учебно-методическое и информационное обеспечение модуля (дисциплины)

Основная литература

Дополнительная литература

9. Программное обеспечение и Internet-ресурсы

10. Материально-техническое обеспечение дисциплины

1. Компьютеры класса IBM PC с операционной системой Windows-*.

Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС по направлению 230100 «Информатика и вычислительная техника» и профилю «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем».

Программа одобрена на заседании кафедры автоматики и компьютерных систем

(протокол № __8__ от «__2_» ____06___ 2011___ г.).

Автор

Рецензент