Рабочая Программа учебной дисциплины б в. 03 Архитектура компьютера Трудоемкость

фЕДЕРАЛЬНОЕ Государственное БЮДЖЕТНОЕ образовательное

«УТВЕРЖДАЮ»

Декан физико-математического факультета
_______________ М.А. Червонный

«___» ______________ 2012 года

Направление подготовки 050100.62 – Педагогическое образование_____

1. 
   Цели и задачи дисциплины:
   

Основная цель настоящего курса заключается в формировании понятий и базовых представлений об архитектурном строении современных ПК. Важное место отводится для изучения языка ассемблера.

В процессе обучения для достижения цели решаются следующие задачи:

-формирование основных представлений и принципов архитектурного строения

компьютера;

-формирование знаний и умений в использовании системных программных средств и

ресурсов компьютера для решений прикладных задач;

-формирование умений и навыков низкоуровневого программирования на языке

ассемблера;
2. Место учебной дисциплины в структуре основной образовательной программы

Дисциплина «Архитектура компьютера» входит в (Б.3) профессиональный цикл, вариативная часть, устанавливаемая вузом (факультетом). Данная дисциплина тесно связана со следующими дисциплинами: информационные технологии в математике, программирование, программное обеспечение ЭВМ, модели данных в информационных системах, объектно-ориентированное программирование, Visual Basic для приложений.

Студенты должны

• 
  знать: состав, структуру и свойства информационных процессов, состав, структуру, основные виды и процедуры обработки информации,
  
• 
  уметь: работать в качестве пользователя персонального компьютера, осуществлять
  

• 
  владеть: навыками владения одной из технологий программирования.
  

Основные формируемые компетенции:

Общекультурные компетенции:

• 
  владением культурой мышления, способностью к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения (ОК-1),
  
• 
  способностью использовать знания о современной естественнонаучной картине мира в образовательной и профессиональной деятельности, применять методы математической обработки информации, теоретического и экспериментального исследования (ОК-4);
  
• 
  готовностью к взаимодействию с коллегами, к работе в коллективе (ОК-7);
  
• 
  способностью работать с информацией в глобальных компьютерных сетях (ОК-9);
  

• 
  способностью нести ответственность за результаты своей профессиональной деятельности (ОПК-4);
  

• 
  способностью использовать возможности образовательной среды для формирования универсальных видов учебной деятельности и обеспечения качества учебно-воспитательного процесса (ПК-5);
  
• 
  способностью организовывать сотрудничество обучающихся, поддерживать активность и инициативность, самостоятельность обучающихся, их творческие способности (ПК-7);
  

• 
  готовностью использовать систематизированные теоретические и практические знания для определения и решения исследовательских задач в области образования (ПК-11);
  
• 
  способностью использовать в учебно-воспитательной деятельности основные методы научного исследования (ПК-13).
  

В результате изучения данного курса студентам необходимо

• основы организации и принципы работы основных логических блоков ЭВМ;

• основные типы внешних устройств, их принципов работы и назначения;

• основные формы представления информации в ЭВМ;

• основные принципы управления ресурсами и организации доступа к этим ресурсам;

• основы микропрограммного управления

• переводить числа в различные системы счисления;

• проводить поиск и устранение ошибок в программах на языке ассемблера;

• составлять программ на языке ассемблера.

• эффективно использовать системные ресурсы компьютера;

Владеть:

• основными принципами архитектурного строения современных ПК;

средствами защиты от компьютерных вирусов;

• базовыми архитектурами микропроцессоров;

• основами кодирования информации в ЭВМ;
4. Общая трудоемкость дисциплины (модуля) 5 зачетных единиц и виды учебной работы

История развития микропроцессорной техники, первые поколения микропроцессоров. Технологии изготовления, промышленное производство микросхем. Классификация ЭВМ.

Процессор, структура и функционирование. Организация оперативной памяти. Интерфейсы.

Общая функциональная схема персонального компьютера. Основные типы шин. Стандарты. Принципиальная схема организации шины.

Программная модель центрального процессора. Тактовая частота, разрядность, адресное пространство. Реальный режим 8086. Типичная схема адресного пространства процессора. Векторы прерываний, данные BIOS, OC MSDOS транзитивная область для прикладных программ, графический и текстовый видеобуферы.

Обычная (conventional), верхняя (upper), верхняя (high), расширенная (extended) память. Механизмы распределения памяти.
5. Внутренние регистры. Регистры данных. Регистры сегментов. Регистры указателей и индексов. Указатели команд, флаги

Список основных регистров: Регистры общего назначения. Сегментные регистры. Физический адрес. Модели памяти. Сегментная модель.

Основные классы прерываний назначения и функции. Концепция прерывания. Функции DOS-прерывания 21h и BIOS-прерывания 10h. Макросы и макроопределения. Основные элементы защищенного режима.

Устройства ввода вывода информации: видеоадаптер, монитор, принтер, накопители на гибких и жестких магнитных дисков, оптические диски, сканер. Порты ввода/вывода. Драйверы устройств.

Компиляция программы. Компоновка, отладка программы. Команды, директивы, их синтаксис и назначение. Предпроцессорные директивы Include, equ. Директивы описания и инициализации переменных DB, DW, DD. Сегментная структура программ и модели памяти. Команды Assembler. Адресация. Команды пересылки и преобразования данных. Команды двоичной арифметики. Команды передачи управления и работы со стеком. Логические команды, команды сдвига. Процедуры. Команды ввода-вывода. Прерывания.

1. 
   Цилькер Б. Я., Орлов С. А. Организация ЭВМ и систем – CПб.: Питер, 2004, – 624 с.
   
2. 
   Жмакин, А.П. Архитектура ЭВМ. / А. П.Жмакин. – СПб.: БХВ-Петербург, 2006. – 320 c.
   

1. 
   Буза М. К. Архитектура компьютера: учебник, – Минск : Новое знамя, 2009. – 559 с.
   
2. 
   Милехин В.Ф., Павловский Е.Г. Вычислительные машины, системы и сети, М.: Академия, 2007. – 560 с.
   
3. 
   Лю, Ю-Чжен. Микропроцессорные семейства 8086/8088. Архитектура, программирование и проектирование микрокомпьютерных систем, – М.: Радио и связь, 1987. –512 с.
   
4. 
   Таненбаум Э. Архитектура компьютера, – СПб.: Питер, 2002. – 704 с.
   
5. 
   Горнец Н.Н., Рощин А.Г. Соломенцев В.В. Организация ЭВМ и систем, – М.: Академия, 2006. – 320 с.
   
6. 
   Фролов А.В., Фролов Г. В. Аппаратное обеспечение IBM PC. В 2-х частях – М. : Диалог-МИФИ. 1992.
   
7. 
   Юров, В. М. Assembler. – CПб.: Питер, 2001, – 624 с.
   
8. 
   Юров В.М. Assembler. Практикум – CПб.: Питер, 2005, – 400 с.
   
9. 
   Юров В.М. справочник, – CПб.: Питер, 2003. – 456 с.
   

1. Пакет Tasm 5.0, Masm 3.1

2. Norton Utility

3. Устройство компьютера. Delta-MM Corp. 2003, CD-ROM.

4. Assembler. Delta-MM Corp. 2002, CD-ROM.

5. Пособия по информатике. НООС, http://www.edu.nsu.ru/noos

6. Программирование на Assembler. Delta-MM Corp. 2002, CD-ROM.

7. Документация по Assembler. http://rusfaq.ru.

8. Assembler. Информационный портал. http://assembler.ru
6.4. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Архитектура компьютера играет важную роль в формировании общей информационной культуры современного учителя информатики и представляет собой базовый курс тесно связанный с дисциплинами предметной подготовки.

Основным принципом курса является его открытость, причем основное внимание уделяется не только на сообщение сведений о возможностях конкретной компьютера и тренировка определенных умений, сколько на обучение общим принципам архитектурного строения ЭВМ, упор при этом делается на совмещение логических и программных основ ЭВМ, что дает в дальнейшем возможность расширять свои знания самостоятельно. Важной стороной обучения архитектуре компьютера является развитие внимания и самоконтроля на занятиях.

В начале курса рассматриваются базовые представления об архитектуре ЭВМ. Процессор, структура и функционирование, организация оперативной памяти. При изложении функциональных узлов ЭВМ рекомендуется воспользоваться наглядным электронным пособием: Архитектура компьютера (А.П. Клишин, С.А Казарин. Учебно-методическое электронное пособие с набором лабораторных работ, ТГПУ, 2005). Рассмотрение теоретических вопросов тесно связано с серией практических работ, в ходе которых закладывается математические и логические основы функционирования ЭВМ: системы счисления 2, 8, 16. алгоритмы перевода чисел из различных систем СС, кодирование и хранение целых чисел со знаком, прямой, обратный и дополнительный коды числа, сложение и вычитание целых чисел со знаком в дополнительном коде, ASC II кодировка, основные кодировки, используемые в ПЭВМ.

Вторая часть программы направлена на изложение основ языка Ассемблера. Рассмотрение начинается с анализа примера простейшей программы. Далее последовательно рассматриваются: команды Assembler, адресация, команды пересылки и преобразования данных, команды двоичной арифметики, с подробными программными иллюстрациями. Учащемуся предлагается самостоятельно написать несколько программ с демонстрацией основных возможностей языка низкого уровня. При изложении материала используются материал учебных пособий [1, 2] основного раздела. При формировании практических работ используется материал из дополнительной литературы [5, 6].

Курс излагается с опорой на развитие самостоятельного мышления студентов, самообразование. Обучение строится с использованием практических работ, методических разработок в максимально самостоятельном режиме. Для выполнения практических работ студентами выбираются задания, допускающие решения в различных вариантах. После изучения материала каждой части проводится тестирование (20-30 мин), или самостоятельная работа.

По данному курсу учащимся необходимо будет выполнить следующие задания: написать реферат, ответить на теоретические вопросы и сделать лабораторные работы.

В начале лабораторного практикума основное внимание уделяется вопросам из области математических и логических основ ЭВМ: системы счисления 2, 8, 16. алгоритмы перевода чисел из различных систем СС, кодирование и хранение целых чисел со знаком, прямой, обратный и дополнительный коды числа, сложение и вычитание целых чисел со знаком в дополнительном коде, ASC II кодировка, основные кодировки, используемые в ПЭВМ.

Далее студенты изучают основы низкоуровневого языка программирования Ассемблер. Рассматриваются примеры программ. Подробно изучаются: команды Assembler, адресация, команды пересылки и преобразования данных, команды двоичной арифметики, с подробными программными иллюстрациями. Рекомендуется использовать материал учебного пособия: Клишин А.П. Архитектура ЭВМ. Ч.1,2, − Томск, 2007.; Казарин С.А., Клишин А.П. Практикум по архитектуре компьютера. Учебное пособие. – Томск: ТГПУ. 2008. – 100 с.

1. 
   Устройство современного компьютера.
   
2. 
   Assembler язык низкого уровня.
   
3. 
   Видеокарты.
   
4. 
   Работа с хост контроллером.
   
5. 
   Работа с мышью.
   
6. 
   Архитектура современных ПЭВМ.
   
7. 
   Функциональная схема ПЭВМ. Материнская плата.
   
8. 
   Современный Микропроцессор INTEL.
   
9. 
   Современный Микропроцессор AMD.
   
10. 
    Системное программное обеспечение ПЭВМ. Обзор.
    
11. 
    Программирование внешних устройств на языке Assembler.
    
12. 
    Принципы низкоуровневого программирования.
    
13. 
    Программирование USB – контроллера.
    
14. 
    Ассемблерные вставки как метод оптимизации программ.
    
15. 
    Сетевая архитектура. Локальная сеть.
    
16. 
    Программное обеспечение портативных устройств на примере PDA.
    
17. 
    Память ПЭВМ.
    
18. 
    CD-ROM, DVD-ROM.
    
19. 
    Устройства для управления компьютерными экспериментами.
    
20. 
    Цифровая связь. Протоколы.
    
21. 
    Аппаратное обеспечение спутниковой связи.
    
22. 
    Учебный компьютер.
    
23. 
    Обучающая система по курсу архитектура компьютера.
    
24. 
    Основы цифровой системотехники.
    
25. 
    Промышленная электроника.
    
26. 
    Специализированные процессоры.
    
27. 
    Аппаратное обеспечение АСУ.
    
28. 
    Технологии изготовления печатных плат.
    

1. 
   Принципы низкоуровневого программирования.
   
2. 
   Программирование видеоадаптера.
   
3. 
   Ассемблерные вставки как метод оптимизации программ.
   
4. 
   Низкоуровневое программирование сети. Локальная сеть.
   
5. 
   Низкоуровневое программирование под Windows.
   
6. 
   Архитектура PDA.
   
7. 
   Архитектура кластера.
   
8. 
   Архитектура сервера корпоративной системы.
   
9. 
   Низкоуровневое программирование систем реального времени.
   
10. 
    Автоматизация систем научных исследований (АСНИ).
    
11. 
    Архитектура RISC – процессора.
    
12. 
    Архитектура AMD – процессора.
    
13. 
    Архитектура процессора Pentium 4.
    

1. 
   Представление чисел в ЭВМ. Формат с фиксированной запятой.
   
2. 
   Типы данных, целые числа без знака.
   
3. 
   Представление чисел в ЭВМ. Формат с плавающей запятой. Операции с плавающей запятой.
   
4. 
   Типы данных, целые числа со знаком.
   
5. 
   Сложение и вычитание чисел в ЭВМ. Прямой, дополнительный, обратный и модифицированный код.
   
6. 
   Общая структура центрального процессора. Типы современных процессоров.
   
7. 
   Процессор с РОНами, процессор со стековой организацией.
   
8. 
   Подсистема памяти. Структура и характеристики памяти.
   
9. 
   Классы запоминающих устройств.
   
10. 
    Адресное пространство процессора. Сегментированная модель памяти.
    
11. 
    Формирование физического адреса памяти. Исполнительный адрес. Прямая адресация.
    
12. 
    Формирование физического адреса памяти. Исполнительный адрес. Косвенная адресация.
    
13. 
    Этапы подготовки программ на языке Assembler.
    
14. 
    Кодирование информации в ПЭВМ. ASC II Код.
    
15. 
    Упакованный распакованный формат.
    
16. 
    Режимы адресации, используемые в языке Assembler.
    
17. 
    Регистры 16-разрядного процессора. Функции и назначение.
    
18. 
    Регистры 32-разрядного процессора. Функции и назначение.
    
19. 
    Арифметические команды, используемые в языке Assembler.
    
20. 
    Логические команды, используемые в языке Assembler.
    
21. 
    Описание данных, используемых в языке Assembler.
    
22. 
    Отладка программ. Основные возможности Turbo Debugger.
    
23. 
    Команды пересылки данных используемые в языке Assembler.
    
24. 
    Функционально-структурная схема 8-разрядного процессора.
    
25. 
    Функционально-структурная схема 32-разрядного процессора.
    
26. 
    Функционально-структурная схема 64-разрядного процессора.
    

Рабочая программа учебной дисциплины составлена:

ст. преп. кафедры информатики _______________ А.П. Клишин

Рабочая программа учебной дисциплины утверждена на заседании кафедры информатики

Зав. кафедрой информатики _______________ А.Н. Стась

протокол №______________ от «_____» _______________ 2012 г.