ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»
Согласовано
|
| Утверждаю
| Руководитель ООП
по направлению 230100
проф. И.В. Иванова
|
| Зав. кафедрой ИС и ВТ
доц. Е.Б. Мазаков
| ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«ЭВМ и периферийные устройства»
Направление: 230100 «Информатика и вычислительная техника»
Профили подготовки:
– вычислительные машины, комплексы, системы и сети
– автоматизированные системы обработки информации и управления
– программное обеспечение средств вычислительной техники и автоматизированных систем
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр
Форма обучения: очная
Составитель: доцент В.В. Спиридонов
Санкт-Петербург
2012
Составитель: доцент В.В. Спиридонов
Научный редактор: профессор И.В. Иванова
1. Цель и задачи дисциплины
Целью курса “ЭВМ и периферийные устройства” является усвоение знаний об организации и принципах построения современных ЭВМ, систем и их периферийных устройств, теоретических основ и практических навыков их анализа, проектирования и исследования, взаимодействия их программных и аппаратных средств; приобретение необходимых сведений для профессиональной деятельности в процессе построения и эксплуатации ЭВМ и систем.
Задачи дисциплины - ознакомление студентов с базовыми принципами организации, особенностями построения и взаимосвязью характеристик технических средств современных ЭВМ и систем. 2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина “ЭВМ и периферийные устройства” относится к базовой (общепрофессиональной) части профессионального цикла дисциплин (Б.3) подготовки бакалавров по направлению “Информатика и вычислительная техника” и изучается студентами очной формs обучения в течение 3 и 4 семестров.
Для освоения курса обучающийся должен изучить дисциплины “Математика”, “Информатика”, “Физика”, “Дискретная математика”, “Программирование ”, “Математическая логика и теория алгоритмов”, “Теория автоматов”, “Электротехника, электроника и схемотехника”, “Операционные системы”, часть из которых предшествует изучению данной дисциплины, а некоторые – изучаются параллельно.
К основным знаниям, необходимым для изучения дисциплины “ЭВМ и периферийные устройства”, получаемым из перечисленных дисциплин относятся: основы дискретной математики, систем счисления, двоичной арифметики, булевых функций, математической логики, исчисления предикатов, теории вероятностей и случайных процессов, физических процессов в электрических цепях и электромагнитном поле, основ механики и оптики, теории полупроводников, основ построения алгоритмов и программирования, ключевых задач операционных систем и путей их решения.
Освоение дисциплины необходимо при изучении последующих дисциплин: “Сети ЭВМ и телекоммуникации”, ”Системное программное обеспечение”, “Основы сетевых технологий”, “Теория вычислительных процессов”, “Базы данных”, “Проектирование информационных систем”, а также в курсовом и дипломном проектировании.
3. Требования к результатам освоения дисциплины:
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
ОК-1, ОК-2, ОК-10, ОК-11, ОК-12, ОК-13, ПК-1, ПК-2, ПК-3, ПК-6, ПК-9, ПК-10, ПК-11. В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать: основы построения и архитектуры ЭВМ; принципы построения, параметры и характеристики цифровых и аналоговых элементов ЭВМ; современные технические и программные средства взаимодействия с ЭВМ; алгоритмы функционирования и структурную организацию основных устройств ЭВМ; методы оценки характеристик ЭВМ и систем и отдельных их устройств; технические характеристики и экономические показатели лучших отечественных и зарубежных образцов ЭВМ и систем.
Уметь: выбирать, комплексировать и эксплуатировать программно-аппаратные средства в создаваемых вычислительных и информационных системах и сетевых структурах; инсталлировать, тестировать, испытывать и использовать программно-аппаратные средства вычислительных и информационных систем; решать задачи проектирования, выбора конфигурации, настройки и эксплуатации современных ЭВМ и систем; оценивать производительность отдельных устройств и ЭВМ в целом, зная отдельные ее составляющие; определять класс и конфигурацию ЭВМ, наилучшим образом удовлетворяющую требованиям к функционированию ее в конкретной информационной, вычислительной или управляющей системе; обучать пользователей правилам и необходимым навыкам эксплуатации ЭВМ и систем.
Владеть: методами выбора элементной базы для построения различных архитектур вычислительных средств; методами и средствами разработки и оформления технической документации ЭВМ, систем и периферийных устройств; умением выбирать устройства и блоки, необходимые для построения вычислительной системы, отвечающей заданным требованиям. 4. Объём дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоёмкость дисциплины составляет 9 зачётных единиц.
Вид учебной работы
| Всего часов
| Семестры
| 3
| 4
| Аудиторные занятия (всего)
| 140
| 96
| 44
| В том числе:
|
|
|
| Лекции
| 60
| 40
| 20
| Практические занятия (ПЗ)
| 40
| 32
| 8
| Семинары (С)
| 0
| 0
|
| Лабораторные работы (ЛР)
| 40
| 24
| 16
| Самостоятельная работа (всего)
| 184
| 120
| 64
| В том числе:
|
|
|
| Курсовой проект (работа)
| 34
| 34
| –
| Расчётно-графические работы
|
|
| –
| Реферат
|
|
| –
| Другие виды самостоятельной работы:
|
|
|
| Работа с литературой
| 150
| 86
| 64
| Вид промежуточной аттестации (зачёт, экзамен)
|
| Защита КП, экзамен
| Зачет
| Общая трудоёмкость час
зач. ед.
| 324
| 216
| 108
| 9
| 6
| 3
|
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№ п/п
| Наименование раздела дисциплины
| Содержание раздела
| 1
| Общие сведения об ЭВМ
| Основные виды ЭВМ, обобщенная структура ЭВМ, принцип программного управления, принципы фон Неймана. Основные характеристики ЭВМ.
Классификация ЭВМ. Особенности и области применения ЭВМ различных классов. Режимы работы ЭВМ.
Системные принципы организации технических средств ЭВМ. Функционально-структурный подход, основные функции систем переработки информации. Взаимосвязь функциональных возможностей, структуры, функций и основных технических характеристик устройств ЭВМ.
Общие сведения о методах оценки производительности и эффективности ЭВМ.
Комбинационные и последовательностные схемы. Функционально полный набор логических элементов.
Триггеры. Базовые узлы ЭВМ.
| 2
| Запоминающие устройства ЭВМ
| Основные понятия и определения. Классификация запоминающих устройств. Организация памяти ЭВМ. Основные характеристики ЗУ.
Иерархическая организация многоуровневой памяти ЭВМ. ЗУ с последовательной и произвольной выборкой, адресные и безадресные ЗУ.
Назначение, структура и организация работы оперативных ЗУ (ОЗУ). Многоканальный доступ и расслоение обращений.
Полупроводниковые ОЗУ. Элементы памяти, структурная организация, диаграммы работы полупроводниковых ОЗУ. Организация и основные разновидности модулей ЗУ на БИС. Сверхоперативные ЗУ, организация их работы. Кэш-память Постоянные ЗУ (ПЗУ), их разновидности и организация.
Флэш-память. Ассоциативные и многофункциональные ЗУ. ЗУ на жестких и гибких магнитных дисках. ЗУ на оптических дисках. Новые технологии и перспективы развития ЗУ.
| 3
| Процессоры ЭВМ
| Назначение процессора. Функциональная и структурная организация процессора. Базовые функциональные узлы устройств процессора.
Арифметико-логические устройства (АЛУ). Назначение, принципы организации и основные характеристики АЛУ, их классификация. Средства описания АЛУ. Базовые преобразования структур АЛУ. Обобщенные структурные схемы операционных устройств. Структура АЛУ и алгоритмы выполнения основных арифметических операций. Особенности построения АЛУ и алгоритмы выполнения арифметических операций над двоично-десятичными числами. Выполнение логических операций в АЛУ.
Основные понятия, назначение и классификация устройств управления (УУ), их функции. Организация управления выполнением последовательности команд и операций. Основные стадии выполнения команды. Взаимодействие узлов УУ при реализации переходов, циклов, обращений к процедурам и др. Системы адресации ЭВМ. Схемные УУ. УУ на основе распределителей управляющих сигналов. УУ с жесткой логикой на основе микропрограммных автоматов. Микропрограммные УУ.
| 4
| Системные средства и архитектура ЭВМ
| Системы прерывания программ ЭВМ, виды прерываний. Организация прерываний в ЭВМ, основные структурные схемы и характеристики систем прерываний. Приоритетное обслуживание прерываний. Прерывания в персональных ЭВМ. Системы памяти ЭВМ, их классификация и характеристики. Страничная и сегментная организация памяти. Способы защиты памяти. Управление обменом с внешней памятью, дисциплины обслуживания обращений к внешним ЗУ, дисковые массивы.
Организация ввода-вывода. Управление вводом-выводом в многопрограммных ЭВМ. Алгоритмы и структура интерфейсов ввода-вывода при различных видах обмена: программно-управляемом, по прерыванию, с прямым доступом к памяти. Организация шин интерфейса. Типовые интерфейсы ЭВМ.
Архитектурные особенности организации ЭВМ различных классов. Понятие о многомашинных и многопроцессорных вычислительных системах (ВС). Вычислительные комплексы (ВК). Параллельные системы. Классификация и основные типы вычислительных систем. Матричные, ассоциативные, конвейерные, потоковые ВС. Сети ЭВМ.
Физическое и математическое моделирование. Основные характеристики аналоговых и гибридных вычислительных машин. Принципы построения вычислительных устройств на основе операционного усилителя. Суммирующие, интегрирующие и дифференцирующие устройства. Множительные и делительные устройства. Устройства и методы воспроизведения нелинейных функций.
| 5
| Периферийные устройства ЭВМ
| Назначение и классификация периферийных устройств. Основные характеристики, способы подключения к ЭВМ и режимы обмена
Клавиатура, мыши, панели ввода, джойстики, сканеры, сенсорные панели. Устройства связи с объектами. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи. Датчики. Устройства графического ввода, ввод речевых сигналов. Беспроводные устройства.
Мониторы. Принтеры, плоттеры, графопостроители. Вывод звуковых сигналов. Устройства внешней памяти.
| 6
| Интерфейсы периферийных устройств ЭВМ
| Каналы обмена информацией. Способы передачи данных по каналам связи. Связь периферийных устройств с процессором ЭВМ. Параллельные и последовательные интерфейсы. Системные, локальные и приборные интерфейсы. Интерфейсы периферийных устройств.
Внутренние интерфейсы ЭВМ. Интерфейсы расширения, ISA, PCI, PCI-X, PCI Express. Малые интерфейсы.
Интерфейсы внешних ЗУ. Интерфейсы LPT, COM, USB, IEEE1394, BlueTooth Видео- и звуковые интерфейсы. Связные интерфейсы. Контроллеры интерфейсов.
|
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
№ п/п
| Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин
| № № разделов данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин
| 1
| 2
| 3
| 4
| 5
| 6
|
| Базы данных
|
| +
|
|
| +
|
|
| Основы сетевых технологий
|
|
|
| +
| +
|
|
| Проектирование информационных систем
| +
| +
| +
|
|
|
|
| Сети ЭВМ и телекоммуникации
|
| +
|
|
| +
| +
|
| Системное программное обеспечение
|
| +
| +
| +
| +
|
|
| Теория вычислительных процессов
| +
|
| +
|
|
|
|
| Дипломное проектирование
|
| +
|
| +
| +
|
|
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№ п/п
| Наименование раздела дисциплины
| Лекции
| Прак.
зан.
| Лаб.
зан.
| Семин.
| СРС
| Всего
час.
| 1
| Общие сведения об ЭВМ
| 8
| 8
|
|
| 16
| 32
| 2
| Запоминающие устройства ЭВМ
| 8
| 4
|
|
| 20
| 32
| 3
| Процессоры ЭВМ
| 12
| 12
| 16
|
| 50
| 90
| 4
| Системные средства и архитектура ЭВМ
| 12
| 6
| 8
|
| 38
| 64
| 5
| Периферийные устройства ЭВМ
| 10
| 6
| 12
|
| 36
| 64
| 6
| Интерфейсы периферийных устройств ЭВМ
| 10
| 4
| 4
|
| 24
| 42
|
6. Лабораторный практикум:.
№ п/п
| № раздела дисциплины
| Наименование лабораторных работ
| Трудо-ёмкость
(час.)
| 1.
| 3
| Исследование структуры и принципа действия двоичного арифметического устройства
| 8
| 2.
| 3
| Изучение порядка выполнения команд процессором и работы устройств микропрограммного управления
| 8
| 3.
| 4
| Определение конфигурации и оценка производительности ПЭВМ
| 8
| 4.
| 5
| Изучение устройств ввода информации
| 6
| 5.
| 5
| Изучение устройств вывода информации
| 6
| 6.
| 6
| Анализ функционирования внешних интерфейсов ЭВМ
| 4
|
7. Практические занятия:
№ п/п
| № раздела дисциплины
| Наименование практических занятий
| Трудо-ёмкость
(час.)
| 1.
| 1
| Оценка времени выполнения микропрограммы
| 4
| 2.
| 1
| Построение схемы разряда операционного устройства
| 4
| 3.
| 2
| Организация модулей ЗУ на больших интегральных схемах
| 4
| 4.
| 3
| Разработка алгоритмов управления выполнением команд
| 8
| 5
| 3
| Кодирование микроопераций в устройствах микропрограммного управления
| 4
| 6.
| 4
| Методы диспетчеризации в суперскалярных архитектурах
| 6
| 7.
| 5
| Программное управление периферийными устройствами
| 6
| 8.
| 6
| Оценка параметров внешних интерфейсов
| 4
|
8. Курсовой проект (работа) на тему: Разработка процессора несложной структуры. 9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
а) основная литература
1. Цилькер, Б.Я. Организация ЭВМ и систем: учебник для вузов / Б.Я. Цилькер, С.А. Орлов. – СПб.: Питер, 2006. – 668 с.
2. Таненбаум, Э. Архитектура компьютера / Э. Таненбаум. – СПб.: Питер, 2002, 2007.
3. Гук, М. Аппаратные средства IBM PC: энциклопедия / М. Гук. – 3-е изд. – СПб.: Питер, 2008. - 928 с. б) дополнительная литература
4. Хамахер, К. Организация ЭВМ / К. Хамахер, З. Вранешич, С. Заки.- 5-е изд. – СПб.: Питер, 2003. - 848 с.
5. Спиридонов, В.В. Проектирование структур АЛУ: учеб. пособие / В.В. Спиридонов. – СПб.: СЗПИ, 1992. - 84 с.
6. Копейкин, М.В. Управление ЭВМ: учеб. пособие / М.В. Копейкин, В.Я. Пашкин, В.В. Спиридонов. - Л.: СЗПИ, 1988. - 84 с.
7. Копейкин, М.В. Организация ЭВМ и систем: (память ЭВМ): учеб. пособие / М.В. Копейкин, В.В. Спиридонов, Е.О. Шумова. – СПб.: Изд-во СЗТУ, 2004. - 153 с.
8. Мюллер, Скотт. Модернизация и ремонт ПК / С. Мюллер - М.: ООО “И.Д. Вильямс”, 2008. - 1360 с.
9. Организация ЭВМ и систем: метод. указ. к выполнению лаб. работ / сост.: М.В. Копейкин, В.В. Спиридонов, Е.О. Шумова. – СПб.: Изд-во СЗТУ, 2005. - 35 с.
10. Организация ЭВМ и систем: метод. указ. к выполнению курс. проекта / сост.: М.В. Копейкин, В.В. Спиридонов, Е.О. Шумова. – СПб.: Изд-во СЗТУ, 2005. - 51 с. в) программное обеспечение: Microsoft Visual Studio, MASM, проприетарное ПО.
г) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы: ресурсы Интернет. 10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
a) кафедральный компьютерный центр _____________________________________________________________________________
Разработчики:
кафедра ИС и ВТ доцент В.В. Спиридонов
|