РОСЖЕЛДОР

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего образования

"Ростовский государственный университет путей сообщения"

(ФГБОУ ВО РГУПС)

  УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной работе - начальник учебно-методического управления М.А. Кравченко

30.06.2019 г.
"Для размещения в ЭИОС настоящая РПД подписана
с использованием простой электронной подписи"

Кафедра "Вычислительная техника и автоматизированные системы управления"

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

ДИСЦИПЛИНЫ

1Б.Б "Архитектура вычислительных систем"

по Учебному плану

в соответствии с ФГОС ВО 3+ по направлению подготовки

09.03.01 Информатика и вычислительная техника

Программа академического бакалавриата

Вычислительные машины, комплексы, системы и сети

Квалификация выпускника "Бакалавр"

Ростов-на-Дону

2019 г.

 



 






Авторы-составители Лященко Зоя Владимировна, к.т.н., доц. Ведерникова Ольга Геннадьевна, Голубенко Евгений Владимирович, Мирошников Артем Михайлович предлагают настоящую Рабочую программу дисциплины 1Б.Б "Архитектура вычислительных систем" в качестве материала для проектирования Образовательной программы РГУПС и осуществления учебно-воспитательного процесса по федеральному государственному образовательному стандарту высшего образования.

Рабочая программа дисциплины рассмотрена на кафедре "Вычислительная техника и автоматизированные системы управления".





Экспертизу Рабочей программы дисциплины провел(а):

к.т.н. Рыбалко И. П., доцент каф. "ПОВТ и АС", ДГТУ.





Рекомендуемое имя и тип файла документа:
1ББ_Архитектура в с_Б_09.03.01_во_67_ВТиАСУ_п35053_41312.doc


Наименование, цель и задача дисциплины

Дисциплина "Архитектура вычислительных систем".

Учебный план по Образовательной программе утвержден на заседании Ученого совета университета от 09.08.2017 № 15.

Целью дисциплины "Архитектура вычислительных систем" является фундаментальная подготовка в составе других базовых дисциплин блока "Блок 1 - Дисциплины (модули)" Образовательной программы в соответствии с требованиями, установленными федеральным государственным образовательным стандартом высшего образования для формирования у выпускника общепрофессиональных, дополнительных профессиональных компетенций, способствующих решению профессиональных задач в соответствии с видами профессиональной деятельности, предусмотренными учебным планом.

Для достижения цели поставлены задачи ведения дисциплины:

подготовка обучающегося по разработанной в университете Образовательной программе к успешной аттестации планируемых результатов освоения дисциплины;

подготовка обучающегося к освоению дисциплин "Вычислительные системы и сети", "Периферийные устройства вычислительной техники", "Проектирование ЭВМ и систем";

развитие социально-воспитательного компонента учебного процесса.


Перечень планируемых результатов обучения по дисциплине, соотнесенных с планируемыми результатами освоения Образовательной программы

Планируемый результат освоения дисциплины Планируемый результат освоения Образовательной программы

Знает: современные технические и программные средства взаимодействия с ЭВМ

Умеет: настраивать конкретные конфигурации операционных систем; работать с современными системами программирования, включая объектно-ориентированные

Имеет навыки: методами выбора элементной базы для построения различных архитектур вычислительных средств; навыками работы с различными операционными системами и их администрирования

ОПК-1 - способностью инсталлировать программное и аппаратное обеспечение для информационных и автоматизированных систем

Знает: - основы построения и архитектуры ЭВМ; - принципы построения, параметры и характеристики цифровых и аналоговых элементов ЭВМ; - современные технические и программные средства взаимодействия с ЭВМ; - технологию разработки алгоритмов и программ, методы отладки и решения задач на ЭВМ в различных режимах.

Умеет: - выбирать, комплексировать и эксплуатировать программно-аппаратные средства в создаваемых вычислительных и информационных системах и сетевых структурах; - ставить и решать схемотехнические задачи, связанные с выбором системы элементов при заданных требованиях к параметрам (временным, мощностным, габаритным, надежностным).

Имеет навыки: - владения методами выбора элементной базы для построения различных архитектур вычислительных средств. - владения методами анализа архитектурной и системотехнической организации вычислительных систем – определен кафедрой.

ОПК-3 - способностью разрабатывать бизнес-планы и технические задания на оснащение отделов, лабораторий, офисов компьютерным и сетевым оборудованием

Знает: основы построения и архитектуры ЭВМ; принципы построения, параметры и характеристики цифровых и аналоговых элементов ЭВМ; современные технические и программные средства взаимодействия с ЭВМ

Умеет: выбирать, комплексировать и эксплуатировать программно-аппаратные средства в создаваемых вычислительных и информационных системах и сетевых структурах

Имеет навыки: методами выбора элементной базы для построения различных архитектур вычислительных средств

ДПК-3 - способностью проверять техническое состояние удаленного периферийного и вычислительного оборудования интеллектуальных систем управления безопасных АСУ ТП и осуществлять необходимые профилактические процедуры

Место дисциплины 1Б.Б "Архитектура вычислительных систем" в структуре Образовательной программы

Дисциплина отнесена к Блоку 1Б Образовательной программы. Дисциплина входит в состав базовой части (Б).

Требования к входным знаниям, умениям и компетенциям обучающегося, необходимым для изучения данной дисциплины, соответствуют требованиям по результатам освоения предшествующих дисциплин : "Разработка и конструирование микропроцессорных устройств", "Электроника и схемотехника вычислительных машин".

Нормативный срок освоения Образовательной программы по очной форме обучения – 4 года. Наименование формы и срока обучения из базы данных РГУПС (вид обучения): 4 года очное бакалавриат.

Обозначение-аббревиатура учебных групп, для которых данная дисциплина актуальна: .

Дисциплина реализуется в 6, 7 семестрах.

Объем дисциплины в зачетных единицах с указанием количества академических часов, выделенных на контактную работу обучающихся с преподавателем (по видам учебных занятий) и на самостоятельную работу обучающихся

Вид обучения: 4 года очное бакалавриат

Общая трудоемкость данной дисциплины 9 зачетных единиц (324 часа), в том числе контактная работа обучающегося с преподавателем (КРОП) с учетом ИЗ и КСР 146 часов.

Виды учебной работы Всего часов КРОП, часов Число часов в семестре
6 7
Аудиторные занятия всего и в т.ч. 134 134 70 64
Лекции (Лек) 60 60 28 32
Лабораторные работы (Лаб) 60 60 28 32
Практические, семинары (Пр) 14 14 14  
Индивидуальные занятия (ИЗ),
контроль самостоятельной работы (КСР)
12 12 4 8
Самостоятельная работа (СРС), всего и в т.ч. 133   70 63
Контрольная работа (К)        
Реферат (Р)        
Расчетно-графическая работа (РГР)        
Курсовая работа (КР)        
Курсовой проект (КП)        
Самоподготовка 133   70 63
Контроль, всего и в т.ч. 45   36 9
Экзамен (Экз) 36   36  
Зачет (За) 9     9
Общая трудоемкость, часы 324 146 180 144
Зачетные единицы (ЗЕТ) 9   5 4

Содержание дисциплины, структурированное по темам (разделам) с указанием отведенного на них количества академических часов и видов учебных занятий

Содержание дисциплины

Семестр № 6

1. Общие сведения об электронных вычислительных машинах. (Компетенция/и ОПК-1, ОПК-3, ДПК-3)

1.1. Краткие исторические сведения о развитии ЭВМ. Классы ЭВМ: 1)Классы ЭВМ: Цифровые ЭВМ, Аналоговые ЭВМ, Гибридные ЭВМ.

1.2. Понятие информационной системы (ИС), вычислительной системы (ВС) и архитектуры: 1)Понятие информационной системы (ИС) 2) Понятие вычислительной системы (ВС) 3) Архитектура.

1.3. Классификация архитектур информационных и вычислительных систем: Классификация архитектур информационных и вычислительных систем.

2. Общие сведения об аппаратных платформах ИС (или ВС). Особенности использования различных архитектур для решения практических задач. (Компетенция/и ОПК-1, ОПК-3, ДПК-3)

2.1. Общие сведения об аппаратных платформах ВС: 1) Структурное исполнение ВС 2) Основные функции аппаратных платформ ВС.

2.2. Основные характеристики, области применения ЭВМ различных классов: 1) Принцип действия и структура ЭВМ. 2) Понятие об архитектуре ЭВМ. 5) Классификация ЭВМ и основные области их применения. 6) Основные признаки, параметры и характеристики различных типов ЭВМ.

2.3. Архитектурные особенности организации ЭВМ различных классов: 1) Обобщенная структурная схема ЭВМ общего назначения. 2)Персональные компьютеры: структуры, устройства, узлы и их взаимодействие. Шинная архитектура современных ПК 3) Структуры микро и мини-ЭВМ, специализированных ЭВМ. 4) Микроконтроллеры, одноплатная микроЭВМ и однокристальных микро-ЭВМ. 5) Мэйнфреймы и многопроцессорные ЭВМ.

3. Функциональная и структурная организация процессора. (Компетенция/и ОПК-1, ОПК-3, ДПК-3)

3.1. Основные стадии выполнения команды: 1) Классификация архитектур системы команд 2) Типы и форматы операндов 3) Типы и форматы команд 4) Цикл команды.

3.2. Функциональная и структурная организация процессора: 1) Модель вычислителя. Процессоры ЭВМ. Общие сведения, назначение, структура. Классификация процессоров. 2) Язык микроопераций 3) CISC и RISC - архитектуры процессоров. 4) Сопроцессоры. Мультипрограммный режим процессора. Аппаратные средства защиты информации в процессоре. 5) Микропроцессоры современных ПЭВМ их структуры , основные характеристики и общие сведения о структуре команд микропроцессоров. (Архитектура CISC Intel x86_x64. Архитектура RISC ARM. Архитектура RISC MSC-51, AVR, AVR 32, PIC, Mbed, TI MPS).

3.3. Принципы организации арифметико-логических устройств: 1) АЛУ, классификация, устройство. 2) Принципы организации АЛУ 3) Схемы АЛУ.

4. Организация памяти ЭВМ. (Компетенция/и ОПК-1, ОПК-3, ДПК-3)

4.1. Основные понятия и определения: 1)Классификация запоминающих устройств (ЗУ) ЭВМ. Основные характеристики. Виды: 2)) Иерархическая структура памяти ЭВМ 3) Статическая память. Динамическая память. 4) Системы управления памятью.

4.2. Память ядра ЭВМ: 1) Адресная, ассоциативная и стековая организации памяти. 2) КЭШ - память. 3) Динамическое распределение памяти. 4) Виртуальная память. 5) Организация прямого доступа к памяти.

4.3. Внешняя память: 1) Магнитные диски. 2) Массивы магнитных дисков с избыточностью (RAID). 3) Оптическая память. 4) Flash память. 5) SSD диски.6) Другие виды.

5. Организация прерываний в ЭВМ, ввод-вывод и периферийные устройства. Техническое состояние и диагностика. (Компетенция/и ОПК-1, ОПК-3, ДПК-3)

5.1. Организация прерываний в ЭВМ: 1) Внутренние прерывания 2) Внешние прерывания 3) Аппаратные прерывания 4) Программные прерывания 5) Вектор прерывания.

5.2. Организация ввода-вывода: 1) Адресное пространство ввода-вывода 2) Модули ввода-вывода 3) Каналы и процессоры ввода-вывода.

5.3. Периферийные устройства: 1) Классификация периферийных устройств. 2) Интерфейсы – системные и приборные. 3) Драйверы. 4) Основные устройства ввода информации. 5) Основные устройства вывода информации.

5.4. Техническое состояние периферийного и вычислительного оборудования: 1)Техническое состояние периферийного и вычислительного оборудования интеллектуальных систем 2)Диагностика ЭВМ 3)Профилактические процедуры.

6. Основы проектирования ЭВМ. (Компетенция/и ОПК-1, ОПК-3, ДПК-3)

6.1. Уровни абстрастракции при проектировании ЭВМ и цифровых систем и их «строительные блоки»: 1) Физическиий 2) Полупроводниковый (КМОП-транзисторы) 3) Аналоговый уровень (аналоговые схемы) 4) Уровень цифровых схем 5) Уровень логики (функциональные блоки цифровых систем) 6) Микроархитектура (процессоры) 7) Уровень архитектуры (ассемблер, машинный язык) 8) Уровень операционной системы 9) Уровень пользователя.

6.2. Уровень микроархитектуры: 1) Уровень микроархитектуры. 2)Проектирование специализированого процессора.

6.3. Параллельные алгоритмы и вычисления: 1) Параллелизм задач. Понятия параллельного программирования. 2) Показатели эффективности параллельных алгоритмов.

Семестр № 7

7. Структуры микро и мини-ЭВМ, специализированных ЭВМ. (Компетенция/и ОПК-1, ОПК-3, ДПК-3)

7.1. Одноплатная микроЭВМ: 1) Характеристики 2) Особенности 3)Структура 4) Область применения.

7.2. Однокристальная микро-ЭВМ: 1) Характеристики 2) Особенности 3)Структура 4) Область применения.

7.3. Особенности разработки цифровых устройств на основе МК: 1)Аппаратные средства МК серии PIC. 2)Специальные функции и система команд МК серии PIC.3) Особенности разработки цифровых устройств на основе МК.

7.4. Микроконтроллеры: 1) Классификация микроконтролллеров и их структура 2) Архитектура однокристального микроконтколлера (МК).3) Струкрура модульного микроконтроллера. 4) Структура процессорного ядра МК. Регистры МК. Стек МК. 5) Особенности разработки цифровых устройств на основе МК(Аппаратные средства МК серии PIC. Специальные функции и система команд МК серии PIC. Особенности разработки цифровых устройств на основе МК).

8. Архитектура вычислительных систем. (Компетенция/и ОПК-1, ОПК-3, ДПК-3)

8.1. Общие понятия архитектуры вычислительных систем: 1) Принципы построения ВС. Модель коллектива вычислителей 2) Общая классификация ВС 3) Структуры ВС. 4) Принципы технической реализации ВС.5) Архитектурные свойства ВС.6) Параллельные системы. Понятие о многомашинных и многопроцессорных вычислительных системах 7. Параллельные алгоритмы ( Понятия параллельного программирования. Показатели эффективности параллельных алгоритмов.) 8.Классификация архитектур ВС (Конвейерные ВС. Матричные ВС. Мультипроцессорные ВС. Распределенные ВС и кластеры. ВС с программируемой структурой).

8.2. Конвеерные вычислительные системы: 1) Каноническая функциональная структура конвейерного процессора. 2) Конвейерные системы типа «память-память» (Система STAR-100. Системы CYBER.) 3) Конвейерные системы типа «регистр- регистр» ( Системы Cray. Анализ конвейерных ВС).

8.3. Матричные вычислительные системы: 1) Каноническая функциональная структура матричного процессора 2) Примеры матричных процессоров: ВС ILLIAC IV, ВС DAP, ВС CM, ВС nCube 4) Анализ матричных процессоров.

8.4. Транспьютерных ВС: 1) Понятие о транспьютерных ВС и предпосылки создания 3) Семейства транспьютеров 4) Организация памяти транспьютера. 5) Параллельная обработка и коммуникации транспьютеров (Система команд транспьютера. Формат команд. Способы адресации. Команды для операций с плавающей запятой. Обработка параллельных процессов) 6) Коммуникации 7) Пересылки данных. 8) Анализ транспьютерных технологий: Анализ транспьютерных технологий.

9. Параллельные вычисления. (Компетенция/и ОПК-1, ОПК-3, ДПК-3)

9.1. Параллельное программирование: 1) Методы построения параллельных алгоритмов 2) Анализ сложности вычисления и возможности распараллеливания 4) Синхронизация параллельных вычислений.3) Основы параллельного вычисления с использованием MPI. 4) Основы параллельного вычисления с использованием OpenMP.

9.2. Прикладные задачи параллельного программирования: 1) Параллельные методы сортировки. 2) Параллельные методы обработки графов. 3) Параллельные методы решения задач линейного программирования.

10. Тенденции развития средств ВТ. (Компетенция/и ОПК-1, ОПК-3, ДПК-3)

10.1. Архитектурные решения на базе аппаратной платформы IBM: 1) Технология «POWER» 2) Технология «RAS» 3) Технология «Capasity on Demand».

10.2. Основные направления развития архитектуры микропроцессоров: 1) Развитие архитектуры универсальных процессоров.2) Клеточные и ДНК процессоры. 3) Коммуникационные процессоры 4) Процессоры БД. 5) Потоковые процессоры. 6) Нейронные процессоры. 7) Процессоры с нечеткой логикой.


Отведенное количество часов по видам учебных занятий и работы

Вид обучения: 4 года очное бакалавриат

Номер раздела данной дисциплины Трудоемкость в часах по видам занятий
Лекции Практические занятия, семинары Лабораторные работы Самоподготовка
1 2 4    
2 4   4 27
3 8   8 28
4 6   4 15
5 2   4  
6 6 10 8  
7 6     20
8 8   8 43
9 14   24  
10 4      
Итого 60 14 60 133
В т.ч. по интерактивным формам 60 14 60  

Лабораторный практикум

Вид обучения: 4 года очное бакалавриат

Номер раздела данной дисциплины Наименование лабораторных работ Трудоемкость аудиторной работы, часы
Семестр № 6
2 1.Форматы команд и режимы адресации МП i8086 2. Элементы программирования на языке ассемблера МП i8086. 4
3 Разработка и отладка ПП на языке ассемблера МП i8086. 8
4 Линейное исполнение программ. Арифметические и логические операции . Обработка массивов 2
Адресация межсегментных переходов 2
5 Команды условного и безусловного переходов. Организация ветвлений и циклов в программе 4
6 Использование подпрограмм. 4
Сортировка. 4
Семестр № 7
8 Исследование кэш-памяти и обхода памяти 4
Использование SIMD-расширений архитектуры x86 4
9 Обработка структур 24

Практические занятия (семинары)

Вид обучения: 4 года очное бакалавриат

Номер раздела данной дисциплины Наименование (тематика) практических работ, семинаров Трудоемкость аудиторной работы, часы
Семестр № 6
1 Основы программирования на языке ассемблер 4
6 Проектирование операционных узов ЭВМ 10

Самостоятельное изучение учебного материала (самоподготовка)

Вид обучения: 4 года очное бакалавриат

Номер раздела данной дисциплины Наименование тем, вопросов, вынесенных для самостоятельного изучения Трудоемкость внеаудиторной работы, часы
Семестр № 6
2 Основы программирования на языке ассемблер 27
3 Принципы органзации АЛУ Управляющие автоматы 28
4 Принципы организации памяти в ЭВМ 15
Семестр № 7
7 Проектирование операционных узлов ЭВМ 20
8 Процессоры ЭВМ. Ассемблер 43

Перечень учебно-методического обеспечения для самостоятельной работы обучающихся по дисциплине

№ п/п Библиографическое описание Ресурс
1 Майоров В.Д. Диагностика персональных компьютеров.Учебно-методическое пособие для выполнения лабораторных работ.Часть 1.ФГБОУ ВПО РГУПС.-Ростов н/Д, 2012.-41 с.:ил.-Библиогр.:4 назв. ЭБС РГУПС
2 Чернов А.В., Тишина А.В. Архитектура информационных систем: [Электронный ресурс] учебно-методическое пособие для самостоятельной работы. Принципы организации арифметико-логических устройств/А.В. Чернов, А.В. Тишина; ФГБОУ ВО РГУПС. – ЭБС РГУПС, 2017. – 49 с. ЭБС РГУПС
3 Чернов А.В., Тишина А.В. Архитектура информационных систем: [Электронный ресурс] учебно-методическое пособие для самостоятельной работы. Управляющие автоматы /А.В. Чернов, А.В. Тишина; ФГБОУ ВО РГУПС. – ЭБС РГУПС, 2017. – 25 с. ЭБС РГУПС
4 Чернов А.В., Тишина А.В. Архитектура информационных систем: [Электронный ресурс] учебно-методическое пособие для самостоятельной работы. Принципы организации памяти в ЭВМ /А.В. Чернов, А.В. Тишина; ФГБОУ ВО РГУПС. – ЭБС РГУПС, 2017. – 30 с. ЭБС РГУПС

Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации обучающихся по дисциплине

Перечень компетенций с указанием этапов их формирования в процессе освоения Образовательной программы

Компетенция Указание (+) этапа формирования в процессе освоения ОП (семестр)
6 7
ОПК-1 + +
ОПК-3 + +
ДПК-3 + +

Описание показателей и критериев оценивания компетенций на различных этапах их формирования

Компе-
тенция
Этап
формирования
ОП (семестр)
Показатель оценивания Критерий оценивания
ОПК-1 6 Балльная оценка на экзамене - полнота усвоения материала,
- качество изложения материала,
- правильность выполнения заданий,
- аргументированность решений.
Выполненное практическое задание - правильность выполнения заданий.
Выполненная лабораторная работа - правильность выполнения заданий.
7 Дуальная оценка на зачете - полнота усвоения материала,
- качество изложения материала,
- правильность выполнения заданий,
- аргументированность решений.
Выполненная лабораторная работа - правильность выполнения заданий.
ОПК-3 6 Балльная оценка на экзамене - полнота усвоения материала,
- качество изложения материала,
- правильность выполнения заданий,
- аргументированность решений.
Выполненное практическое задание - правильность выполнения заданий.
Выполненная лабораторная работа - правильность выполнения заданий.
7 Дуальная оценка на зачете - полнота усвоения материала,
- качество изложения материала,
- правильность выполнения заданий,
- аргументированность решений.
Выполненная лабораторная работа - правильность выполнения заданий.
ДПК-3 6 Балльная оценка на экзамене - полнота усвоения материала,
- качество изложения материала,
- правильность выполнения заданий,
- аргументированность решений.
Выполненное практическое задание - правильность выполнения заданий.
Выполненная лабораторная работа - правильность выполнения заданий.
7 Дуальная оценка на зачете - полнота усвоения материала,
- качество изложения материала,
- правильность выполнения заданий,
- аргументированность решений.
Выполненная лабораторная работа - правильность выполнения заданий.

Описание шкал оценивания компетенций

Значение оценки Уровень освоения компетенции Шкала оценивания (для аттестационной ведомости, зачетной книжки, документа об образования) Шкала оценивания (процент верных при проведении тестирования)
Балльная оценка - "удовлетворительно". Пороговый Оценка «удовлетворительно» выставляется обучающемуся, который имеет знания только основного материала, но не усвоил его деталей, допускает неточности, недостаточно правильные формулировки, нарушения последовательности изложения программного материала и испытывает трудности в выполнении практических навыков. От 40% до 59%
Балльная оценка - "хорошо". Базовый Оценка «хорошо» выставляется обучающемуся, твердо знающему программный материал, грамотно и по существу его излагающему, который не допускает существенных неточностей в ответе, правильно применяет теоретические положения при решении практических работ и задач, владеет необходимыми навыками и приемами их выполнения. От 60% до 84%
Балльная оценка - "отлично". Высокий Оценка «отлично» выставляется обучающемуся, глубоко и прочно усвоившему программный материал, исчерпывающе, последовательно, грамотно и логически стройно его излагающему, в ответе которого тесно увязываются теория с практикой. При этом обучающийся не затрудняется с ответом при видоизменении задания, показывает знакомство с литературой, правильно обосновывает ответ, владеет разносторонними навыками и приемами практического выполнения практических работ. От 85% до 100%
Дуальная оценка - "зачтено". Пороговый, Базовый, Высокий Оценка «зачтено» выставляется обучающемуся, который имеет знания, умения и навыки, не ниже знания только основного материала, может не освоить его детали, допускать неточности, недостаточно правильные формулировки, нарушения последовательности изложения программного материала и испытывает трудности в выполнении практических навыков. От 40% до 100%
Балльная оценка - "неудовлетворительно", Дуальная оценка - "не зачтено". Не достигнут Оценка «неудовлетворительно, не зачтено» выставляется обучающемуся, который не знает значительной части программного материала, допускает ошибки, неуверенно выполняет или не выполняет практические работы. От 0% до 39%

Типовые контрольные задания или иные материалы, необходимые для оценки знаний, умений, навыков, характеризующих этапы формирования компетенций в процессе освоения образовательной программы

Типовые контрольные задания

Курсовые проекты (работы)

не предусмотрено планом.


Контрольные работы, расчетно-графические работы, рефераты

общие сведения об электронных вычислительных машинах;

функциональная и структурная организация процессора. Основные стадии выполнения команды;

организация памяти ЭВМ;

организация прерываний в ЭВМ. Организация ввода-вывода. Периферийные устройства;

архитектура ЭВМ и механизмы реализации алгоритмов на низшем уровни. Ассемблер. Микрокод;

тенденции развития средств ВТ;

микроконтроллеры;

архитектура вычислительных систем;

конвейерные вычислительные системы.


Перечни сопоставленных с ожидаемыми результатами освоения дисциплины вопросов (задач):

Экзамен. Семестр № 6

Вопросы для оценки результата освоения "Знать":

1) Понятие информационной системы
2) Понятие архитектуры информационной системы
3) Классификация архитектур информационных систем
4) Централизованная архитектура ИС
5) Архитектура «файл-сервер»
6) Архитектура «клиент-сервер»
7) N-уровневый «клиент-сервер»
8) Два класса ЭВМ - цифровые и аналоговые.
9) Микропроцессоры x8086.
10) Принцип действия и структура ЭВМ.
11) Понятие об архитектуре ЭВМ.
12) Основные характеристики ЭВМ.
13) Классификация ЦВМ и основные области их применения.
14) Основные особенности структуры ЭВМ общего назначения (EC ЭВМ).
15) Особенности структуры мини и микроЭВМ.
16) Особенности специализированных ЭВМ.
17) Персональные компьютеры и их шинная архитектура.
18) Системные и локальные шины ПК. Чипсет.
19) Классификация процессоров. CISC и RISC - архитектуры процессоров.
20) Основные стадии выполнения команды. Рабочий цикл процессора.
21) Микропроцессоры современных ПЭВМ их структуры и основные характеристики.
22) Принципы организации и классификация АЛУ.
23) Особенности АЛУ микропроцессоров.
24) Функции управляющего устройства процессора, принципы организации.
25) Принцип действия УУ с логикой хранимой в памяти. Микропрограммное управление.
26) Принцип действия УУ с жесткой (аппаратной) логикой.
27) Классификация запоминающих устройств ЭВМ.
28) Виды и основные характеристики памяти.
29) Особенности статической и динамической памяти.
30) Иерархическая структура памяти.
31) Адресная память.
32) Ассоциативная память.
33) Стековая память.
34) КЭШ память.
35) Виртуальная память.
36) Принципы и общие вопросы организации прерываний в ЭВМ.
37) Принципы построения ПЗУ.
38) Сегментные регистры МП x8086.
39) Регистры смещений МП x8086.
40) Флаговые регистры МП x8086.
41) Семейство Intel MSC-51
42) Области применения 8 разрядных микроконтроллеров.
43) Структурная схема Intel MSC-51.
44) Структурная схема микроконтроллеров AVR
45) Платы Arduino.
46) Порты Arduino.
47) Работа с текстовым экраном Arduino
48) Работа с графическим экраном Arduino.
49) Подключение внешней памяти к Arduino
50) Внешняя память микроконтроллера AVR.

Вопросы для оценки результата освоения "Уметь":

1) Различать тип архитектуры информационной системы.
2) Различать и характеризовать тип и возможное применение ЭВМ.
3) Определять тип архитектуры системы команд.
4) Определять тип связей между блоками и узлами ЭВМ.
5) Определять характеристики ЭВМ.
6) Классифицировать ЭВМ и определять основные области их применения.
7) Отличать основные особенности структур ЭВМ разных типов.
8) Выбирать тип процессора для ПК.
9) Выбирать тип чипсета ПК.
10) Классифицировать процессоры. CISC и RISC - архитектуры процессоров.
11) Составлять цикл команды для различных типов команд.
12) Составлять микропрограммы.
13) Классифицировать запоминающие устройства ЭВМ.
14) Использовать статическую и динамическую память.
15) Различать типы параллелизма высокопроизводительных вычислений
16) Определять тип топологии вычислительной системы.
17) Определять тип структуры многопроцессорной ВС.
18) Использовать основные способы адресации операндов
19) Устанавливать драйвера периферийных устройств.
20) Определять тип интерфейса периферийного устройства.
21) Классифицировать периферийные устройства.
22) Инсталлировать основные устройства ввода информации.
23) Инсталлировать основные устройства вывода информации.

Вопросы для оценки результата освоения "Иметь навыки":

1)Принципами выбора типа архитектуры информационной системы.
2) Способами определения характеристик ЭВМ.
3) Принципами выбора типа архитектуры системы команд ЭВМ.
4) Принципами выбора типа и формата операндов для разных типов задач.
5) Способами использования основных способов адресации.
6) Способами инсталляции устройств внутренней памяти ЭВМ.
7) Способами описания цикла команды.
8) Принципами выбора типа процессора для ПК.
9) Способами представления структуры взаимодействия ядра ЭВМ и периферийных устройств.
10) Принципами классификации архитектур системы команд.
11) Принципами классификации ЭВМ.
12) Принципами классификации процессоров.
13) Навыками микропрограммирования.
14) Принципами классификации запоминающих устройств ЭВМ.
15) Принципами и общими вопросами организации прерываний в ЭВМ.
16) Принципами параллелизма как основы высокопроизводительных вычислений.
17) Способами определения типов структур многопроцессорных ВС.
18) Принципами построения устройств на микроконтроллерах.
19) Принципами классификации периферийных устройств.
20) Способами инсталляции периферийных устройств.
21) Способами инсталляции устройств внешней памяти ЭВМ.

Зачет. Семестр № 7

Вопросы для оценки результата освоения "Знать":

1) Понятие однокристального микроконтроллера (МК).
2) Классификацию микроконтроллеров.
3) Архитектуру однокристального микроконтроллера (МК).
4) Структуру модульного микроконтроллера.
5) Структуру процессорного ядра МК.
6) Регистры МК.
7) Стек МК.
8) Систему команд МК.
9) Схему синхронизации МК.
10) Память программ и данных МК.
11) Организацию связи МК с внешней средой и временем.
12) Вспомогательные средства МК.
13) Аппаратные средства МК серии PIC
14) Специальные функции и система команд МК серии PIC.
15) Особенности разработки цифровых устройств на основе МК.
16) Классификацию вычислительных систем.
17) Архитектуру ВС типа SMP.
18) Архитектуру ВС типа MPP.
19) Гибридную архитектуру ВС типа NUMA.
20) Организацию когерентности многоуровневой памяти.
21) Парадигмы программирования симметричной многопроцессорной, массивно-параллельной и гибридной архитектур вычислительных систем.
22) Архитектуру ВС типа PVP.
23) Кластерную архитектуру многопроцессорных вычислительных систем.
24) Парадигмы программирования для PVP-архитектур.
25) Ассоциативные процессоры.
26) Конвейерные процессоры.
27) Матричные процессоры.
28) Типы простых коммутаторов, используемых в коммуникационных средах вычислительных систем
29) типы составных коммутаторов, используемых в коммуникационных средах вычислительных систем
30) Требования к компонентам МВС
31) Надежность и отказоустойчивость МВС.
32) Особенности архитектуры конвейерной системы типа «память-память» STAR-100.
33) Особенности архитектуры конвейерной системы типа «память-память» CYBER.
34) Особенности архитектуры конвейерной системы типа «регистр- регистр» Cray.
35) Особенности канонической функциональной структуры матричного процессора на примере ВС ILLIAC IV.
36) Особенности канонической функциональной структуры матричного процессора на примере ВС CM.
37) Особенности канонической функциональной структуры матричного процессора на примере ВС nCube.
38) Архитектуру транспьютерных семейств.
39) Методы построения параллельных алгоритмов
40) Анализ сложности вычисления и возможности распараллеливания
41) Синхронизацию параллельных вычислений.
42) Основы параллельного вычисления с использованием MPI.
43) Основы параллельного вычисления с использованием OpenMP.
44) Параллельные методы сортировки.
45) Параллельные методы обработки графов.
46) Параллельные методы решения задач линейного программирования.
47) Структурная схема микроконтроллеров AVR
48) Платы Arduino.
49) Порты Arduino.
50) Работа с текстовым экраном Arduin
51) Работа с графическим экраном Arduino.
52) Подключение внешней памяти к Arduino
53) Внешняя память микроконтроллера AVR.

Вопросы для оценки результата освоения "Уметь":

1) Различать тип архитектуры МК
2) Классифицировать микроконтроллеры.
3) Определять тип архитектуры микроконтроллера.
4) Определять структуру модульного микроконтроллера.
5) Определять структуру процессорного ядра МК.
6) Использовать регистры МК и стек МК.
7) Применять систему команд МК.
8) Применять схемы синхронизации МК.
9) Использовать память МК.
10) Организовать связь МК с внешней средой и временем.
11) Использовать специальные функции и система команд МК серии PIC.
12) Использовать аппаратные средства МК серии PIC
13) Классифицировать вычислительные системы.
14) Различать типы параллелизма высокопроизводительных вычислений.
15) Определять тип топологии вычислительной системы.
16) Определять тип структуры многопроцессорной ВС.
17) Определять тип конвейерных систем
18) Определять каноническую функциональную структуру матричного процессора
19) Классифицировать семейство ВС транспьютеров.
20) Обработка параллельных процессов
21) Использовать методы построения параллельных алгоритмов
22) Анализировать сложности вычисления и возможность распараллеливания задач
23) Применять методы синхронизации параллельных вычислений.
24) Применять параллельное вычисление с использованием MPI.
25) Осуществлять параллельное вычисление с использованием OpenMP.
26) Применять параллельные методы сортировки.
27) Применять параллельные методы обработки графов.
28) Применять параллельные методы решения задач линейного программирования.

Вопросы для оценки результата освоения "Иметь навыки":

1) Типами архитектур МК.

2) Принципами построения устройств на микроконтроллерах.

3) Классификацией МК.

4) Знаниями об архитектуре МК.

5) Структурой модульного микроконтроллера.

6) Способами работы с регистрами и стеком.

7) Системой команд МК.

8) Структурой процессорного ядра МК.

9) Схемами синхронизации МК.

10) Специальными функциями и системой команд МК серии PIC.

11) Аппаратными средствами МК серии PIC.

12) Архитектурой конвейерных систем типа «память-память».

13) Архитектурой конвейерных систем типа «регистр- регистр».

14) Архитектурой транспьютерных семейств.

15) Методами построения параллельных алгоритмов.

16) Методами анализа сложности вычисления и возможности распараллеливания.

17) Методами синхронизации параллельных вычислений.

18) Основами параллельного вычисления с использованием MPI.

19) Основами параллельного вычисления с использованием OpenMP.

20) Параллельными методами сортировки.

21) Параллельными методами обработки графов.

22) Параллельными методами решения задач линейного программирования.

23) Принципами параллелизма как основы высокопроизводительных вычислений.

24) Способами определения типов структур многопроцессорных ВС.


Методические материалы, определяющие процедуру оценивания знаний, умений, навыков, характеризующих этапы формирования компетенций

№ п/п Библиографическое описание
1 Методические указания, определяющие процедуру оценивания знаний, умений, навыков, характеризующих этапы формирования компетенций. Ресурс ЦМКО РГУПС.
2 Методические рекомендации по составлению и апробации фондов оценочных средств (КИМ, КОС) по дисциплинам направлений подготовки (специальностей) высшего образования [Текст, Электронный ресурс] : учеб.-метод. пособие / М. С. Тимофеева, Д. В. Глазунов, А. В. Симонцева [и др.] ; ФГБОУ ВПО РГУПС. - Ростов н/Д : [б. и.], 2015. - 86 с.

Для каждого результата обучения по дисциплине определены

Показатели и критерии оценивания сформированности компетенций на различных этапах их формирования

Резуль-
тат
обуче-
ния
Компе-
тенция
Этап
формиро-вания в
процессе
освоения
ОП
(семестр)
Этапы
формирования
компетенции
при изучении
дисциплины
(раздел
дисциплины)
Показатель
сформиро-
ванности
компетенции
Критерий
оценивания
Знает, Умеет, Имеет навыки ОПК-1 6 1, 2, 3, 4, 5, 6 Балльная оценка на экзамене - полнота усвоения материала,
- качество изложения материала,
- правильность выполнения заданий,
- аргументированность решений.
1, 6 Выполненное практическое задание - правильность выполнения заданий.
2, 3, 4, 5, 6 Выполненная лабораторная работа - правильность выполнения заданий.
7 7, 8, 9, 10 Дуальная оценка на зачете - полнота усвоения материала,
- качество изложения материала,
- правильность выполнения заданий,
- аргументированность решений.
8, 9 Выполненная лабораторная работа - правильность выполнения заданий.
Знает, Умеет, Имеет навыки ОПК-3 6 1, 2, 3, 4, 5, 6 Балльная оценка на экзамене - полнота усвоения материала,
- качество изложения материала,
- правильность выполнения заданий,
- аргументированность решений.
1, 6 Выполненное практическое задание - правильность выполнения заданий.
2, 3, 4, 5, 6 Выполненная лабораторная работа - правильность выполнения заданий.
7 7, 8, 9, 10 Дуальная оценка на зачете - полнота усвоения материала,
- качество изложения материала,
- правильность выполнения заданий,
- аргументированность решений.
8, 9 Выполненная лабораторная работа - правильность выполнения заданий.
Знает, Умеет, Имеет навыки ДПК-3 6 1, 2, 3, 4, 5, 6 Балльная оценка на экзамене - полнота усвоения материала,
- качество изложения материала,
- правильность выполнения заданий,
- аргументированность решений.
1, 6 Выполненное практическое задание - правильность выполнения заданий.
2, 3, 4, 5, 6 Выполненная лабораторная работа - правильность выполнения заданий.
7 7, 8, 9, 10 Дуальная оценка на зачете - полнота усвоения материала,
- качество изложения материала,
- правильность выполнения заданий,
- аргументированность решений.
8, 9 Выполненная лабораторная работа - правильность выполнения заданий.

Шкалы и процедуры оценивания

Значение оценки Уровень
освоения
компетенции
Шкала оценивания
(для аттестационной
ведомости, зачетной
книжки, документа
об образовании)
Процедура оценивания
Балльная оценка -
"отлично",
"хорошо",
"удовлетворительно".
Дуальная оценка -
"зачтено".
Пороговый, Базовый, Высокий В соответствии со шкалой оценивания в разделе РПД "Описание шкал оценивания компетенций" Экзамен (письменно-устный).
Зачет (письменно-устный).
Выполнение практического задания в аудитории.
Выполнение лабораторной работы (подготовка отчета).
Балльная оценка -
"неудовлетворительно".
Дуальная оценка -
"не зачтено".
Не достигнут

Перечень основной и дополнительной учебной литературы, необходимой для освоения дисциплины

Основная литература

№ п/п Библиографическое описание Ресурс
1 Майоров В. Д. Организация ЭВМ и вычислительных систем : учеб. пособие / В. Д. Майоров. - 2014. - 235 с. ЭБС РГУПС
2 Новожилов, О.П. Архитектура ЭВМ и систем: учеб.пособие для академического бакалавриата / О.П. Новожилов. – М.: Изд-во Юрайт, 2018. – 527 с. ЭБС Юрайт

Дополнительная литература

№ п/п Библиографическое описание Ресурс
1 Журнал «Автоматика, связь, информатика» ЭБ public.ru
2 Рыбальченко, М.В. Архитектура информационных систем: учебное пособие для вузов / М.В. Рыбальченко. - М.: Изд-во Юрайт, 2019. – 91 с. ЭБС Юрайт

Электронные образовательные ресурсы в сети "Интернет"

№ п/п Адрес в Интернете, наименование
1 http://rgups.ru/. Ресурс ЭИОС РГУПС
2 http://www.iprbookshop.ru/. Электронно-библиотечная система "IPRBooks"
3 https://www.biblio-online.ru/. Электронно-библиотечная система "Юрайт"
4 http://www.umczdt.ru/. Электронная библиотека "УМЦ ЖДТ"
5 http://jirbis2.rgups.ru/jirbis2/. Электронно-библиотечная система РГУПС
6 https://rgups.public.ru/. Электронная библиотека "public.ru"

Профессиональные базы данных и информационно-справочные системы

№ п/п Адрес в Интернете, наименование
1 http://www.glossary.ru/. Глоссарий.ру (служба тематических толковых словарей)
2 http://www.consultant.ru/. КонсультантПлюс

Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

№ п/п Библиографическое описание Ресурс
1 Лященко З.В. Учебно-наглядное пособие - тематические иллюстрации по дисциплине "Архитектура вычислительных систем". РГУПС. - Ростов н/Д, 2019. ЭИОС РГУПС
2 Майоров В.Д. Диагностика персональных компьютеров.Учебно-методическое пособие для выполнения лабораторных работ.Часть 1.ФГБОУ ВПО РГУПС.-Ростов н/Д, 2012.-41 с.:ил.-Библиогр.:4 назв. ЭБС РГУПС
3 Чернов А.В., Тишина А.В Архитектура информационных систем: [Электронный ресурс] учебно-методическое пособие. В 3 ч. Ч. 1. Архитектура ВС: микропроцессоры INTEL 80X86 /А.В. Чернов, А.В. Тишина; ФГБОУ ВО РГУПС. – ЭБС РГУПС, 2017. – 50 с. ЭБС РГУПС
4 Чернов А.В., Тишина А.В. Архитектура информационных систем: [Электронный ресурс] учебно-методическое пособие. В 3 ч. Ч. 3. Принципы функционирования ВС /А.В. Чернов, А.В. Тишина; ФГБОУ ВО РГУПС. – ЭБС РГУПС, 2017. – 36 с. ЭБС РГУПС
5 Чернов А.В., Тишина А.В. Архитектура информационных систем: [Электронный ресурс] учебно-методическое пособие. В 3 ч. Ч. 2. Архитектура ВС: микропроцессоры INTEL 80X86 /А.В. Чернов, А.В. Тишина; ФГБОУ ВО РГУПС. – ЭБС РГУПС, 2017. – 51 с. ЭБС РГУПС

Перечень информационных технологий, включая перечень ПО и информационных справочных систем

№ п/п Наименование Произ-
во
1 Операционная система ОС Microsoft Windows. Офисное программное обеспечение Microsoft Office. Общесистемное ПО Acrobat Reader. И
2 Visual Studio (ПО специального назначения, cвободно распространяемое, для выполнения лаб.работ) И
3 MASM (ПО специального назначения, cвободно распространяемое, для выполнения лаб.работ) И

О - программное обеспечение отечественного производства

И - импортное программное обеспечение


Описание материально-технической базы, необходимой для осуществления образовательного процесса по дисциплине

Помещения(аудитории):

учебные аудитории для проведения учебных занятий;

помещения для самостоятельной работы.

Для изучения настоящей дисциплины в зависимости от видов занятий используется:

Учебная мебель;

Технические средства обучения (включая стационарный либо переносной набор демонстрационного оборудования);

Персональные компьютеры.

Самостоятельная работа обучающихся обеспечивается компьютерной техникой с возможностью подключения к сети "Интернет" и ЭИОС.


"____" _________________20___г.


Код РПД: 41312.