Архітектура комп’ютерних систем - Робоча програма навчальної дисципліни (Силабус)
Реквізити навчальної дисципліни
| Рівень вищої освіти | Перший (бакалавр) |
| Галузь знань | 12 Інформаційні технології |
| Спеціальність | 126 Інформаційні системи та технології |
| Освітня програма | Інформаційне забезпечення робототехнічних систем |
| Статус дисципліни | Нормативна. Цикл професійної підготовки |
| Форма навчання | очна(денна) |
| Рік підготовки, семестр | 2 курс, осінній семестр |
| Обсяг дисципліни | 4 кредити 120 годин (36 годин – Лекції, 18 годин – Практичні заняття) |
| Семестровий контроль/ контрольні заходи | Залік |
| Розклад занять | http://rozklad.kpi.ua |
| Мова викладання | Українська |
| Інформація про керівника курсу / викладачів | Лектор: к.т.н., доцент, доцент Батрак Євгеній Олександрович, Практичні: к.т.н., доцент, доцент Батрак Євгеній Олександрович, |
| Розміщення курсу | https://campus.kpi.ua |
Програма навчальної дисципліни
Опис навчальної дисципліни, її мета, предмет вивчання та результати навчання
Опис дисципліни. При проходженні даної дисципліни студенти ознайомляться з поняттям «Архітектури комп’ютерних систем». На лабораторних заняттях опанують Quartus Prime. В курсі передбачений контроль якості отриманих знань у вигляді експрес-контрольних та модульних контрольних робіт. На лекціях проводитимуться лабораторні групові заняття.
Предмет навчальної дисципліни: вивчення навчальної дисципліни є елементна база сучасної обчислювальної техніки. В даному курсі студенти вивчають будову сучасних електронно-обчислювальних машин і систем, різноманітного периферійного обладнання, їх основні технічні характеристики та характеристики типових комплектуючих, досліджують питання сумісності та протоколи взаємодії компонентів обчислювальної техніки. Набуті при вивченні дисципліни знання дозволяють кваліфіковано експлуатувати та обслуговувати засоби обчислювальної техніки, надавати рекомендації з питань їх придбання та модернізації у відповідності до потреб вирішуваних виробничих задач**.**
Міждисциплінарні зв’язки. Дисципліна для підготовки бакалаврів за спеціальністю «Інформаційні системи та технології», яка відноситься до циклу професійної підготовки та зв’язана з ЗО-05 «Вища математика» та ЗО-06 «Фізика», забезпечує вивчення дисципліни ПО-22 «Комп'ютерна електроніка та мікропроцесорні системи» та ПО-25 «Інформаційно-сенсорні системи роботів».
Мета навчальної дисципліни. Метою викладання даної дисципліни є надання майбутнім фахівцям знань основ архітектури обчислювальних систем, будови, технічних характеристик та принципів функціонування основних складових ЕОМ.
Основні завдання навчальної дисципліни
Знання:
основних характеристик та галузей застосування комп’ютерних систем різних типів;
принципів функціональної та структурної організації процесорів;
організації багаторівневої пам'яті комп’ютерних систем;
представлення даних у комп’ютері та способів обробки даних;
сучасні технології пам’яті, типи пам’яті;
сучасних інформаційних технологій та використання їх для розв’язування наукових та практичних задач в галузі проектування та компонування комп’ютерних систем;
організації зберігання та введення-виведення інформації.
Уміння:
вільно користуватись загальною та спеціальною термінологією і літературою;
робота в Quartus з мовою SystemVerilog HDL;
оцінити опис коду;
виконувати перетворення з покращенням коду;
аналіз отриманих результатів;
на базі технічних вимог до архітектури комп’ютерних систем (функціональність, надійність, продуктивність) вибирати сучасні компоненти та розробляти структуру системи (від персонального комп’ютера до кластер них систем) на основі принципів побудови подібних систем;
ставити завдання, аналізувати, давати порівняльну характеристику різних варіантів архітектурних рішень на етапах розробки комп’ютерної техніки;
розробляти архітектуру комп’ютерів різних класів за призначенням, вибирати й складати системи команд, обирати формати команд i структуру даних;
на базі аналізу принципів функціонування складових та комп’ютерної системи в цілому моделювати та вибирати елементи й вузли системи;
розробляти вимоги до внутрішній та пам’яті комп’ютера, вибирати тип, складати структурну і функціональну схеми, проводити розрахунки показників модулів і пристроїв оперативної та зовнішньої кеш-пам’яті, будувати й програмувати постійні запам’ятовуючі пристрої ядра комп’ютера;
визначати надійність комп’ютерних систем за допомогою показників надійності, використовуючи різні математичні моделі;
вирішувати найбільше розповсюджених проблеми в галузі комп’ютерної техніки.
Зміст навчальної дисципліни
Лекційні заняття
Розділ 1. Структура та принципи роботи комп'ютера;
Розділ 2. Порядок виконання команд і програм у комп'ютері;
Розділ 3. Процесор універсального комп'ютера;
Розділ 4. Управління комп'ютером;
Розділ 5. Організація пам’яті;
Розділ 6. Організація введення-виведення;
Розділ 7. Паралельні комп’ютерні системи.
Практичні заняття
1. Операція додавання;
2. Операція віднімання;
3. Операція множення;
4. Операція ділення;
5. Алгоритмічно-логічний пристрій (АЛП);
6. Тригер, регістр, JK-тригер, JK-регістр;
7. JK-засувка, ROM, RAM.
Навчальні матеріали та ресурси
Базова література
1. Харрис, Д. М. Цифровая схемотехника и архитектура компьютера / Дэвид М. Харрис, Сара Л. Харрис. - Нью-Йорк : Elsevier. inc : Изд-во Morgan Kaufman, 2013. - 1662 с.
2. Архітектура комп’ютерних систем: лабораторний практикум [Електронний ресурс] : навчальний посібник для студ. спеціальності 126 «Інформаційні системи та технології» / Є. О. Батрак ; КПІ ім. Ігоря Сікорського. – Електронні текстові дані– Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2020. – 110 с.
3. В.Д. Тарарака. Архітектура комп’ютерних систем. – Житомир : ЖДТУ, 2018. – 383 с.
2. А.О. Мельник. Архітектура комп’ютера. – Луцьк, Волинська обласна друкарня, 2008. – 470 с.
3. Персональный компьютер: Учеб. курс для вузов / С.В. Глушаков, И.В Мельников. – Харьков 2000. – 501 с.
4. System Verilog Tutorial [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http: //www.asic- world.com/systemverilog/tutorial.html.
5. Пошаговая инструкция: создаем проект Quartus II [Електронний ресурс]. – Режим доступу: https://marsohod.org/11-blog/78-newproject.
6. Язык описания аппаратуры Verilog HDL [Електронний ресурс]. – Режим доступу: https://marsohod.org/verilog.
Допоміжна література
1. Валецька Т.М. Комп'ютерні мережі. Апаратні засоби: навчальний посібник.-К.: Центр навчальної літератури, 2007. – 208 с.
2. Локазюк В. М. Мікропроцесори та мікро-ЕОМ у виробничих системах: посібник. – К.: Видавничий центр « Академія », 2002. – 368 с.
3. Организация ЭВМ. –5-е изд. /К. Хамахер, З. Вранешич, С. Заки. – СПб.: Киев: Издательская группа ВНV, 2003. – 848 с.
4. Поворознюк А.И. Архитектура компьютеров. Архитектура микропроцессорного ядра и системных устройств: учеб. пособие. Ч.1. – Харьков: Торнадо, 2004. – 355 с.
5. Рябенький В.М., Жуйков В.Я., Гулий В.Д. Цифрова схемотехніка: навч. посібник. – Львів: «Новий світ – 2000», 2009. – 736 с.
6. Тарарака В.Д. Обчислювальна техніка. Ч.І. Основи побудови ЕОМ: навчальний посібник. – Житомир: ЖВІРЕ, 2003. – 348 с.
7. Тарарака В.Д. Обчислювальна техніка. Ч. ІІ. Апаратні засоби персональних комп'ютерів: навчальний посібник. - Житомир ЖВІРЕ, 2004. – 308 с.
Навчальний контент
Методика опанування навчальної дисципліни (освітнього компонента)
Надається інформація (за розділами, темами) про всі навчальні заняття (лекції, практичні, семінарські, лабораторні)
Лекційні заняття
| № з/п | Назва теми лекції та перелік основних питань (перелік дидактичних засобів, посилання на літературу та завдання на СРС) |
|---|---|
| 1 | Лекція 1 Структура та принципи роботи комп'ютера Тема 1.1.Функції та основні функціональні вузли комп’ютерів. Основні характеристики апаратних засобів комп’ютера. Типи сучасних комп’ютерів. Тема 1.2. Базова архітектура комп'ютера. Рівні деталізації типів комп’ютера. |
| 2 | Лекція 2 Порядок виконання команд і програм у комп'ютері Тема 2.1. Функціональна організація комп’ютера. Тема 2.2. Представлення даних в комп’ютері. Тема 2.3. Архітектура системи команд комп'ютера. Тема 2.4. Типи і формати команд. |
| 3 | Лекція 3 Процесор універсального комп'ютера. Тема 3.1. Структура та функції процесора. Базові принципи побудови процесора. Тема 3.2. Особливості процесорів із складною та простою системою команд. Тема 3.3. Конвеєрне виконання команд у процесорі. Тема 3.4. Паралельне виконання команд у процесорі. |
| 4 |
|
| 5 | Лекція 5 Організація пам’яті
|
| 6 | Лекція 6 Організація введення-виведення Тема 6.1. Методи управління введенням-виведенням інформації. Тема 6.2. Організація шин комп'ютерних систем. Тема 6.3. Пристрої введення виведення. Інтерактивні пристрої введення інформації. |
| 7. | Лекція 7 Паралельні комп’ютерні системи Тема 7.1. Паралельні обчислення. Паралельні комп'ютерні системи. Тема 7.2. Топології обчислювальних систем. Тема 7.3. Управління пам'яттю обчислювальних систем. |
Практичні заняття
| № | Назва практичних робіт | Кількість ауд. годин |
|---|---|---|
| 1 | Практична робота 1. Операція додавання | 2 |
| 2 | Практична робота 2. Операція віднімання | 2 |
| 3 | Практична робота 3. Операція множення | 2 |
| 4 | Практична робота 4. Операція ділення; | 2 |
| 5 | Практична робота 5. Алгоритмічно-логічний пристрій (АЛП); | 2 |
| 6 | Практична робота 6. Тригер, регістр, JK-тригер, JK-регістр; | 2 |
| 7 | Практична робота 7. JK-засувка, ROM, RAM. | 2 |
| 8 | Іспит |
Самостійна робота студента
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Політика та контроль
Політика навчальної дисципліни (освітнього компонента)
Зазначається система вимог, які викладач ставить перед студентом:
- правила відвідування практичних занять:
виконання практичної роботи в аудиторії у присутності викладача (на період карантину – в дистанційному режимі);
- правила поведінки на заняттях:
підготовка коротких доповідей та відключення телефонів;
правила захисту практичних робіт:
відповіді на запитання, та звіт до практичної роботи;
- правила призначення заохочувальних та штрафних балів:
Заохочувальні до 7 балів у разі залучення додаткових коментарів, що ширше розкривають відповіді на запитання.
Максимальна кількість балів за роботу зменшується, якщо:
студент не знає частини теоретичного матеріалу –1..–3 бали;
не виконано попередню підготовку до роботи –1..–2 бали;
Види контролю та рейтингова система оцінювання результатів навчання (РСО)
Вказуються всі види контролю та бали за кожен елемент контролю:
Поточний контроль: контрольні роботи.
Календарний контроль: провадиться двічі на семестр як моніторинг поточного стану виконання вимог силабусу.
Семестровий контроль: іспит
Умови допуску до семестрового контролю: Необхідною умовою допуску до екзамену є зарахування розрахункової роботи та всіх практичних робіт, а також стартовий рейтинг (rC) не менше 60 % від R, тобто 60 балів.
Рейтинг студента з дисципліни складається з балів, що він отримує за:
виконання та захист 7 практичних робіт;
одна контрольна роботу;
відповідь на іспиті (у разі відсутності автоматизованого рейтингу).
Система рейтингових (вагових) балів та критерії оцінювання
- Робота на практичних заняттях
Вагові бали за практичні роботи:
1 – 7 робіт max 9 балів за одну роботу.
Максимальна кількість балів на всіх лабораторних заняттях дорівнює:
9 балів × 7 = 63 балів.
Максимальна кількість балів за роботу зменшується, якщо:
студент не знає частини теоретичного матеріалу –1..–3 бали;
не виконано попередню підготовку до роботи –1..–2 бали;
- Поточний контроль
Ваговий бал - 30. Максимальна кількість балів за контрольну роботу дорівнює
30 бал × 1 = 30 балів.
В кожному варіанті контрольної роботи містяться завдання різного рівня складності, в залежності від якого вони при правильному виконанні оцінюються від 3 до 5 балів (вони вказані біля кожного завдання окремо). Максимальна кількість балів за завдання зменшується на 5 балів, якщо дано правильну, але неповну відповідь; на 2 бал, якщо дано правильну відповідь, але допущено несуттєву помилку.
Штрафні та заохочувальні бали за:
відсутність на занятті без поважної причини -2 бали;
несвоєчасне подання практичних робіт або КР -2 бали;
виконання завдань із удосконалення дидактичних матеріалів з дисципліни надається від 1 до 7 заохочувальних балів.
Розрахунок шкали (R) рейтингу
Сума вагових балів контрольних заходів протягом семестру складає:
RС = 63 + 30 = 93 бали.
Заохочувальні до 7 балів.
Таким чином, рейтингова шкала з дисципліни складає R = 93 + 7 = 100 балів.
Необхідною умовою допуску до екзамену є зарахування розрахункової роботи та всіх практичних робіт, а також стартовий рейтинг (rC) не менше 60 % від R, тобто 60 балів.
Для отримання студентом відповідних оцінок (ЕСТS та традиційних) його рейтингова оцінка R переводиться згідно з таблицею:
| R | оцінка ЕСТS | традиційна оцінка |
| 95…100 | A | відмінно |
| 85…94 | B | дуже добре |
| 75…84 | C | добре |
| 65…74 | D | задовільно |
| 60…64 | E | достатньо |
| R < 60 | Fx | незадовільно |
| rС < 25 або не виконано інші умови допуску до екзамену | F | не допущений |
Робочу програму навчальної дисципліни (Силабус):
Складено доцент, к.т.н., доцент Батрак Євгеній Олександрович
Ухвалено кафедрою ІСТ (протокол № 13 від 15.06.2022 р.)
Погоджено Методичною комісією факультету[1] (протокол № 11 від
07.07.2022 р.)
[1] Методичною радою університету – для загальноуніверситетських дисциплін.
