3

Аннотация к рабочей программе дисциплины

«ЭВМ и периферийные устройства»

Дисциплина «ЭВМ и периферийные устройства» реализуется в рамках

образовательной программы высшего образования – программы бакалавриата 09.03.01

ИНФОРМАТИКА И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА по очной форме обучения на

русском языке.

Место в образовательной программе: Дисциплина «ЭВМ и периферийные

устройства» развивает знания, умения и навыки, сформированные у обучающихся по

результатам изучения следующих дисциплин: «Программирование».

Дисциплина «ЭВМ и периферийные устройства» является базовой для освоения

дисциплин «Основы параллельного программирования», «Эффективное

программирование современных микропроцессоров и мультипроцессоров», «Архитектура

современных микропроцессоров и мультипроцессоров».

Дисциплина «ЭВМ и периферийные устройства» реализуется в 3 семестре в рамках

вариативной части дисциплин (модулей) Блока 1 и является обязательной дисциплиной.

Дисциплина «ЭВМ и периферийные устройства» направлена на формирование

компетенций:

ОПК-2 - способность осваивать методики использования программных средств для

решения практических задач, в части следующих результатов обучения:

ОПК-2.1 способен на основе знания основных функций и возможностей

программного обеспечения проектировать и разрабатывать программные средства для

решения практических задач в соответствии с техническим заданием

ОПК-4 - способность участвовать в настройке и наладке программно-аппаратных

комплексов, в части следующих результатов обучения:

ОПК-4.2 знать принципы организации ЭВМ и периферийных устройств

ПК-3 - способность обосновывать принимаемые проектные решения, осуществлять

постановку и выполнять эксперименты по проверке их корректности и эффективности, в

части следующих результатов обучения:

ПК-3.1 проводить эксперименты по заданной методике и анализировать результаты

Перечень основных разделов дисциплины:

Дисциплина посвящена изучению организации ЭВМ и периферийных устройств. В

рамках лекций даются фундаментальные знания, необходимые для формирования

системного взгляда студентов на предметную область, а также изучаются конкретные

архитектуры микропроцессоров, осуществляется знакомство студентов с периферийными

устройствами, их организацией и принципами работы.

При освоении дисциплины студенты выполняют следующие виды учебной работы:

лекции, лабораторные занятия, самостоятельная работа. В учебном процессе

предусматривается использование активных и интерактивных форм проведения занятий.

В частности, на лекциях устраивается обсуждение материала предыдущей лекции.

Самостоятельная работа включает: выполнение практических заданий и подготовку к

зачету.

Общий объем дисциплины – 4 зачетных единицы (144 часа).

4

Правила аттестации по дисциплине. Текущий контроль по дисциплине «ЭВМ и

периферийные устройства» осуществляется следующим образом. На практических

занятиях проводится защита портфолио по выполненным практическим заданиям.

Успешная защита портфолио является одним из условий успешного прохождения

промежуточной аттестации.

Промежуточная аттестация по дисциплине «ЭВМ и периферийные устройства»

проводится по завершению периода ее освоения (семестра). Промежуточная аттестация

производится в форме устного опроса студента. По результатам аттестации выставляется

оценка по шкале «неудовлетворительно», «удовлетворительно», «хорошо», «отлично».

Оценки «отлично», «хорошо», «удовлетворительно» означают успешное прохождение

промежуточной аттестации.

Учебно-методическое обеспечение дисциплины.

Учебно-методический комплекс по дисциплине «ЭВМ и периферийные устройства» на

сайте кафедры параллельных вычислений ФИТ: http://ssd.sscc.ru/ru/chair/nsu/computer-and-

peripherals.

5

1. Внешние требования к дисциплине

Таблица 1.1

ОПК-2 - способность осваивать методики использования программных средств для

решения практических задач, в части следующих результатов обучения:

ОПК-2.1 способен на основе знания основных функций и возможностей программного

обеспечения проектировать и разрабатывать программные средства для решения

практических задач в соответствии с техническим заданием

ОПК-4 - способность участвовать в настройке и наладке программно-аппаратных

комплексов, в части следующих результатов обучения:

ОПК-4.2 знать принципы организации ЭВМ и периферийных устройств

ПК-3 - способность обосновывать принимаемые проектные решения, осуществлять

постановку и выполнять эксперименты по проверке их корректности и

эффективности, в части следующих результатов обучения:

ПК-3.1 проводить эксперименты по заданной методике и анализировать результаты

2. Требования к результатам освоения дисциплины

Таблица 2.1

Результаты изучения дисциплины по уровням освоения

(иметь представление, знать, уметь, владеть)

Формы организации занятий

Лекции

Практики

/

семинары

Самостояте

льная

работа

ОПК-2.1 способен на основе знания основных функций и возможностей программного

обеспечения проектировать и разрабатывать программные средства для решения практических

задач в соответствии с техническим заданием

1. Уметь разрабатывать программу, соответствующую

заданной спецификации + +

ОПК-4.2 знать принципы организации ЭВМ и периферийных устройств

2. Знать принципы организации и работы ЭВМ и

периферийных устройств + + +

3. Уметь применять знание принципов организации и

работы ЭВМ и периферийных устройств при разработке

программ

+ +

ПК-3.1 проводить эксперименты по заданной методике и анализировать результаты

4. Уметь выполнять экспериментальное исследование

характеристик программы по заданной методике и

анализировать результаты экспериментов

+ +

6

3. Содержание и структура учебной дисциплины

Таблица 3.1

Темы лекций

Активные

формы,

час.

(входит в

общее кол-

во часов)

Часы

Ссылки на

результаты

обучения

Семестр: 3

1. Введение. Определение архитектуры ЭВМ. 0 2 2

2. Системная организация ЭВМ и периферийных устройств. 0.4 8 2

3. Организация подсистемы памяти ЭВМ. 0.4 6 2

4. Функционирование процессора. 0.4 8 2

5. Введение в параллельную обработку данных. 0.3 3 2

6. Специализированные вычислительные устройства. 0.3 3 2

7. Заключение. Тенденции развития архитектур микропроцессоров. 0.2 2 2

Итого: 2 32

Таблица 3.2

Темы практических

занятий

Активны

е формы,

час.

(входит в

общее

кол-во

часов)

Часы

Ссылки на

результаты

обучения

Учебная деятельность

Семестр: 3

1. Определение времени

работы прикладных программ

2 2 1, 2, 3, 4 Обучающиеся

разрабатывают программу,

реализующий заданный

алгоритм (один из

вариантов) и производят

измерение времени

выполнения этой программы

в соответствии с описанной

методикой.

2. Изучение

оптимизирующего

компилятора

2 2 2, 3, 4 Обучающиеся исследуют

возможности

оптимизирующей

компиляции и их влияние на

время выполнения

программы.

3. Введение в архитектуру

x86/x86-64

4 4 2, 3 Обучающиеся знакомятся с

архитектурой x86/x86-64

путём изучения

ассемблерного листинга

программы,

сгенерированного

компилятором в различных

режимах оптимизации.

7

4. Введение в архитектуру

ARM

4 4 2, 3 Обучающиеся знакомятся с

архитектурой ARM путём

изучения ассемблерного

листинга программы,

сгенерированного

компилятором в различных

режимах оптимизации для

целевой архитектуры ARM.

5. Высокоуровневая работа с

периферийными

устройствами

4 4 1, 2, 3, 4 Обучающиеся осваивают

взаимодействие программы с

периферийными

устройствами на примере

веб-камеры и

высокоуровневой

библиотеки OpenCV.

6. Низкоуровневая работа с

периферийными

устройствами

4 4 1, 2, 3, 4 Обучающиеся осваивают

взаимодействие программы с

периферийными

устройствами на низком

уровне с использованием

библиотеки LibUSB.

7. Векторизация вычислений 4 4 1, 2, 3, 4 Обучающиеся знакомятся с

векторными расширениями

процессора на примере

алгоритма обращения

матрицы в через разложение

в ряд.

8. Влияние кэш-памяти на

время обработки массивов

4 4 1, 2, 3, 4 Обучающиеся выполняют

обработку массивов данных

в разных режимах и для

разных размеров массивов,

исследуя влияние кэш

памяти через измерение

временных характеристик

выполнения программы.

9. Измерение степени

ассоциативности кэш-памяти

4 4 1, 2, 3, 4 Обучающиеся

разрабатывают программу,

вызывающую эффект

«буксования» кэша и

определяют степень

ассоциативности кэша через

измерение временных

характеристик программы.

Итого: 32 32

8

4. Самостоятельная работа студентов

Таблица 4.1

№ Виды самостоятельной работы

Ссылки на

результаты

обучения

Часы на

выполнение

Часы на

консультации

Семестр: 3

1

Выполнение практических заданий 1, 2, 3, 4 60 0

Обучающиеся выполняют практические задания в соответствии с методическими

указаниями на сайте дисциплины (http://ssd.sscc.ru/ru/chair/nsu/computer-and-

peripherals), оформляют портфолио по результатам выполнения практических заданий.

Это основной вид самостоятельной работы обучающихся.

2

Подготовка к зачёту 2 18 0

Обучающиеся повторяют пройденный лекционный материал по конспектам лекций и

материалам на сайте дисциплины (http://ssd.sscc.ru/ru/chair/nsu/computer-and-peripherals)

перед зачётом. Подготовка осуществляется по вопросам, представленным в фонде

оценочных средств.

Итого: 78 0

5. Образовательные технологии

В ходе реализации учебного процесса по дисциплине проводятся лекционные и

практические занятия. Темы, рассматриваемые на лекциях и изучаемые самостоятельно,

закрепляются при выполнении конкретных заданий на практических занятиях. Также

применяются следующие интерактивные формы обучения (таблица 5.1).

Таблица 5.1

1 Совместное обсуждение темы лекции в контексте

конкретной ситуации ОПК-4.2

Формируемые умения: 2. Знать принципы организации и работы ЭВМ и периферийных

устройств

Краткое описание применения: Лектор организовывает краткое обсуждение темы по

содержанию прошлой лекции, ставя перед аудиторией дискуссионный вопрос, требующий

комплексного анализа.

2 Портфолио ОПК-2.1, ОПК-4.2, ПК-3.1

1. Уметь разрабатывать программу, соответствующую заданной спецификации. 2. Знать

принципы организации и работы ЭВМ и периферийных устройств. 3. Уметь применять

знание принципов организации и работы ЭВМ и периферийных устройств при разработке

программ. 4. Уметь выполнять экспериментальное исследование характеристик

программы по заданной методике и анализировать результаты экспериментов

Краткое описание применения: студенты ведут портфолио (коллекцию работ), которое

является основанием для проведения аттестации по дисциплине.

Для организации и контроля самостоятельной работы студентов, а также проведения

консультаций применяются информационно-коммуникационные технологии (таблица

5.2).

9

Таблица 5.2

Информирование Общение с преподавателем по электронной

почте: v.perepelkin@g.nsu.ru, s.kireev@g.nsu.ru.

Консультирование Общение с преподавателем по электронной

почте: v.perepelkin@g.nsu.ru, s.kireev@g.nsu.ru

Контроль Общение с преподавателем по электронной

почте: v.perepelkin@g.nsu.ru, s.kireev@g.nsu.ru

Размещение учебных материалов

Страница дисциплины на сайте кафедры

параллельных вычислений ФИТ:

http://ssd.sscc.ru/ru/chair/nsu/computer-and-

peripherals

6. Правила аттестации студентов по учебной дисциплине

По дисциплине «ЭВМ и периферийные устройства» проводится текущая и

промежуточная аттестация (итоговая по дисциплине).

Текущая аттестация по дисциплине «ЭВМ и периферийные устройства»

осуществляется на практических занятиях. Она состоит в защите результатов выполнения

практических заданий (портфолио). Результаты выполнения каждого практического

задания студент должен оформить в виде документа в портфолио и защитить, ответив на

2-3 вопроса преподавателя по теме задания. За каждое практическое задание по

результатам проверки портфолио и защиты преподавателем выставляется оценка

«отлично», «хорошо», «удовлетворительно» или «неудовлетворительно». Оценка

«отлично» за практическое задание ставится, если портфолио содержит все необходимые

элементы, не имеет недочетов, и студент правильно ответил на все вопросы

преподавателя. При наличии небольших ошибок или недочетов в портфолио или ответах

на вопросы ставится оценка «хорошо». При наличии серьезных ошибок в портфолио или

ответах на вопросы, но принципиально не влияющих на суть работы, ставится оценка

«удовлетворительно». При наличии существенных ошибок в портфолио или ответах на

вопросы, при которых задание не может считаться правильно выполненным, за него

ставится оценка «неудовлетворительно». Наличие оценок кроме «неудовлетворительно»

по результатам защиты практических заданий является одним из условий успешного

прохождения промежуточной аттестации.

Промежуточная аттестация (итоговая по дисциплине) проводится по завершению

периода ее освоения (семестра) в виде дифференцированного зачёта. Зачёт проводится в

форме устного опроса. Студент получает случайный билет (из числа имеющихся) с

вопросами по темам дисциплины. Студенту предоставляется не менее 20 минут на

подготовку к ответу. При подготовке студент не может использовать никакие материалы

(конспекты лекций, доступ в Интернет и т.п.). Далее преподаватель проверяет знания

студента в устной беседе по вопросам билета и, при необходимости, по другим вопросам

дисциплины. По результатам устного ответа и с учётом оценок текущего контроля в

семестре студенту ставится оценка «отлично», «хорошо», «удовлетворительно» или

«неудовлетворительно». Оценки «отлично», «хорошо», «удовлетворительно» означают

успешное прохождение промежуточной аттестации.

В таблице 6.1 представлено соответствие форм аттестации заявляемым требованиям

к результатам освоения дисциплины.

10

Таблица 6.1

Коды

компетен

ций

ФГОС

Результаты обучения

Формы аттестации

Портфолио

Дифферен

цированн

ый зачет

ОПК-2

ОПК-2.1 способен на основе знания основных функций и

возможностей программного обеспечения проектировать

и разрабатывать программные средства для решения

практических задач в соответствии с техническим

заданием

+

ОПК-4 ОПК-4.2 знать принципы организации ЭВМ и

периферийных устройств + +

ПК-3 ПК-3.1 проводить эксперименты по заданной методике и

анализировать результаты +

Требования к структуре и содержанию портфолио, оценочные средства, а также

критерии оценки сформированности компетенций и освоения дисциплины в целом,

представлены в Фонде оценочных средств, являющемся приложением 1 к настоящей

рабочей программе дисциплины.

7. Литература

Основная литература

1. Эффективное программирование современных микропроцессоров : учебное пособие /

В.П. Маркова, С.Е. Киреев, М.Б. Остапкевич, В.А. Перепелкин ; Министерство

образования и науки Российской Федерации, Новосибирский государственный

технический университет. - Новосибирск : НГТУ, 2014. - 148 с. : табл., схем., ил. -

Библиогр. в кн. - ISBN 978-5-7782-2391-2 ; То же [Электронный ресурс]. - URL:

http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=435972 (20.01.2019).

2. Таненбаум, Эндрю С. Архитектура компьютера : [пер. с англ.] / Э. Таненбаум, Т.

Остин. 6-е изд. Санкт-Петербург [и др.] : ПИТЕР, 2014. 811 с. : ил. ; 24 см. (Классика

Computer Science) . ISBN 978-5-496-00337-7.

Дополнительная литература (в т.ч. учебная)

3. Agner Fog, Optimizing software in C++: An optimization guide for Windows, Linux and

Mac platforms (http://www.agner.org/optimize/optimizing_cpp.pdf)

4. Ulrich Drepper, What Every Programmer Should Know About Memory, 2007.

(http://people.redhat.com/drepper/cpumemory.pdf)

5. Программирование на современных мультиядерных архитектурах (на примере Intel

Xeon Phi) / В.П. Гергель, И.Б. Мееров, С.И. Бастраков и др. - 2-е изд., испр. - Москва :

Национальный Открытый Университет «ИНТУИТ», 2016. - 271 с. : ил., граф. -

Библиогр. в кн. ; То же [Электронный ресурс]. - URL:

http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=429007.

6. Гергель, Виктор Павлович (д-р техн. наук). Высокопроизводительные вычисления для

многопроцессорных многоядерных систем [Текст] : учебник для студентов высших

учебных заведений, обучающихся по направлениям ВПО 010400 "Прикладная

математика и информатика" и 010300 "Фундаментальная информатика и

информационные технологии" / В.П. Гергель ; Б-ка Нижегор. гос. ун-та им. Н. И.

Лобачевского. Москва : Физматлит : Изд-во МГУ : Изд-во Нижегор. ун-та, 2010. 539,

[4] с. : ил. ; 25 см. (Серия Суперкомпьютерное образование) . ISBN 978-5-211-05937-5.

ISBN 978-5-9221-1312-0.

11

Интернет-ресурсы

Таблица 7.1

№

п/п Наименование Интернет-ресурса Краткое описание

1 Agner Fog. Software optimization resources

[Электронный ресурс]. – Режим доступа:

https://www.agner.org/optimize/ . – Загл. с экрана

Собрание информационных и

справочных материалов по

оптимизации программ.

2 Intel® 64 and IA-32 Architectures Software

Developer Manuals [Электронный ресурс]. –

Режим доступа: https://software.intel.com/en-

us/articles/intel-sdm . – Загл. с экрана

Материалы по архитектуре

процессоров Intel и оптимизации

программ для процессов Intel.

3 AMD, Developer Guides, Manuals & ISA

Documents [Электронный ресурс]. – Режим

доступа: https://developer.amd.com/resources/

developer-guides-manuals/ . – Загл. с экрана

Материалы по архитектуре

процессоров AMD и оптимизации

программ для процессов AMD.

4 Intel® Intrinsics Guide [Электронный ресурс]. –

Режим доступа: https://software.intel.com/sites/

landingpage/IntrinsicsGuide/ . – Загл. с экрана

Справочник по функциям,

встроенным в компилятор, для

использования векторных

расширений в процессорах Intel.

5 Roofline Performance Model [Электронный

ресурс]. – Режим доступа:

https://crd.lbl.gov/departments/computer-

science/PAR/research/roofline/ . – Загл. с экрана

Сайт проекта по разработке

модели для анализа

производительности программ.

6 Application Performance Characterization

Benchmarking (APEX) [Электронный ресурс]. –

Режим доступа:

https://crd.lbl.gov/departments/computer-

science/PAR/research/previous-projects/apex/ . –

Загл. с экрана

Сайт проекта по разработке

модели для анализа и

моделирования

производительности программ.

8. Учебно-методическое и программное обеспечение дисциплины

8.1. Учебно-методическое обеспечение

Учебный курс «ЭВМ и периферийные устройства» [Электронный ресурс] : учебно-

методические материалы к дисциплине. – Режим доступа:

http://ssd.sscc.ru/ru/chair/nsu/computer-and-peripherals. – Загл. с экрана.

8.2. Программное обеспечение

Для обеспечения реализации дисциплины используется стандартный комплект

программного обеспечения (ПО), включающий регулярно обновляемое лицензионное ПО

Windows и MS Office.

Перечень специализированного программного обеспечения для изучения

дисциплины представлен в таблице 8.1.

12

Специализированное программное обеспечение Таблица 8.1

№ Наименование ПО Назначение Место размещения

1 Набор

оптимизирующих

компиляторов для

языков C / C++ /

Fortran и средств

профилирования: gcc

/ g++ / gfortran / gprof

ПО для

выполнения

практических

заданий

Аудитория 1135 учебного корпуса №1: Linux-

сервер кафедры ПВ ФИТ НГУ, кластер НГУ

(свободно распространяемое ПО).

3 Средства

профилирования: perf,

oprofile

ПО для

выполнения

практических

заданий

Аудитория 1135 учебного корпуса №1: Linux-

сервер кафедры ПВ ФИТ НГУ (свободно

распространяемое ПО).

ПО для лиц с ограниченными возможностями здоровья Таблица 8.2

№ Наименование ПО Назначение Место

размещения

1 Jaws for Windows Программа экранного доступа к системным

и офисным приложениям, включая

интернет-обозреватели. Информация с

экрана считывается вслух, обеспечивая

возможность речевого доступа к самому

разнообразному контенту. Jaws также

позволяет выводить информацию на

обновляемый дисплей Брайля. JAWS

включает большой набор клавиатурных

команд, позволяющих воспроизвести

действия, которые обычно выполняются

только при помощи мыши.

Ресурсный

центр,

читальные

залы

библиотеки

НГУ,

компьютерные

классы

(сетевые

лицензии)

2 Duxbury Braille

Translator v11.3 для

Брайлевского

принтера

Программа перевода текста в текст Брайля, и

печати на Брайлевском принтере

Ресурсный

центр

3 "MAGic Pro 13"

(увеличение+речь)

Программа для людей со слабым зрением и

для незрячих людей. Программа позволяет

увеличить изображение на экране до 36 крат,

есть функция речевого сопровождения

Ресурсный

центр,

читальные

залы

библиотеки

НГУ

9. Профессиональные базы данных и информационные справочные системы

1. Полнотекстовые журналы Springer Journals за 1997-2015 г., электронные книги

(2005-2016 гг.), коллекция научных биомедицинских и биологических протоколов

SpringerProtocols, коллекция научных материалов в области физических наук и

инжиниринга SpringerMaterials, реферативная БД по чистой и прикладной математике

zbMATH.

2. Электронные ресурсы Web of Science Core Collection (Thomson Reuters Scientific

LLC.), Journal Citation Reports + ESI

3. БД Scopus (Elsevier)

4. Лицензионные материалы на сайте eLibrary.ru

13

10. Материально-техническое обеспечение

Таблица 10.1

№ Наименование Назначение

1 Презентационное оборудование

(мультимедиа-проектор, экран, компьютер

для управления)

Для проведения лекционных и

практических занятий

2 Компьютерный класс (с выходом в

Internet)

Для организации самостоятельной работы

обучающихся

Оборудование, обеспечивающее адаптацию электронных и печатных образовательных

ресурсов для обучающиеся из числа лиц с ограниченными возможностями здоровья

Таблица 10.2

№ Наименование

оборудования Назначение

Место

размещения

1 Принтер Брайля Печать рельефно-точечным шрифтом

Брайля Ресурсный центр

2 Увеличитель Prodigi

Duo Tablet 24

Устройство для чтения и увеличения

плоскопечатного текста

Ресурсный центр,

читальные залы

библиотеки НГУ

3 Специализированное

мобильное рабочее

место «ЭлНот 311»

Мобильный компьютер с дисплеем

брайля Ресурсный центр

4 Портативный

тактильный дисплей

Брайля “Focus 40 Blue”

Навигация в операционных системах,

программах и интернете с помощью

отображения рельефно-точечным

шрифтом Брайля получаемой

информации

Ресурсный центр,

читальные залы

библиотеки НГУ

5 Устройство для печати

тактильной графики

«PIAF»

Печать тактильных графических

изображений Ресурсный центр

6 Портативный видео-

увеличитель RUBY XL

HD

Увеличение текста и подбор

контрастных схем изображения Ресурсный центр

7 Складной настольный

электронный видео-

увеличитель «TOPAZ

PHD 15»

Увеличение текста и подбор

контрастных схем изображения Ресурсный центр

8 Электронный ручной

видео-увеличитель

ONYX Deskset HD 22”

Увеличение текста и подбор

контрастных схем изображения Ресурсный центр

9 Смартфон EISmart G3 Смартфон клавишным управлением и

озвученным интерфейсом, обучение

спутниковой навигации.

Ресурсный центр

10 FM-система «Сонет-

РСМ» РМ-3-1

Звуковая FM-система для людей с

нарушением слуха, улучшающая

восприятие голосовой информации

Большая

физическая

аудитория

главного корпуса

НГУ