Сценарий 1. Основной регламент (90 минут)
Этап 1. Организационный момент (00–03 мин)
Преподаватель входит в аудиторию, приветствует группу, проверяет явку по журналу и готовность рабочих станций.
«Здравствуйте, коллеги! Рассаживайтесь по рабочим местам, включайте компьютеры. Сегодня мы приступаем к нашей первой практической работе по архитектуре аппаратных средств — "Анализ конфигурации вычислительной машины". Откройте в браузере локальную папку материалов занятия и запустите файл zanyatie.html. Сразу впишите ваши фамилию, имя и номер группы в верхний блок. Ваши ответы будут автоматически сохраняться в браузере, но в конце пары каждый из вас должен будет защитить результаты своего анализа.»
Этап 2. Мотивационный блок и актуализация знаний (03–10 мин)
Преподаватель выводит на проектор титульный слайд презентации prezentaciya.html и переходит к слайдам 2–3.
«Давайте начнем с реальной инженерной ситуации. Представьте: крупная компания закупает в бухгалтерию партию новеньких компьютеров. Процессоры — флагманские, 24 ядра, куча гигагерц! Но системный администратор сэкономил на накопителях и поставил обычные жесткие диски со скоростью 5400 оборотов в минуту и одну планку оперативной памяти. Бухгалтеры открывают тяжелую базу 1С, запускают отчет, и всё замирает намертво. Пользователи кричат: "Компьютер медленный!". В чем реальная проблема?
Проблема — в нарушении фундаментального закона вычислительных систем: закона Амдала. Скорость всей машины определяется скоростью самого медленного компонента на пути потока данных. Сегодня мы перестанем смотреть на компьютер как на случайный набор деталей с витрины магазина. Мы будем анализировать его как сбалансированный комплекс подсистем, где каждый гигабайт в секунду и каждый ватт тепла жестко связаны друг с другом.»
Этап 3. Архитектурный разбор узлов ПК (10–30 мин)
Преподаватель демонстрирует слайды 4–11, разбирает формулы и схемы межкомпонентных связей.
«Обратите внимание на топологию шин. Процессор сегодня — это не просто вычислитель. В кристалл CPU интегрирован контроллер оперативной памяти и корневой комплекс шины PCI Express. Дискретная видеокарта забирает 16 линий напрямую от процессора. Первый разъем M.2 под накопитель NVMe тоже идет прямо в процессор — это еще 4 линии.
А что происходит с остальными разъемами? Они идут через чипсет — системный хаб PCH. И связь чипсета с процессором идет по магистрали DMI, которая имеет ограниченную полосу пропускания. Если вы повесите на чипсет три быстрых диска, сетевую карту на 10 гигабит и USB-контроллеры — шина DMI станет узким местом!
Теперь посмотрите на формулу пропускной способности памяти: частота умножается на 64 бита шины, на число каналов и делится на 8000. Если вы ставите одну планку DDR4-3200 — получаете всего 25.6 гигабайт в секунду. Ставите две планки — получаете двухканальный режим и 51.2 гигабайт в секунду! Для встроенного видеоядра это разница между слайд-шоу и плавной работой.
И критический момент: энергобаланс. При потреблении процессора 200 ватт и напряжении ядра 1.2 вольта ток через цепи питания VRM на материнской плате составляет почти 170 ампер! Дешевая плата без радиаторов просто расплавится, если ШИМ-контроллер не сбросит частоты. Поэтому блок питания и материнскую плату мы выбираем строго под реальный тепловой пакет с запасом 30–50%.»
Этап 4. Инструктаж по практической работе (30–35 мин)
Преподаватель открывает бланк zanyatie.html на демонстрационном экране и показывает 4 варианта.
«В вашем интерактивном бланке предусмотрено 4 конкретных прикладных сценария:
1. Первый вариант — офисная станция, где главная задача — минимизировать стоимость владения (TCO), обеспечить абсолютную тишину и надежность. Никаких дискретных видеокарт!
2. Второй вариант — станция инженера CAD и 3D-моделирования. Здесь обязательны многопоточный процессор, память с коррекцией ошибок ECC, профессиональный GPU и скоростной scratch-диск.
3. Третий вариант — сервер баз данных предприятия. Серверный EPYC или Xeon, 8 каналов регистровой ECC памяти, дисковый массив RAID-10 на корпоративных NVMe и обязательное резервирование блоков питания 1+1 с модулем IPMI.
4. Четвертый вариант — мобильная станция разработчика: упор на автономность свыше 12 часов, скоростную память LPDDR5, качественный экран без мерцания и порты Thunderbolt 4.
Распределяем варианты по номерам ваших рабочих мест. Заполняйте поля таблицы, обязательно приводите расчеты и обоснуйте свой выбор. Время на работу — 40 минут.»
Этап 5. Практическая работа студентов (35–75 мин)
Студенты выполняют расчеты и обоснование в бланках. Преподаватель обходит аудиторию, контролирует процесс и задает наводящие вопросы.
«Иван, посмотрите на ваш блок питания. Вы выбрали процессор с пиковым потреблением 250 ватт и видеокарту на 300 ватт, а блок питания взяли на 550 ватт. Что произойдет при первом же рендере, когда видеокарта выдаст микросекундный всплеск потребления? Защита блока питания мгновенно отключит ПК! Пересчитайте мощность с коэффициентом 1.4.
Алексей, почему у вас в сервере баз данных выбран массив RAID-5? Помните про штраф на запись? При каждой транзакции СУБД контроллер вынужден делать два чтения и две записи для пересчета контрольных сумм. Для СУБД мы берем строго RAID-10!»
Этап 6. Защита решений и перекрестный разбор (75–85 мин)
Преподаватель приглашает по одному студенту от каждого варианта к доске для защиты конфигураций.
«Время вышло. Давайте заслушаем представителей вариантов. Анна, вы проектировали инженерную станцию для CAD. Обоснуйте аудитории: почему вы настояли на памяти с поддержкой ECC, хотя она дороже обычной потребительской памяти?
(Слушает ответ). Абсолютно верно: многочасовой расчет прочности конструкции в САПР не должен прерываться синим экраном из-за случайной космической частицы или переворота бита в кремнии. Теперь Вариант 3 — Михаил, объясните выбор блока питания с резервированием 1+1 и горячей заменой...»
Этап 7. Подведение итогов и рефлексия (85–90 мин)
Преподаватель выставляет оценки по 4-балльной рубрике, дает обратную связь по занятию.
«Отличная работа сегодня! Большинство из вас успешно справились с расчетами и декомпозицией. Оценки выставлены в соответствии с критериальной рубрикой. Обратите внимание: те, кто сегодня пропустил пару или получил неудовлетворительную оценку, должны будут выполнить дистанционное резервное задание domashnee_zadanie.html строго по согласованию со мной. Нажмите кнопку "Сохранить" в бланке. До встречи на следующем занятии!»
Сценарий 2. Сокращенный регламент (60 минут)
Этап 1. Оргмомент и распределение вариантов (00–04 мин)
«Здравствуйте! Включаем машины, сразу открываем zanyatie.html. Работаем в интенсивном 60-минутном темпе. Заполняйте имя, группу. Варианты распределяем строго по четным/нечетным местам. Сегодня на кону первая практическая оценка по дисциплине!»
Этап 2. Экспресс-актуализация формул и метрик (04–16 мин)
«Смотрим на слайды. Главные расчетные формулы перед вами:
1. Пропускная способность памяти: частота на разрядность и каналы, делить на 8000. В отчете одноканальный режим недопустим!
2. Запас блока питания: сумма TDP компонентов, умноженная на 1.3–1.5. Сертификат 80 PLUS — минимум Bronze.
3. Надежность SSD: для офиса смотрим на цену и TLC, для серверов — ресурс DWPD не менее 1–3 перезаписей в сутки и массив RAID-10. Все формулы есть в файле lekciya.html. Приступаем к расчетным таблицам!»
Этап 3. Самостоятельная работа (16–48 мин)
«У вас 32 минуты на заполнение спецификации и инженерное обоснование. Заполняйте все поля в бланке. Я подхожу к каждому и проверяю расчеты прямо на мониторе.»
Этап 4. Сверка с эталонными параметрами (48–56 мин)
«Внимание на экран! Вывожу эталонную матрицу параметров по всем четырем вариантам. Сверьте свои расчеты пропускной способности памяти и энергопотребления. Если у вас в варианте 2 указан обычный non-ECC или в варианте 3 обычный домашний SATA SSD — вы потеряли балл. Быстро скорректируйте аргументацию!»
Этап 5. Фиксация и завершение пары (56–60 мин)
«Фиксируем данные в браузере. Практическая работа завершена. Всем спасибо за продуктивную работу!»