Технологическая карта занятия 06

ММКЦТ «Академия TOP» | Дисциплина «ОП.02 Архитектура аппаратных средств»

Тема занятия (§2.2 с.8 программы) Раздел 3. Принципы организации ЭВМ
Академические часы 2 академических часа (90 / 60 мин)
Оценочный продукт Рабочий лист zanyatie.html (4 балла)
Оборудование и ПО ПК, проектор, браузер (автономно)

1. Поминутный план занятия: Основной регламент (90 минут)

Время Этап занятия Деятельность преподавателя Деятельность студентов
00–05 мин
5 мин
Организационный момент и актуализация опорных знаний Приветствие, проверка явки. Экспресс-опрос по теме 05 (логические вентили, триггеры, регистры). Постановка проблемного вопроса: как объединить логические вентили в универсальную вычислительную систему, способную выполнять произвольные алгоритмы? Приветствуют преподавателя, отвечают на вопросы по логическим элементам и регистрам. Фиксируют проблему перехода от фиксированной схемотехники к программируемой машине.
05–30 мин
25 мин
Теоретический блок 1: Архитектура фон Неймана и системные шины Изложение фундаментальных принципов фон Неймана (двоичное кодирование, однородность памяти, адресность, программное управление). Демонстрация классической структуры ЭВМ: АЛУ, УУ, ЗУ, ВВ. Детальный разбор трех магистралей системной шины: шина адреса (униполярная), шина данных (двунаправленная), шина управления (сигналы чтения/записи, тактирования, прерываний). Изучают презентацию, конспектируют классическую пятиблочную модель фон Неймана, анализируют структуру системной магистрали и формулы разрядности адресной шины ($2^N$).
30–50 мин
20 мин
Теоретический блок 2: Машинный цикл команды и гарвардская альтернатива Пошаговый разбор 4-фазного цикла команды: Fetch (выборка по PC/IP), Decode (декодирование в IR), Execute (выполнение в ALU), Writeback (сохранение результата в регистр/ОЗУ). Сравнение фон-неймановской (принстонской) и гарвардской моделей. Анализ проблемы Von Neumann Bottleneck (дисбаланс частоты CPU и ПСП памяти) и методов преодоления (кэш-память L1-L3, конвейеризация). Анализируют диаграмму тактов машинного цикла, фиксируют роли служебных регистров (PC, MAR, MDR, IR, SP, FLAGS). Сравнивают достоинства гарвардской архитектуры в микроконтроллерах и DSP.
50–55 мин
5 мин
Инструктаж по выполнению практического задания Демонстрация интерактивного рабочего листа `zanyatie.html`. Распределение 4 вариантов анализа: Вариант 1 (MOV AX, [1000h]), Вариант 2 (ADD AX, BX), Вариант 3 (JNZ offset), Вариант 4 (Von Neumann Bottleneck). Разбор критериев оценивания (максимум 4 балла). Открывают рабочий лист в браузере, вводят ФИО и учебную группу, знакомятся с постановкой задачи своего варианта, задают уточняющие вопросы.
55–80 мин
25 мин
Самостоятельная аналитическая работа студентов Контроль самостоятельной работы, индивидуальные консультации, разбор типовых затруднений (разграничение шин адреса и данных, синхронизация сигналов MREAD/MWRITE, расчет латентности). Индивидуально выполняют трассировку сигналов по шинам, заполняют фазовую таблицу тактов команды или производят расчет пропускной способности шин памяти. Сохраняют данные в localStorage.
80–85 мин
5 мин
Первичная верификация и фронтальный разбор кейсов Фронтальный опрос по 4 вариантам: сопоставление результатов трассировки, разбор критических состояний флагов и расчетного фактора замедления CPU шиной DRAM. Озвучивают выводы по своим вариантам, сопоставляют результаты с эталонным поведением узлов ЭВМ, проводят самопроверку.
85–90 мин
5 мин
Подведение итогов занятия и рефлексия Обобщение ключевых выводов: почему универсальные ПК базируются на принстонской шине с кэшами, а встраиваемые системы — на гарвардской. Выставление предварительных баллов. Инструктаж по резервному заданию `domashnee_zadanie.html`. Сдают файлы/отчеты, фиксируют итоговые выводы. В случае пропусков или низкой оценки берут на заметку резервное домашнее задание.

2. Поминутный план занятия: Сокращенный регламент (60 минут)

Время Этап занятия Деятельность преподавателя Деятельность студентов
00–04 мин
4 мин
Организационный момент и экспресс-разминка Приветствие, фиксация явки. Быстрый опрос о базовой роли регистров и шин. Постановка задачи урока. Настраиваются на интенсивную работу, подключаются к материалам урока.
04–22 мин
18 мин
Интенсивная теоретическая лекция: Архитектура ЭВМ и шины Сжатое динамичное изложение принципов фон Неймана, структуры АЛУ-УУ-ЗУ-ВВ и назначения системных шин адреса, данных и управления. Сравнение принстонской и гарвардской схем на одном слайде. Конспектируют базовую схему магистрально-модульного принципа, фиксируют различия совмещенной и раздельной памяти.
22–34 мин
12 мин
Разбор машинного цикла и узкого места фон Неймана Разбор фаз Fetch-Decode-Execute-Writeback на одном сквозном примере. Демонстрация физической проблемы: ЦПУ ждет данные из ОЗУ десятки тактов. Анализируют цикл команды, фиксируют последовательность сигналов на шинах при выборке команды и операнда.
34–36 мин
2 мин
Экспресс-инструктаж к практической работе Пояснение структуры интерактивного листа `zanyatie.html`. Выделение обязательного ядра: заполнить трассировку своего варианта и вывод об узком месте. Открывают рабочий лист, заполняют регистрационные данные, переходят к своему варианту.
36–54 мин
18 мин
Самостоятельное выполнение задания в рабочем листе Таргетированная помощь отстающим студентам, контроль заполнения обязательных технических таблиц. Индивидуальное заполнение аналитических полей и таблиц тактов команды, формулирование вывода об ограничениях шинной архитектуры.
54–60 мин
6 мин
Контроль результатов, сохранение и рефлексия Проверка сохранения данных в localStorage, фиксация выполнения, выдача критериев резервного ДЗ при необходимости. Сохраняют и экспортируют рабочий лист, формулируют итоговое понимание маршрута данных в ЭВМ.

3. Обеспечение преемственности и междисциплинарные связи