 |
Раздел IV. Эффективное использование ЦПУ
|
|
|
|
Белорусский национальный технический университет
| УТВЕРЖДАЮ Проректор по учебной работе, довузовской подготовке, социальным вопросам и спорту Белорусского национального технического университета ________________ О.К. Гусев ____________________ Регистрационный № УД-__________ /уч. |
Информатика
Учебная программа учреждения высшего образования
по учебной дисциплине для специальности
1-43 01 02 “Электроэнергетические системы и сети”
2015 г.
Учебная программа составлена на основе образовательного стандарта
ОСВО 1-43 01 02-2013
СОСТАВИТЕЛЬ(И):
С.О. Новиков, доцент кафедры «Электрические системы» Белорусского национального технического университета, кандидат технических наук, доцент
РЕЦЕНЗЕНТЫ:
И.В. Новаш, доцент кафедры «Электротехника и электроника» Белорусского национального технического университета, кандидат технических наук, доцент;
И.П. Матвeенко, доцент кафедры «АСУП» Учреждения образования «Белорусский государственный аграрный технический университет», кандидат технических наук, доцент
РЕКОМЕНДОВАНА К УТВЕРЖДЕНИЮ:
Кафедрой «Электрические системы» Белорусского национального технического университета
(протокол №_5_ от _22 декабря_ 2015 г.)
Заведующий кафедрой _______________ М.И. Фурсанов
Методической комиссией энергетического факультета Белорусского национального технического университета
(протокол №____ от ____________ 2015 г.)
Председатель методической комиссии ________________ Е. Г. Пономаренко
Научно-методическим советом Белорусского национального технического университета (протокол №____ секции № от ____________ 2015 г.)
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
|
|
|
Учебная программа по учебной дисциплине «Информатика» разработана для специальности 1-43 01 02«Электроэнергетические системы и сети».
Целью изучения дисциплины является теоретическое и практическое освоение этапов развития вычислительной техники. Место персональных электронных вычислительных машин (ПЭВМ) в иерархии средств вычислительной техники (СВТ). Тенденции развития современного рынка ПЭВМ. Классификация ПЭВМ. Области применения.
Основными задачами дисциплины являются: получение знаний о математическом моделировании энергетических задач и реализации их с помощью современных средств программирования и вычислительной техники, при этом непрерывная подготовка студентов в области информатики создает возможность широкого применения ЭВМ при изучении технологических дисциплин, выполнении курсовых и дипломных проектов, научно-исследовательских работ.
Дисциплина базируется на знаниях, полученных при изучении таких дисциплин как: физика, математика. Знания и умения, полученные студентами при изучении данной дисциплины, необходимы для освоения последующих специальных дисциплин, связанных с разработкой и отладкой режимов работ электрических сетей, устройств, аппаратов и др.
В результате изучения дисциплины «Информатика» студенты должны:
- знать системный состав персональных ЭВМ, процессорные модули (ПМ) ПЭВМ, их архитектуру и структуру, функциональные особенности и программирование; принципы работы и сравнительные характеристики интегральных микросхем микропроцессорной системы (МПС), архитектурные стандарты системных шин;
- уметь практически пользоваться системами характеристик процессорных модулей и микросхем памяти; принимать самостоятельные решения при выборе средств модернизации ПЭВМ и алгоритмов реализации функций системы в соответствии с потребностями пользователя ПЭВМ;
- владеть современными технологиями построения микропроцессорных систем (ПМ, микросхем памяти, контроллеров периферийных устройств), о состоянии и тенденциях развития средств вычислительной техники.
Освоение данной учебной дисциплины обеспечивает формирование следующих компетенций:
|
|
|
АК-1. Уметь применять базовые научно-теоретические знания для решения теоретических и практических задач.
АК-2. Владеть системным и сравнительным анализом.
АК-3. Владеть исследовательскими навыками.
АК-4. Уметь работать самостоятельно.
АК-7. Иметь навыки, связанные с использованием технических устройств, управлением информацией и работой с компьютером.
АК-9. Уметь учиться, повышать свою квалификацию в течении всей жизни.
СЛК-1. Обладать качествами гражданственности.
СЛК-2. Быть способным к социальному взаимодействию.
СЛК-3. Обладать способностью к межличностным коммуникациям.
СЛК-4. Обладать навыками здорового образа жизни.
СЛК-5. Быть способным к критике и самокритике.
СЛК-6. Уметь работать в коллективе.
ПК-1. Используя показания технологического процесса, передачи распределения и потребления электроэнергии, создавать условия для соответствия режимов действующим стандартам, правилам и нормам.
ПК-2. В составе группы специалистов принимать участие в развитии комплексов АСУ объектом электрической сети для повышения качества и надежности электроснабжения потребителей.
ПК-4. Содействовать на практике применению микропроцессорных систем защиты и автоматики элементов электроэнергетических систем и сетей.
ПК-5. Осуществлять оперативный контроль за функционированием электрических сетей и их элементов и режимами их работы
ПК-6. Контролировать соблюдение норм охраны труда и техники безопасности при работах в электроустановках, противопожарной безопасности.
Согласно учебным планам на изучение учебной дисциплины отведено:
- для очной формы получения высшего образования всего 370 ч., из них аудиторных занятий 162 ч.;
- для заочной формы получения высшего образования всего 370 ч., из них аудиторных занятий 30 ч.
Распределение аудиторных часов по курсам, семестрам и видам занятий приведено ниже.
Таблица 1
| Очная форма получения высшего образования | ||||
| Курс | Семестр | Лекции | Лабораторные занятия | Форма текущей аттестации |
| экзамен | ||||
| экзамен | ||||
| - | - | курсовая работа |
|
|
|
Таблица 2
| Заочная форма получения высшего образования | ||||
| Курс | Семестр | Лекции | Лабораторные занятия | Форма текущей аттестации |
| экзамен | ||||
| экзамен | ||||
| - | - | курсовая работа |
СОДЕРЖАНИЕ учебного материала
Раздел I. Введение
Тема 1.1. Цели и задачи курса, программа. Организация индивидуальной и самостоятельной работы студента, основная и дополнительная литература.
Определяются задачи необходимые для изучения предложенного курса, а также цель и назначения курса. Определяется порядок и организация индивидуальной и самостоятельной работы студента, основная и дополнительная литература.
Раздел II. Определение производительности ПК
Тема 2.1. Общие понятия и определения, структурная схема микропроцессора.
Вводятся основные понятия и даются определения необходимые для изучения данного курса. Объясняется назначение основных узлов и компонентов микропроцессора.
Тема 2.2 Использование утилиты Windows «Системный монитор» для определения узких мест производительности системы и степени загруженности устройств. Единицы измерений.
Использование утилиты «Системный монитор» необходимо для определения производительности ПК. Рассматриваются методы идентификации узких мест в производительности системы. Скоростные характеристики устройств компьютера часто выражаются в герцах, что соответствует количеству операций (циклов) в секунду.
Тема 2.3 Память. Контроль производительности ЦПУ. Обнаружение узких мест, связанных с использованием памяти.
Мы неоднократно говорим о памяти: размерах файлов, дисков и т.п. Работа всех устройств компьютера основана на наличии или отсутствии электрического сигнала или его логического эквивалента 0 или 1. Тактовая частота зависит от конструкции ЦПУ и скорости передачи данных в цепях ЦП и системной платы. Команды и данные программы должны быть помещены в ОЗУ чтобы процессор мог эти команды выполнять. Система Windows может выполнять несколько программ одновременно. При этом каждая из них должна размещаться в памяти. Не трудно догадаться, что чем больше программ выполняется, тем больше загружается память. В конечном счете она может быть задействована полностью.
|
|
|
Раздел III. Системный блок
Тема 3.1. Блок питания. Материнская плата. Типы шин расширения ПК. Взаимодействие устройств.
Рассматривается назначения, технические характеристики и порядок использования блоков питания ПЭВМ. Материнская плата – она содержит сложные микросхемы такие как ЦП, модули памяти ОЗУ и BIOS. В любой материнской плате есть шины – которые служат для подключения каждого компонента и обеспечения взаимодействия микросхем. Материнская плата содержит множество микросхем подключенных к разным шинам, которые позволяют им взаимодействовать. Порядок взаимодействия рассмотрен в данном разделе.
Тема 3.2 Как ЦПУ реагирует на прерывание. Выбор линии IRQ для устройства. Определение используемых в системе прерываний. Каскадные IRQ. Передача информации вслед за IRQ. Определение адресов портов используемых системой.
Программа – это список команд, выполняемых ЦПУ для решения некоторой задачи. Устройства, которые взаимодействуют с ЦПУ, используют прерывания. При попытке использования одной и той же линии IRQ двумя устройствами возникает конфликт, который не позволяет функционировать обоим устройствам. Методика выбора IRQ для устройства зависит от его типа. Рассмотрен порядок обращения к утилите «Сведения о системе» и анализ полученной из нее информации. С появлением ЦП 80286 был добавлен 2-ой контроллер прерываний, что обеспечивает поддержку 16 линий прерываний.. Чтобы определить, какие устройства ввода/вывода используется в системе в данный момент времени можно воспользоваться утилитой «Сведения о системе».
Тема 3.3 Обмен большими объемами данных с системой. Прямой доступ к памяти DMA.
Устройства, которые обрабатываются большие массивы данных, такие как CD или винчестер обычно использует стандартные области памяти для хранения информации, которую привод читает или записывает. Чтобы повысить эффективность использования ЦПУ разработали специальную микросхему DMA (direct memory acсses – прямой доступ к памяти)– называемую контроллер DMA.
Тема 3.4 Автоматически конфигурируемые устройства Plag-and-Play. Устранение конфликтов устройств. Использование диспетчера устройств для контроля или изменения используемых устройствами ресурсов. Определение устройств использующих одинаковые номера прерываний.
|
|
|
Чтобы упростить процесс установки плат расширения изготовители ПК и
комплектующих, а также разработчики ОС, совместно выработали спецификацию конфигурации устройств (Plug-and-Play) – включай и работай.. Если просмотреть настройки IRQ с помощью утилиты “Информация о системе” можно заметить, что несколько устройств используют один и тот же номер прерывания.
Раздел IV. Эффективное использование ЦПУ
Тема 4.1 Роль ЦПУ в работе ПК. Процесс программирования. Системная шина. Взаимодействие модулей. Буферы 1-го и 2-го уровней. КЭШ память.
В зависимости от сложности набора команд специалисты делят ЦПУ на категории RISC-процессоров и CISC. Внутри компьютера электрические сигналы, обеспечивают взаимодействие устройств между собой, передаются через группы проводников называемых шинами. Например, одна шина позволяет ЦПУ взаимодействовать с платами расширения, а вторая обеспечивать связь с видеокартой. Основная шина, называется системной, соединяет ЦПУ с остальными элементами набора МС, такими как BIOS. Буферы 1-го и 2-го уровня снижают эффект замедления работы системы. КЭШ-память позволяет предварительно загрузить множество команд из памяти единовременно.
Тема 4.2 Конвейерная организация операций для повышения производительности системы. Прогнозирование ветвлений. Операции с одним потоком команд и многими потоками данных. Использование нескольких ЦП для повышения производительности системы.
Чтобы повысить производительность, в ЦПУ применяется технология конвейерной обработки информации Pipelining. В статьях о ЦП встречается термин SIMD (single instruction multiple data) – с одним потоком команд и многими потоками данных. Многие сложные задачи – такие как мультимедийные приложения или игры требуют, чтобы ЦП повторно выполнял одну и туже команду при изменении данных в широком диапазоне. Общеизвестно, что ОС WINDOWS и LINUX позволяют выполнять несколько программ одновременно. На самом деле ОС лишь создает иллюзию одновременности, так как ЦП в каждый момент времени может выполнять лишь одну команду.
Тема 4.3 Понятие многопоточности. Отображение информации о загруженности ЦП. Определение типа ЦПУ. Определение тактовой частоты системной шины. Включение КЭШ-памяти.
Конвейер обрабатывать позволяет ЦПУ выполнение команд в течение одного такта. Для дальнейшего повышения быстроты разработчики аппаратуры и программных средств создали технологию многопоточности. Для определения процессорного времени, потребляемого каждым активным приложением с момента запуска, можно воспользоваться таблицей Диспетчера задач «Процессы». Прежде чем манипулировать с производительностью системы, нужно знать характеристики типа ЦПУ, установленного в системе. Так как тактовая частота системной шины всегда меньше, чем у ЦПУ, то шина является узким местом производительности системы. В большинстве современных ПК для уменьшения количества медленных операций с системной шиной применяются один или несколько встроенных буферов. В основном ЦП содержит 2 уровня кэш-памяти, для которой используется обозначение L1 и L2.
Раздел V. BIOS, CMOS
Тема 5.1 BIOS. Отображение информации о BIOS на экране. Примеры звуковых кодов BIOS.
Как известно без ЦП ПК не сможет работать. BIOS – базовая система ввода/вывода BIOS осуществлять нескольких важных решений направленных на поддержку операций ПК. Информация о BIOS можно получить из программы SETUP. Такие данные, как дата выпуска, номер версии и т. д., позволяет определить и ОС WINDOWS. Приводится таблица звуковых кодов и рассматривается их назначение и расшифровка.
Тема 5.2 CMOS- память. Доступ к настройкам CMOS- памяти. Эффективное использование CMOS- настроек.
CMOS память (complomentary metal oxide semiconductor) – память на компламентарных транзисторах со структурой металл – оксид – полупроводник или энергонезависимая память уникальные особенности этого устройства состоят в том,что для работы уму нужен маломощный поток энергии (3-5 Вт). Метод доступа к настройкам CMOS памяти зависит от типа ПК обычно войти в настройки её при включении системы или её перезапуске. Эффективное использование CMOS- настроек позволяет пользователю оптимизировать работу ПК в процессе его загрузки.
|
|
|
