Методическое руководство для преподавателя

Тема: «Законы Мура. Основные характеристики процессоров». Практическое занятие по сравнительному анализу и расчётно-обоснованному подбору процессоров для различных профилей прикладной нагрузки.

1. Педагогические цели и специфика занятия

Настоящее практическое занятие направлено на формирование у будущих специалистов профессиональной инженерной интуиции при анализе аппаратных платформ. В условиях прекращения действия масштабирования Деннарда и физического замедления закона Мура выбор вычислительного компонента перестал быть тривиальной задачей сопоставления тактовых частот.

Ключевые образовательные задачи:

Преодолеть бытовой «мегагерцевый миф» и «миф о числе ядер» через сопоставление реальных тестов Single-Core, Multi-Core и показателей задержки памяти (1% Low FPS).
Сформировать устойчивый навык выявления аппаратных узких мест: Compute-bound (вычисления ALU/FPU), Memory-bound (пропускная способность RAM), Cache-latency bound (задержка доступа к кэшу) и Single-thread bound.
Освоить математический аппарат закона Амдала для расчёта экономической и аппаратной целесообразности параллелизации.
Оформить обоснованный протокол выбора процессора по 4 вариантам прикладных профилей.

2. Регламенты проведения (80 и 60 минут)

Этап занятия	Основной регламент (80 мин)	Сокращённый регламент (60 мин)	Методический фокус преподавателя
1. Вводный этап	5 минут	5 минут	Организация внимания, постановка проблемного вопроса о парадоксе CS2 (8 ядер 5.0 ГГц против 24 ядер 6.0 ГГц).
2. Вводный инструктаж	10 минут	7 минут	Разбор методики тестирования (Cinebench, Geekbench, SPEC), объяснение закона Амдала и критериев 4-балльной оценки.
3. Показ образца	5 минут	5 минут	Демонстрация вычисления $S(N)$ на примере $p=0.85$ и расчет удельной энергоэффективности (Perf/Watt).
4. Самостоятельная работа	40 минут	30 минут	Очное заполнение матрицы характеристик в `zanyatie.html`, расчёт закона Амдала и составление протокола по варианту. В 60-мин регламенте второй сравнительный чип в анализе альтернатив можно сократить.
5. Контроль и проверка	15 минут	10 минут	Фронтальная проверка контрольных значений закона Амдала, экспресс-опрос по узким местам, разбор ошибок.
6. Итог и рефлексия	5 минут	3 минуты	Фиксация оценок по 4-балльной матрице, экспорт отчётов в PDF, инструктаж по резервному заданию.

3. Типичные ошибки студентов и комментарии для разбора

Ошибка 1. Понимание закона Мура как обязательства роста тактовой частоты.
Проявление: Студент утверждает, что закон Мура требует удваивать гигагерцы каждые 2 года.
Как скорректировать: Напомнить, что закон Мура говорит исключительно о плотности транзисторов на кристалле. Рост частоты до 2005 года обеспечивался масштабированием Деннарда, которое рухнуло из-за токов утечки («тепловая стена»).

Ошибка 2. Ошибки в расчётах по закону Амдала.
Проявление: Студент при $p = 0.40$ и $N = 4$ делит единицу сразу на $p/N$, получая ускорение 10 раз, либо забывает, что $(1 - p) = 0.60$.
Как скорректировать: Проверить формулу на доске: $S(4) = \frac{1}{0.60 + 0.40 / 4} = \frac{1}{0.70} \approx 1.43\times$. Подчеркнуть, что последовательная часть $0.60$ никуда не исчезает!

Ошибка 3. Игнорирование задержки оперативной памяти в киберспортивных играх (Вариант 1).
Проявление: Студент выбирает Core i9-14900K, аргументируя максимальной частотой 6.0 ГГц и 24 ядрами.
Как скорректировать: Обратить внимание на показатели 1% Low FPS и промахи кэша. Игровой движок не загружает 16 E-ядер, а 96 МБ кэша 3D V-Cache в Ryzen 7 7800X3D экранируют ядра от 150-тактовых задержек обращения к DDR5, обеспечивая превосходство по плавности.

Ошибка 4. Путаница между базовым TDP и пиковым турбо-потреблением PL2.
Проявление: Студент рассчитывает блок питания или охлаждение для i9-14900K исходя из 125 Вт.
Как скорректировать: Разъяснить параметры PL1 (125 Вт) и PL2 (253 Вт, в пике свыше 300 Вт). Показать, что при установке слабого кулера процессор сразу уйдёт в термический троттлинг со сбросом частот.

Ошибка 5. Выбор десктопного чипа для сервера виртуализации (Вариант 4).
Проявление: Студент предлагает использовать Core i9 для сервера на 30 виртуальных машин из-за высокой частоты 6.0 ГГц.
Как скорректировать: Указать на фундаментальное узкое место — 2 канала памяти у десктопа против 12 каналов у AMD EPYC, а также отсутствие поддержки регистровой памяти с коррекцией ошибок ECC и линий PCIe для дисковых массивов.

4. Критерии открытой 4-балльной оценки

Балл	Критерий	Показатели выполнения
2 балла	Корректность	Матрица характеристик и бенчмарков 4 процессоров заполнена без ошибок; математически точно рассчитаны значения $S(N)$ и $S_{\max}$ для 3 профилей закона Амдала; верно рассчитана удельная энергоэффективность (баллы/Вт).
1 балл	Объяснение	Дано исчерпывающее обоснование архитектурных компромиссов: тактовая частота vs IPC, объём кэша L3 3D V-Cache vs задержка ОЗУ, распределение задач между P и E ядрами, физика тепловой стены.
1 балл	Проверка	Протокол выбора по своему варианту заполнен доказательно: точно идентифицировано узкое место (Bottleneck), приведён расчёт эффективного ускорения по Амдалу, аргументированно отклонены 3 альтернативных чипа, сформулированы требования к охлаждению и питанию.

Академическая шкала: 4 балла — «5» (отлично); 3 балла — «4» (хорошо); 2 балла — «3» (удовлетворительно); 0–1 балл — «2» (неудовлетворительно, назначается резервное задание).

5. Регламент резервного домашнего задания

Файл domashnee_zadanie.html является строго резервным и не назначается автоматически всей группе после очной пары.

Назначается только студентам, пропустившим практическое занятие по уважительной причине или получившим неудовлетворительную оценку (0–1 балл).
Включает детально разобранный образец выбора CPU для сборки ПО, упражнения на закон Амдала ($p = 0.80$), архитектурный компромисс кэша и расчёт теплового пакета кулера.
Срок сдачи устанавливается преподавателем индивидуально.