Технологическая карта занятия: Законы Мура. Основные характеристики процессоров

Сценарий и дидактическая структура практического занятия по сравнительному анализу процессоров под различные профили нагрузки. Хронометраж: базовый регламент (80 минут) и сокращённый регламент (60 минут). Очное выполнение оцениваемых заданий предусмотрено в обоих сценариях.

1. Паспорт учебного занятия

Тема занятия Законы Мура. Основные характеристики процессоров (Сравнительный анализ процессоров)
Дидактическая цель Формирование у обучающихся умения производить расчётно-обоснованный выбор процессора под конкретный профиль нагрузки на основе анализа архитектурных характеристик (IPC, тактовая частота, кэш-память L3 / 3D V-Cache, SMT, P/E-ядра), расчёта ускорения параллельных систем по закону Амдала и сопоставления показателей энергоэффективности на ватт.
Задачи занятия Обучающие: освоить методику интерпретации синтетических и комплексных бенчмарков (Cinebench, Geekbench, SPEC, FPS 1% Low); научить вычислять ускорение $S(N)$ и асимптотический предел $S_{\max}$ по закону Амдала; научить рассчитывать удельную производительность на ватт (Perf/Watt); выявлять ключевые системные узкие места (Compute-bound, Memory-bound, Cache-bound, Single-thread bound).
Развивающие: развить аналитическое мышление, способность критически оценивать рекламные параметры аппаратных платформ («мегагерцевый миф») и прогнозировать поведение систем при многопоточных вычислениях.
Воспитательные: воспитать профессиональную аккуратность в расчетах, ответственное отношение к подбору дорогостоящего аппаратного обеспечения и культуру составления инженерной документации.
Оценочная точка Индивидуальный продукт: проверочный протокол в интерактивном бланке zanyatie.html по открытой 4-балльной шкале (корректность таблиц и расчетов 2 б., объяснение архитектурных компромиссов 1 б., верификация варианта нагрузки 1 б.). Оцениваемые задания выполняются очно как в 80-минутном, так и в 60-минутном регламенте.
Оборудование ПК преподавателя, мультимедийный проектор, экран, персональные компьютеры обучающихся с веб-браузером, локальный методический веб-комплект файлов (zanyatie.html, lekciya.html, prezentaciya.html, domashnee_zadanie.html).

2. Поэтапный сценарий учебного занятия (80 минут / 60 минут)

Этап и время (80 / 60 мин) Дидактическая задача Деятельность преподавателя Деятельность обучающихся Контроль и фиксация результата
1. Вводный этап
5 мин / 5 мин
Организация внимания, постановка проблемного инженерного парадокса. Приветствует обучающихся, отмечает явку, формулирует парадокс CS2: почему 8-ядерный процессор с частотой 5.0 ГГц обгоняет 24-ядерный 6.0 ГГц чип по плавности и 1% Low FPS? Включаются в диалог, выдвигают гипотезы о роли кэша, задержек памяти и алгоритмов игрового движка. Устные ответы, фиксация проблемного вопроса на слайде 1.
2. Вводный инструктаж
10 мин / 7 мин
Актуализация понятий, разбор бенчмарков, закона Амдала и критериев 4-балльной оценки. Демонстрирует слайды 3–9: формула времени ЦП, компромиссы IPC vs GHz vs кэш, закон Амдала и формула пределов $S_{\max}$. Разъясняет 4 варианта прикладных профилей и критерии оценки (2+1+1). Конспектируют формулу Амдала, анализируют архитектурные различия процессоров из матрицы, знакомятся с критериями. Фронтальный опрос по формуле Амдала и различиям между синтетическими и реальными тестами.
3. Демонстрационный показ
5 мин / 5 мин
Демонстрация пошагового алгоритма решения расчетного кейса. Показывает на доске расчет ускорения для $p = 0.85$ на 8 и 16 ядрах, рассчитывает показатель удельной энергоэффективности Perf/Watt (Cinebench Multi / TDP). Следят за логикой математического расчета, фиксируют последовательность шагов и формулы в тетрадях/бланках. Контрольные вопросы на понимание последовательной доли $(1 - p)$.
4. Самостоятельная работа
40 мин / 30 мин
Очное индивидуальное выполнение практических заданий и составление протокола. Консультирует обучающихся, контролирует корректность математических расчетов в zanyatie.html, оказывает адресную методическую помощь. Заполняют интерактивный бланк: расчет энергоэффективности, заполнение матрицы Амдала по 3 профилям, составление протокола под свой вариант. Индивидуальный мониторинг выполнения заданий в браузере с автосохранением.
5. Контроль и проверка
15 мин / 10 мин
Фронтальная проверка расчетных значений, разбор узких мест архитектуры и типичных ошибок. Организует сверку расчетных данных ускорения $S(N)$ для офисного профиля ($p = 0.40$), киберспорта ($p = 0.70$) и рендеринга ($p = 0.95$), разбирает ошибки интерпретации TDP/PL2. Сверяют результаты расчётов, аргументируют выбор процессора по своему варианту, защищают выводы по узким местам. Публичная аргументация выбора чипа, фиксация правильных ответов.
6. Итог занятия и ДЗ
5 мин / 3 мин
Подведение итогов, оценивание, инструктаж по резервному заданию. Выставляет оценки по открытой 4-балльной матрице, дает инструкцию по экспорту заполненного бланка в PDF, разъясняет статус резервного domashnee_zadanie.html. Экспортируют заполненный рабочий лист в PDF / распечатывают, задают вопросы, фиксируют итоговые баллы. Сдача итоговых PDF-файлов отчётов преподавателю.

3. Особенности реализации сценария в сокращённом регламенте (60 минут)

Регламент сохранения полного оценочного ядра при 60 минутах:
  • Время на вводный инструктаж сокращается с 10 до 7 минут за счёт предварительного вывода формул на слайд 9.
  • Время на самостоятельную практическую работу составляет 30 минут: все студенты очно выполняют обязательный оценочный протокол по своему варианту (Задания 1, 2 и 3).
  • В Задании 3 (критический анализ альтернатив) в 60-минутном формате допускается подробно разобрать два наиболее характерных чипа-соперника вместо трёх.
  • Дополнительный сравнительный расчет альтернативных сценариев TDP может быть вынесен на самостоятельное осмысление, без ущерба для очной оценки.