Сценарий и дидактическая структура учебного занятия. Хронометраж: базовый регламент (80 минут) и сокращённый регламент (60 минут). Очное выполнение оцениваемых заданий предусмотрено в обоих сценариях.
| Тема занятия | Энергонезависимая память. Иерархия памяти |
|---|---|
| Дидактическая цель | Формирование у обучающихся систематизированных знаний о многоуровневой иерархии запоминающих устройств ЭВМ, физических компромиссах «скорость – стоимость – энергозависимость», математических закономерностях эффективного времени доступа и принципах работы энергонезависимой памяти (NAND Flash, 3D TLC/QLC, Wear Leveling, NVMe). |
| Задачи занятия |
Обучающие: изучить ступени пирамиды памяти от регистров до архивов; освоить принципы пространственной и временной локальности данных; раскрыть организацию кэш-линий, ассоциативность и политики записи (Write-Through vs Write-Back); освоить расчет эффективного времени доступа $T_{eff} = H \cdot T_{cache} + (1 - H) \cdot T_{ram}$; изучить физику ячеек NAND (SLC/MLC/TLC/QLC), асимметрию чтения/стирания, алгоритмы Wear Leveling, TBW и протокол NVMe. Развивающие: развить аналитические навыки сопоставления аппаратных спецификаций памяти и накопителей; сформировать умение выявлять узкие места (Memory-bound, Latency-bound, Storage-bound) и находить оптимальные инженерные компромиссы. Воспитательные: воспитать профессиональную аккуратность при выполнении инженерных расчетов задержек и объективность в технико-экономической оценке аппаратных конфигураций. |
| Оценочная точка | Индивидуальный продукт: проверочный протокол в zanyatie.html на 4 балла (корректность таблиц пирамиды и расчетов $T_{eff}$ — до 2 б., объяснение физических компромиссов и принципов локальности — 1 б., верификация и обоснование подсистемы памяти под вариант профиля — 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). |
| 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, мотивация, постановка парадокса задержек памяти | Приветствует студентов, отмечает посещаемость. Ставит проблемный вопрос: сколько тактов процессора уходит на чтение из ОЗУ и почему память не делают целиком из сверхоперативных регистров. Объявляет тему и задачи занятия. | Включаются в диалог, высказывают предположения о соотношении скоростей ЦП и памяти. Осознают инженерное противоречие между скоростью, ценой и емкостью. Записывают тему в тетради. | Устные ответы на проблемные вводные вопросы. |
| 2. Сообщение новых знаний и показ 40 мин (25+15) / 28 мин (18+10) |
Формирование системы понятий об иерархии памяти, локальности, кэшировании, NAND Flash и NVMe | Демонстрирует презентацию (слайды 2–13). Объясняет ступени пирамиды памяти, временную и пространственную локальность (кэш-линия 64 Б). Разбирает ассоциативность и политики записи (Write-Through / Write-Back). Демонстрирует формулу $T_{eff}$. Раскрывает физику NAND Flash (плавающий затвор, CTF, ячейки SLC/MLC/TLC/QLC, 3D NAND, блочное стирание, сборку мусора, TRIM, Wear Leveling) и архитектуру NVMe PCIe против SATA AHCI. | Конспектируют уровни пирамиды, формулу эффективного времени доступа и параметры ячеек NAND. Анализируют демонстрационный расчет $T_{eff}$ и кейс спада скорости SLC-кэша. Задают уточняющие вопросы по различиям протоколов NVMe и SATA. | Фронтальный опрос, проверка понимания формулы $T_{eff}$ и разницы между страницей чтения и блоком стирания NAND. |
| 3. Закрепление знаний (Практикум) 20 мин / 15 мин |
Формирование устойчивых практических умений расчета задержек памяти и инженерного выбора подсистемы | Организует очную самостоятельную работу в интерактивном бланке zanyatie.html. Инструктирует по критериям (2 б. корректность, 1 б. объяснение, 1 б. профиль). Контролирует ход работы, оказывает индивидуальные консультации. |
Индивидуально выполняют практические задания в zanyatie.html: заполняют таблицу параметров пирамиды памяти, производят расчет $T_{eff}$ для 4 значений Hit Rate, анализируют типы ячеек NAND и составляют инженерное обоснование подсистемы памяти для выбранного архитектурного профиля. |
Оперативный контроль промежуточных результатов заполнения интерактивных форм в браузерах обучающихся. |
| 4. Итог занятия и ДЗ 15 мин (10+5) / 12 мин (7+5) |
Анализ типичных ошибок, подведение итогов, фиксация оценок, инструктаж по резервному заданию | Проводит разбор характерных ошибок (арифметика штрафа за промах в $T_{eff}$, путаница SLC и QLC, ошибки выбора памяти для In-Memory СУБД). Оценивает работы по 4-балльной матрице. Разъясняет назначение резервного файла domashnee_zadanie.html. |
Участвуют в коллективном разборе типичных дефектов. Экспортируют заполненный протокол в PDF. Фиксируют оценки и требования к отработке пропущенных занятий. | Выставление оценок по 4-балльной матрице за очный проверочный протокол занятия. |
zanyatie.html выполняются очно в полном объеме.