Тема: Практическое занятие №5 «Устройство управления и шины»; практическое занятие №6 «Ввод-вывод» (объединены 2 темы, §2.2, с. 8).
Дисциплина: ОП.02 Архитектура аппаратных средств.
Регламент: 80 минут (основной) / 60 минут (сокращенный).
| Этап и тайминг | Дидактическая задача | Деятельность преподавателя и обучающихся |
|---|---|---|
| Этап 1. Вход и мотивация (5 мин) | Организация внимания, проблематизация темы шин и ввода-вывода. | Приветствие, фиксация отсутствующих. Формулировка проблемного вопроса о согласовании быстродействия процессора (ГГц) и периферии (кбит/с – МБ/с). |
| Этап 2. Инструктаж и теоретический обзор (10 мин) | Систематизация понятий: УУ, шинные стробы, прерывания, DMA, PMIO vs MMIO. | Презентация (слайды 1–13). Разбор различий жесткой логики и микрокода, физики стробов MEMR#/MEMW#/IOR#/IOW#, цепочки прерываний IRQ/MSI-X и прямого доступа DMA. |
| Этап 3. Демонстрационный показ (5 мин) | Демонстрация методики трассировки пути данных на эталонном примере. | Разбор на экране алгоритма диагностики: определение адресного пространства, выявление стробов, анализ вектора прерывания и локализация зависания строба IOR#. |
| Этап 4. Самостоятельное практическое действие (40 мин) | Очное выполнение индивидуального протокола диагностики по 4 вариантам. | Обучающиеся открывают интерактивный лист zanyatie.html, выбирают закрепленный вариант (1: клавиатура, 2: сетевой адаптер, 3: NVMe, 4: звуковая карта), заполняют таблицы и локализуют аппаратный дефект. Преподаватель осуществляет индивидуальные консультации. |
| Этап 5. Проверка и обратная связь (15 мин) | Фронтальный анализ результатов, разбор типичных ошибок, критериальная оценка. | Обучающиеся защищают диагностические заключения. Преподаватель комментирует типичные сбои в логике стробов и прерываний, выставляет баллы по 4-балльной матрице. Экспорт в PDF. |
| Этап 6. Итог занятия и инструктаж по ДЗ (5 мин) | Рефлексия, подведение итогов, объяснение регламента резервного задания. | Обобщение темы. Инструктаж по domashnee_zadanie.html (назначается только получившим неудовлетворительную оценку или пропустившим занятие). |
| Этап и тайминг | Особенности сокращенного сценария (60 минут) |
|---|---|
| Этап 1. Вход (5 мин) | Организационный момент и быстрая постановка задачи. |
| Этап 2. Инструктаж (7 мин) | Сжатый инструктаж по ключевым стробам шины и таблице прерываний IDT (слайды 3, 6, 10, 13). |
| Этап 3. Показ (5 мин) | Экспресс-разбор структуры единого протокола диагностики. |
| Этап 4. Действие (30 мин) | Очное заполнение обязательных сравнительных таблиц и ключевого раздела кейса (локализация неисправности). Дополнительное детальное описание мер устранения переносится на самостоятельную проработку. |
| Этап 5. Проверка (10 мин) | Экспресс-проверка ключевых полей протокола, фиксация первичных баллов. |
| Этап 6. Итог (3 мин) | Краткое резюме, сохранение данных, завершение пары. |
Студент: «Жесткая логика строится на логических элементах, а микропрограммное использует память микрокоманд?»
Преподаватель: «Верно! В жесткой логике (RISC) сигналы формирует аппаратный конечный автомат. Это дает предельную скорость, но зафиксировано в кремнии навсегда. В микропрограммном УУ (x86) каждая инструкция ассемблера запускает последовательность микроопераций из памяти CROM. Это позволяет выпускать микрокодовые обновления (Microcode Update) и устранять аппаратные дефекты или уязвимости процессора без замены материнской платы и чипа!»
MEMR#, MEMW#, IOR#, IOW#. Если устройство медленное, оно сбрасывает линию READY в ноль, заставляя процессор крутить пустые такты ожидания — Wait States. А как передавать миллионы пакетов или гигабайты видеопотока без участия процессора? Через прямой доступ к памяти — DMA! При этом современная шина PCIe использует Bus Mastering, когда сама видеокарта или сетевой адаптер выступает задатчиком шины, пересылая пакеты прямо в ОЗУ хоста».
IOMMU Page Fault. Это означает, что контроллер DMA получил виртуальный адрес процесса вместо физического адреса страницы ОЗУ. Подобную цепочку рассуждений вам предстоит выстроить для своего варианта».
zanyatie.html в браузере. Внесите ваши ФИО, учебную группу и выберите номер варианта от 1 до 4. Вариант 1 исследует клавиатурный контроллер на шине Super I/O, вариант 2 — сетевой адаптер Gigabit Ethernet, вариант 3 — скоростной накопитель NVMe, вариант 4 — профессиональную аудиокарту с циклическим DMA. Все поля автоматически сохраняются в памяти браузера. Приступайте к трассировке и локализации неисправности».
IOR# при чтении порта 60h! Если строб оборван, бит не сбросится, и процессор захлебнется в бесконечных прерываниях IRQ1. Нажмите кнопку «Печать протокола / Экспорт в PDF» и сохраните итоговый отчет. Оценки выставлены в журнал по 4-балльной шкале. Резервное домашнее задание выполняют те, кто сегодня не добрал баллы или пропустил пару. Спасибо за продуктивную инженерную работу!»