Технологическая карта: Занятие 17 «Устройство управления, шины и ввод-вывод»

Сценарий и дидактическая структура практического учебного занятия. Хронометраж: основной регламент (80 минут) и сокращённый регламент (60 минут). Очное выполнение оцениваемых заданий предусмотрено в обоих сценариях.

1. Общие сведения о занятии

Дисциплина ОП.02 Архитектура аппаратных средств
Специальность 09.02.07 Информационные системы и программирование
Тема занятия Практическое занятие №5 «Устройство управления и шины»; практическое занятие №6 «Ввод-вывод» (объединены 2 темы, §2.2, с. 8 рабочей программы)
Цель занятия Формирование практических умений трассировки сигналов устройства управления, шинных циклов памяти и ввода-вывода (стробы RD#, WR#, IOR#, IOW#, DREQ, DACK), анализа конвейера прерываний IRQ/MSI-X и прямого доступа к памяти DMA при диагностике пути данных периферийных контроллеров.
Задачи занятия Обучающие: изучить принципы построения УУ с жесткой логикой и микропрограммным управлением; освоить временные диаграммы шинных циклов и тактов ожидания Tw; закрепить конвейер прерывания и организацию прямого доступа DMA; сравнить PMIO и MMIO.
Развивающие: развить навыки системной локализации аппаратных сбоев на шине данных, способность интерпретировать сигналы логических анализаторов и дампы регистров контроллеров.
Воспитательные: сформировать профессиональную дисциплину в оформлении технической диагностической документации.
Оборудование и материалы Персональный компьютер преподавателя с мультимедийным проектором, рабочие места обучающихся с веб-браузером, локальный веб-комплект (zanyatie.html, lekciya.html, prezentaciya.html, metodicheskiy_material.html, domashnee_zadanie.html).
Оценочный продукт Единый протокол диагностики пути данных (трассировка шины, прерываний, DMA по 4 вариантам); открытая 4-балльная шкала (корректность 2, объяснение 1, проверка 1; сдача до следующей пары).

2. Структура занятия: Основной регламент (80 минут)

Этап и время Дидактическая цель Деятельность преподавателя Деятельность студентов Формы и методы
1. Вводно-мотивационный этап (5 мин) Организация группы, постановка учебной проблемы. Приветствует, отмечает присутствие. Ставит проблему: «Как процессор с тактом 0.2 нс взаимодействует с медленными портами ввода-вывода и скоростными накопителями без зависаний?» Включаются в учебную деятельность, осмысливают проблему рассогласования скоростей. Фронтальная беседа, проблемный вопрос.
2. Инструктаж и теоретический обзор (10 мин) Актуализация знаний по УУ, шинам, прерываниям и DMA. Демонстрирует слайды презентации 1–13. Разбирает различие схемного FSM и микрокода, стробы IOR#/IOW#/MEMR#/MEMW#, такты ожидания и прерывания MSI-X. Следят за слайдами, конспектируют ключевые сигналы и формулы. Иллюстративно-наглядный метод, мультимедиа-сопровождение.
3. Демонстрационный показ (5 мин) Показ алгоритма диагностической трассировки. Разбирает на эталонном примере порядок выявления сбоя строба чтения и возникновения шторма прерываний. Анализируют эталонный образец, задают уточняющие вопросы. Метод показа образца действия.
4. Самостоятельное практическое действие (40 мин) Формирование умений диагностики пути данных на конкретном устройстве. Контролирует ход работы, оказывает направляющую консультативную помощь по 4 вариантам устройств (клавиатура, сетевая карта, NVMe, аудиокарта). Очно работают с интерактивным бланком zanyatie.html, выполняют сравнительный анализ, строят трассировку и локализуют смоделированную неисправность. Индивидуальная практическая работа, кейс-метод.
5. Контроль и обратная связь (15 мин) Критериальная оценка единых протоколов диагностики. Организует выборочную защиту результатов, проводит разбор характерных ошибок (стробы DMA, задержка DPC, IOMMU), выставляет баллы по 4-балльной матрице. Защищают диагностические решения, экспортируют заполненный протокол в PDF. Критериальное оценивание, взаимный анализ.
6. Итог занятия и инструктаж по ДЗ (5 мин) Подведение итогов, целеполагание на следующее занятие. Обобщает итоги пары, информирует о регламенте сдачи до следующей пары и резервном домашнем задании (domashnee_zadanie.html). Фиксируют домашнее задание, осуществляют самооценку готовности. Фронтальная рефлексия.

3. Структура занятия: Сокращенный регламент (60 минут)

Этап и время Особенности реализации сокращенного сценария (60 минут)
1. Вводно-мотивационный этап (5 мин) Организационный момент, лаконичная формулировка темы и цели занятия.
2. Инструктаж (7 мин) Концентрированный разбор только профильных стробов шины и таблицы прерываний (слайды 3, 6, 10, 13).
3. Демонстрационный показ (5 мин) Краткий экспресс-показ структуры диагностического протокола.
4. Самостоятельное практическое действие (30 мин) Очное выполнение ключевых разделов протокола: сравнительные таблицы методов и стробов, выбор подсистемы прерывания/DMA и первичная локализация дефекта. Развернутое описание мер устранения выносится на самостоятельную доработку.
5. Контроль и обратная связь (10 мин) Экспресс-опрос, проверка ключевых полей бланка, выставление промежуточных отметок.
6. Итог занятия (3 мин) Краткое резюме, инструктаж по резервному заданию, сохранение PDF.