Конспект занятия: Практическое занятие №20 «Итоговая работа»

Педагогический конспект проведения заключительного занятия по дисциплине «ОП.02 Архитектура аппаратных средств» (СИЭУиП, пара 20). Содержит дифференцированный регламент для 80 и 60 минут, развернутую прямую речь преподавателя, методику организации очного выполнения проектных блоков и анализа ошибок.

1. Учебно-организационный паспорт занятия

Официальная тема Практическое занятие №20 «Итоговая работа» (§2.2, с. 9 рабочей программы)
Дисциплина / Раздел ОП.02 Архитектура аппаратных средств / Тема 1.8. Параллельные вычислительные системы
Тип и форма занятия Практическое занятие комплексного применения знаний и итогового контроля
Продолжительность 2 академических часа (80 минут основной сценарий, 60 минут сокращенный)
Планируемый результат Комплексно обосновывает архитектуру и исправляет ошибку выбора узлов
Оценочный продукт Итоговый комплексный архитектурный проект ЭВМ с устранением критических аппаратных дефектов по 4 вариантам целевых платформ (10-балльная матрица: обоснование 6 б., применение 2 б., самопроверка 2 б.; сдача после пары)
Учебно-методическое обеспечение Интерактивный бланк zanyatie.html, лекционный конспект lekciya.html, слайды prezentaciya.html, методические рекомендации metodicheskiy_material.html, резервное задание domashnee_zadanie.html.

2. Поминутный план учебного занятия

Этап занятия Регламент 80 минут Регламент 60 минут Основное содержание деятельности
1. Организационный этап и целеполагание 5 мин (00–05) 5 мин (00–05) Приветствие, проверка готовности, постановка комплексной инженерной задачи, распределение вариантов.
2. Вводный инструктаж и актуализация закономерностей 20 мин (05–25) 13 мин (05–18) Обзор ключевых балансов: формула $R_{peak}$, Memory Wall, топология PCIe/DMI, энергобаланс ATX 3.0 и дефекты.
3. Очное выполнение итогового проекта 40 мин (25–65) 32 мин (18–50) Индивидуальное заполнение интерактивного бланка zanyatie.html по 4 вариантам, консультации.
4. Экспресс-разбор дефектов и типичных ошибок 10 мин (65–75) 7 мин (50–57) Фронтальный анализ ошибок конфигураций (Oversubscription, троттлинг, разбаланс NUMA, OCP-отключения).
5. Итоги занятия, экспорт PDF и рефлексия 5 мин (75–80) 3 мин (57–60) Экспорт работы в PDF, подведение итогов освоения курса, оглашение шкалы и инструктаж по резервному ДЗ.

3. Развернутый педагогический сценарий (Прямая речь преподавателя)

Этап 1. Организационный момент и мотивация

Преподаватель: «Здравствуйте, уважаемые студенты! Сегодня у нас заключительное занятие по дисциплине «Архитектура аппаратных средств» — Практическое занятие №20 «Итоговая работа». На протяжении всего семестра мы подробно разбирали внутреннее устройство логических вентилей, конвейеры и векторные расширения микропроцессоров, многоуровневую иерархию памяти, стандарты шин PCIe, принципы организации чипсетов и подсистем питания ATX.

Сегодня пришло время объединить все эти разрозненные знания в единый инженерный проект. Ваша задача — выступить в роли ведущего системного архитектора. Вы получите один из четырех вариантов платформ: от суперкомпьютерного узла обучения нейросетей до сервера высокочастотного трейдинга. Вам предстоит не просто подобрать компоненты, а доказать их идеальную взаимную согласованность математическими расчетами и найти грубую аппаратную ошибку в предложенной дефектной спецификации. Откройте интерактивный бланк zanyatie.html на ваших рабочих местах».

Этап 2. Вводный инструктаж и актуализация ключевых балансов

Преподаватель: «Обратите внимание на экран (слайды 3–12). Напомню четыре базовых закона сбалансированного системного проектирования:

1. Баланс вычислений и памяти (Memory Wall): При расчете пиковой мощности $R_{peak}$ процессора помните про множитель 2 для операции FMA. Но процессор бесполезен, если память не успевает доставлять данные. Оцените пропускную способность памяти $BW_{RAM}$ по всем активным каналам и покажите коэффициент Bytes-per-FLOP.

2. Баланс линий ввода-вывода (PCIe / DMI): Ни в коем случае не путайте линии, идущие напрямую от кристалла ЦП, с линиями чипсета. Если вы повесите высокоскоростной сетевой контроллер или RAID-массив на чипсетный хаб, то вся производительность разобьется о бутылочное горлышко шины DMI с задержками буферизации.

3. Подсистема питания ATX 3.0: Современные GPU в микросекундных импульсах потребляют до 200–250% от номинала. Блок питания обязан перекрывать эти всплески по шине +12V с инженерным запасом не менее 30%.

4. Диагностика скрытого дефекта: В четвертом блоке вам представлена конфигурация с критической аппаратной ошибкой. Это может быть аппаратная асимметрия NUMA, термический троттлинг из-за несовместимости подошвы кулера, срез линий шины или отсутствие ECC-памяти в банковском сервере. Найдите ее, объясните физику отказа и приведите сравнительный расчет «до / после». На выполнение работы у вас есть 40 минут (32 минуты в сокращенном графике). Приступайте!»

Этап 3. Самостоятельная работа обучающихся и текущий контроль

Преподаватель: (Проводит индивидуальные консультации у рабочих мест, следит за ходом расчетов, предупреждает арифметические ошибки перевода единиц измерения ГБ/с и TFLOPS, обращает внимание на точное указание формул).

Этап 4. Фронтальный разбор дефектов и типичных ошибок

Преподаватель: «Внимание, коллеги, подведем промежуточные итоги по каждому варианту:

— В Варианте 1 (HPC): Главной ошибкой была установка всего 8 модулей памяти на 2 сокета AMD EPYC вместо 24 модулей. Это срезало пропускную способность памяти втрое и задушило тензорные ядра!
— В Варианте 2 (HFT): Подключение FPGA-адаптера через чипсет Z790 и включение C-States в BIOS добавляло свыше 600 нс фатальной латентности, что на бирже равнозначно полной неработоспособности торгового робота.
— В Варианте 3 (DBMS): Недопустимо использовать обычную память без ECC в транзакционной СУБД — первый же перевернутый бит от радиации разрушит базу данных; кроме того, все диски были завязаны на CPU0, вызвав паралич шины UPI.
— В Варианте 4 (CAD/VFX): Блок питания 850 Вт с переходниками Molex гарантированно сгорел бы при рендеринге от перегрузки по току, а десктопный кулер оставил 60% кристалла Threadripper без охлаждения».

Этап 5. Подведение итогов курса, экспорт PDF и домашнее задание

Преподаватель: «Время выполнения итоговой работы завершено. Нажмите кнопку «🖨️ Печать / Экспорт в PDF» на ваших бланках и сохраните итоговый файл для отправки в электронную систему.

Оценивание проводится по 10-балльной матрице: 9–10 баллов — отметка «5»; 7–8 баллов — «4»; 5–6 баллов — «3». Студенты, пропустившие сегодняшнюю пару или получившие неудовлетворительную оценку, выполняют резервное домашнее задание domashnee_zadanie.html.

Поздравляю вас с успешным освоением курса «Архитектура аппаратных средств»! Вы научились мыслить как настоящие системные инженеры. Спасибо за отличную работу!»