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 | Законы Мура. Основные характеристики процессоров |
|---|---|
| Дидактическая цель | Формирование у обучающихся систематизированных знаний о физических и микроархитектурных основах функционирования процессоров, законе Мура, масштабировании Деннарда, «тепловой стене», разоблачении «мегагерцевого мифа» и границах многоядерности по закону Амдала. |
| Задачи занятия |
Обучающие: изучить закон Мура и правило Деннарда; раскрыть физику «тепловой стены» (токи утечки, квантовое туннелирование); освоить характеристики ЦП (частота, IPC, конвейеризация, суперскалярность, кэш L1–L3, TDP, PL1/PL2); освоить расчет ускорения по закону Амдала. Развивающие: развить умение критически анализировать технические спецификации микропроцессоров; сформировать навык выявления узких мест вычислительных систем (Compute-bound, Memory-bound, Cache-bound). Воспитательные: воспитать профессиональную аккуратность при составлении инженерно-технических заключений и объективность в оценке аппаратных платформ. |
| Оценочная точка | Индивидуальный продукт: проверочный протокол в zanyatie.html на 4 балла (корректность таблиц и расчетов 2 б., объяснение физических барьеров и мегагерцевого мифа 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. |
| 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 проблемы | Приветствует студентов, формулирует парадокс: почему процессор 2.4 ГГц в 2006 г. опередил чип 3.8 ГГц, и почему частоты не растут выше 4–5 ГГц. Объявляет тему и задачи. | Включаются в диалог, высказывают гипотезы о роли ядер, конвейера и кэша. Осмысливают проблему ограничений частоты. Записывают тему в тетради. | Устные ответы на проблемные вводные вопросы. |
| 2. Изложение нового материала 25 мин / 18 мин |
Формирование понятийной базы: закон Мура, Деннард, Power Wall, Амдал, характеристики ЦП | Объясняет экономическую суть закона Мура; формулирует масштабирование Деннарда ($P_{dyn} = C \cdot V^2 \cdot f$); раскрывает физику «тепловой стены» (токи утечки); разбирает закон Амдала и микроархитектурные параметры (IPC, конвейер, суперскалярность, кэш L1–L3, TDP). | Конспектируют определения и формулы, анализируют слайды презентации (слайды 1–12), сопоставляют уровни кэш-памяти и задержки обращения к ОЗУ. | Фронтальные проверочные микровопросы по ходу изложения. |
| 3. Демонстрационный показ и кейс-разбор 15 мин / 10 мин |
Практическая демонстрация расчета по закону Амдала и разоблачение «мегагерцевого мифа» | Демонстрирует математическое доказательство превосходства Core 2 Duo над Pentium 4 ($I / (IPC \times f)$); проводит демонстрационный расчет предела ускорения по закону Амдала при $p = 0.80$ и $N \to \infty$. Разбирает архитектуру 3D V-Cache против гибридных P/E ядер. | Следят за расчетом, анализируют график асимптотического предела Амдала, фиксируют различие между Compute-bound и Cache-bound задачами. | Устный разбор контрольного кейса со слайда 14. |
| 4. Самостоятельная практическая работа 20 мин / 15 мин |
Формирование умения сравнительного анализа CPU и расчета ускорения системы | Организует очную самостоятельную работу студентов в интерактивном бланке zanyatie.html. Инструктирует по 4-балльной матрице (2 б. корректность, 1 б. объяснение, 1 б. проверка варианта). Консультирует обучающихся при расчетах и выборе архитектуры. |
Индивидуально выполняют очные задания в zanyatie.html: заполняют сравнительную таблицу характеристик 4 CPU, рассчитывают ускорение по закону Амдала, аргументируют выбор процессора по своему варианту нагрузки. |
Промежуточный контроль заполнения электронных форм в браузере. |
| 5. Обратная связь и разбор ошибок 10 мин / 7 мин |
Выявление и нейтрализация типичных заблуждений | Разбирает типичные ошибки: путаницу закона Мура с частотой, ошибки в долях закона Амдала, поверхностную оценку TDP (PL1 vs PL2), игнорирование влияния кэша 3D V-Cache на время кадра. | Сверяют свои выводы с комментариями преподавателя, вносят уточнения в протоколы, формулируют уточняющие вопросы. | Фронтальное обсуждение архитектурных выводов по вариантам. |
| 6. Итог занятия и рефлексия 5 мин / 5 мин |
Подведение итогов, фиксация образовательного результата, инструктаж по резервному заданию | Оценивает работу учебной группы, выставляет отметки по 4-балльной шкале за очный протокол в zanyatie.html. Разъясняет статус резервного задания domashnee_zadanie.html для пропустивших пару студентов. |
Экспортируют заполненный протокол в PDF. Фиксируют достигнутый результат. Осмысливают границы интерпретации характеристик ЦП. | Итоговая отметка в журнале по 4-балльной шкале. |
При сокращении времени занятия до 60 минут структура образовательного процесса сохраняет очное выполнение всех оцениваемых заданий:
zanyatie.html на 4 балла) в полном объеме создается и защищается студентами непосредственно на занятии.