231000 Архитектура вычислительнах систем

Цели и задачи дисциплины
Цель. Задачи дисциплины, ее место в подготовке бакалавра (с учетом квалификационных требований ФГОС)
Цели изучения дисциплины «Архитектура вычислительных систем» - дать студентам представление о принципах
построения, функционирования и использования современных вычислительных систем, а также привить навыки
исследовательской работы, предполагающей самостоятельное изучение рабочей документации, специфических
инструментов и программных средств, позволяющих смоделировать работу процессора или его частей.
1.2 Требования к уровню освоения дисциплины
Обучающийся должен знать:
- Основные архитектурные принципы функционирования современных ЭВМ и вычислительных систем, их
отдельных устройств и блоков;
- Современные тенденции развития внутрипроцессорной архитектуры и организации ВС,
- Основные характеристики и рабочие возможности ЭВМ и ВС разных классов и архитектур, их области
применения;
- Возможности, назначение и различия языков программирования высокого уровня, Ассемблеров и машинных
языков, применяемых в современных ВС,
- Особенности системы команд ВС.
Обучающийся должен уметь:
- выбирать комплект технических и программных средств для решения задач разных классов (например: обработка
изображений, решение систем дифференциальных уравнений, работа с распределенной базой данных малого
предприятия);
- грамотно объяснять выбор машины или системы той или иной архитектуры для решения задач определенного
класса;
- собирать и анализировать исходные данные для проектирования или выбора ВС.
Обучающийся должен владеть:
- низкоуровневым (системным) программированием на Ассемблере,
- навыками в использовании программных пакетов, позволяющих моделировать и отлаживать программы на
Ассемблере.
У обучающегося должны быть сформированы следующие компетенции:
ПК-5 – умение готовить презентации, оформлять научно-технические отчеты по результатам выполненной работы,
публиковать результаты исследований в виде докладов на научно-технических конференциях,
ПК-8 – способность готовить коммерческие предложения с вариантами решения,
ПК-9 – знакомство с архитектурой ЭВМ и систем,
ПК-14 – способность создавать программные интерфейсы,
ПК-26 – понимание основных концепций и моделей эволюции и сопровождения программного обеспечения.
1.
1.1.
1.3 Связь с другими дисциплинами Учебного плана
Перечень действующих и предшествовавших дисциплин
Перечень последующих дисциплин, видов работ
1. Информатика и программирование.
1. Выпускная квалификационная работа
2. Аппаратное обеспечение вычислительных систем
3. Программирование мобильных устройств
4. Технология сбора и анализа информации.
5. Программно-аппаратные
средства
защиты
информации.
2. Содержание дисциплины, способы и методы учебной деятельности преподавателя
Методы обучения – система последовательных, взаимосвязанных действий, обеспечивающих усвоение содержания
образования, развитие способностей студентов, овладение ими средствами самообразования и самообучения;
обеспечивают цель обучения, способ усвоения и характер взаимодействия преподавателя и студента; направлены на
приобретение знаний, формирование умений, навыков, их закрепление и контроль.
Монологический (изложение теоретического материала в форме монолога)
М
Показательный (изложение материала с приемами показа)
П
Диалогический (изложение материала в форме беседы с вопросами и ответами)
Д
Эвристический (частично поисковый) (под руководством преподавателя студенты рассуждают, решают
Э
возникающие вопросы, анализируют, обобщают, делают выводы и решают поставленную задачу)
Проблемное изложение (преподаватель ставит проблему и раскрывает доказательно пути ее решения)
ПБ
Исследовательский (студенты самостоятельно добывают знания в процессе разрешения проблемы, сравнивая
И
различные варианты ее решения)
Программированный (организация аудиторной и самостоятельной работы студентов осуществляется в ПГ
индивидуальном темпе и под контролем специальных технических средств)
Другой метод, используемый преподавателем (формируется самостоятельно), при этом в п.п. 2.1.-2.4. дается его
наименование, необходимые пояснения
Приведенные в таблице сокращения обозначения педагогических методов используются составителем Рабочей
программы для заполнения п.п. 2.1., 2.2. и 2.3. в столбце «Методы».
2.1.
Аудиторные занятия (лекции, лабораторные, практические, семинарские) – очная форма обучения, 4 г. 00 м.
Реализуемые компетенции
Методы
в том числе в интерактивной
форме, час.
Кол. час
Неделя
Вид занятия, тема и краткое содержание
Лекции
1-6
6
М, П
6
Модуль 1. Основные функциональные элементы ЭВМ.
1
2
2
3
2
2
5
2
2
712
6
6
Лекция 1. Основные функциональные элементы ЭВМ. Арифметикологическое устройство.
Основные функциональные элементы ЭВМ: дешифратор, шифратор,
триггерные схемы различных типов, счетчик, регистры хранения и сдвига.
Их функции, внутренняя структура, временные диаграммы работы.
Отмечается место и роль этих элементов при построении различных узлов и
устройств ЭВМ.
Особенности реализации арифметико-логического устройства компьютера
на примере проектирования АЛУ для умножения чисел с фиксированной
запятой, заданных в прямом коде, со старших разрядов множителя.
Лекция 2. Устройство управления. Запоминающие устройства. Режимы
адресации и форматы команд процессора.
Принципы построения схемного и микропрограммного устройств
управления. Даны различные схемы реализации датчика сигнала, входящего
в состав УУ. Представлена микропрограмма для управления арифметикологическим устройством.
Основные характеристики запоминающих устройств, их классификация,
иерархическое построение запоминающих устройств современных ЭВМ,
построение ЗУ заданной организации на БИС ЗУ различного типа.
Режимы адресации 16-разрядного микропроцессора Intel-8086 и их связь с
форматами команд, а также форматы и особенности реализации команд
переходов
Лекция 3. Кодирование команд. Взаимодействие основных узлов и устройств
персонального компьютера при автоматическом выполнении команды.
Архитектура 32-разрядного микропроцессора. Конвейерная организация
работы процессора.
Представление команд различных форматов и с различными режимами
адресации операндов, с дизассемблированием команд, с оценкой влияния
структуры программы на время ее выполнения.
Особенности
функционирования
персонального
компьютера
при
автоматическом выполнении команды. Рассматриваются особенности 32разрядного микропроцессора с архитектурой IA-32.
Конвейерная организация работы идеального микропроцессора, сравнение
производительности его работы с последовательной обработкой команд,
типы и причины конфликтов в конвейере и пути уменьшения их влияния на
работу микропроцессора.
Модуль 2. Организация работы мультипрограммных ЭВМ.
М, П
ПК-5, ПК-8,
ПК-9, ПК-14,
ПК-26
ПК-5, ПК-8,
ПК-9, ПК-14,
ПК-26
М, П
ПК-5, ПК-8,
ПК-9, ПК-14,
ПК-26
М, П
ПК-5, ПК-8,
ПК-9, ПК-14,
ПК-26
М, П
ПК-5, ПК-8,
ПК-9, ПК-14,
ПК-26
7
2
2
9
2
2
11
2
2
1-6
12
12
Лекция 4. Организация работы мультипрограммных ЭВМ. Дисциплины
распределения ресурсов и основные режимы работы мультипрограммной
ЭВМ. Система прерываний. Система управления памятью.
Основные понятия мультипрограммного режима работы ЭВМ, аппаратные и
программные средства, обеспечивающие работу ЭВМ в этом режиме,
показатели, характеризующие мультипрограммный режим работы, и их
зависимость от коэффициента мультипрограммирования.
Одноочередные и многоочередные дисциплины распределения ресурсов, а
также основные режимы работы мультипрограммной ЭВМ.
Организация работы ЭВМ при обработке прерываний, а также особенности
системы прерываний в персональной ЭВМ.
Распределение памяти, организация виртуальной памяти на основе
страничного распределения, а также сегментно-страничное представление
памяти в персональной ЭВМ и методы сокращения времени адресного
преобразования.
Лекция 5. Система управления памятью в персональной ЭВМ. Защита
памяти в мультипрограммных ЭВМ. Ввод-вывод информации. Назначение,
область
применения
и
способы
оценки
производительности
многопроцессорных вычислительных систем.
Распределение памяти, организация виртуальной памяти на основе
страничного распределения, а также сегментно-страничное представление
памяти в персональной ЭВМ и методы сокращения времени адресного
преобразования.
Требования к системе защиты информации, общие подходы к организации
защиты памяти мультипрограммных ЭВМ, организация защиты памяти в
персональной ЭВМ.
Взаимодействие устройств, входящих в состав ЭВМ, проблемы,
возникающие при обеспечении такого взаимодействия, и пути их решения.
Особенности программно-управлямой передачи данных между устройствами
ввода-вывода и оперативной памятью, а также механизм прямого доступа к
памяти. Основные сигналы шины ISA.
Применение и типы многопроцессорных вычислительных систем.
Определение пиковой и реальной производительности вычислительной
системы, а также способы их оценки.
Лекция 6. Архитектура вычислительных систем. Классификация архитектур
по параллельной обработке данных. SMP и MPP-архитектуры. Гибридная
архитектура (NUMA). Организация когерентности многоуровневой
иерархической памяти. PVP-архитектура. Кластерная архитектура.
Определение понятия архитектуры высокопроизводительной системы,
классификация архитектур, основанная на рассмотрении числа потоков
инструкций и потоков данных.
Симметричная многопроцессорная, массивно-параллельная и гибридная
архитектуры вычислительных систем. Основные преимущества и недостатки
каждой архитектуры, соответствующие парадигмы программирования.
Параллельная архитектура с векторными процессорами (PVP), кластерная
архитектура многопроцессорных вычислительных систем. Популярные
вычислительные системы, имеющие данные архитектуры.
Лабораторные работы
Модуль 1. Основные функциональные элементы ЭВМ.
1
2
2
2
2
2
3
2
2
Лабораторная работа 1. Принципы организации ввода-вывода текстовых и
числовых данных.
Принципы построения простейших консольных приложений на языке
ассемблера, ознакомление с командами и способами адресации языка
ассемблера и правилами построения программ в соответствии со
структурным способом программирования.
Лабораторная работа 2. Принципы организации ввода данных из
командной строки.
освоение принципов передачи параметров посредством командной строки
и построение файлов типа EXE.
Лабораторная работа 3. Работа с матрицами.
Освоение принципов работы с массивами.
М, П
ПК-5, ПК-8,
ПК-9, ПК-14,
ПК-26
М, П
ПК-5, ПК-8,
ПК-9, ПК-14,
ПК-26
М, П
ПК-5, ПК-8,
ПК-9, ПК-14,
ПК-26
Э, И,
ПГ
ПК-5, ПК-8,
ПК-9, ПК-14,
ПК-26
ПК-5, ПК-8,
ПК-9, ПК-14,
ПК-26
Э, И,
ПГ
Э, И,
ПГ
ПК-5, ПК-8,
ПК-9, ПК-14,
ПК-26
Э, И,
ПГ
ПК-5, ПК-8,
ПК-9, ПК-14,
ПК-26
4
2
2
Лабораторная работа 4. Изучение принципов работы с одномерными и
многомерными массивами; программирование разветвляющихся и
циклических вычислительных процессов.
Э, И,
ПГ
ПК-5, ПК-8,
ПК-9, ПК-14,
ПК-26
5
2
2
Э, И,
ПГ
6
2
2
Лабораторная работа 5. Изучение принципов работы с одномерными и
многомерными массивами; программирование разветвляющихся и
циклических вычислительных процессов.
Лабораторная работа 6. Принципы организации вычислительного процесса
с помощью подпрограмм; изучение организации передачи параметров в
подпрограммы.
712
12
12
7
2
2
Лабораторная работа 7. Принципы организации вычислительного процесса
с помощью подпрограмм; изучение организации передачи параметров в
подпрограммы.
8
2
2
Лабораторная работа 8. Средства обработки массивов языка ассемблера
микропроцессора (МП) Intel 8086.
9
2
2
Лабораторная работа 9. средства обработки массивов языка ассемблера
микропроцессора (МП) Intel 8086.
10
2
2
11
2
2
12
2
2
Лабораторная работа 10. Способы организации подпрограмм и передачи
параметров по ссылке и по значению; приобретение навыков работы со
стеком.
Лабораторная работа 11. Особенности построения разноязыковых
программ; изучение взаимосвязи разных уровней представления
программы.
Лабораторная работа 12. Особенности построения разноязыковых
программ; изучение взаимосвязи разных уровней представления
программы.
ПК-5, ПК-8,
ПК-9, ПК-14,
ПК-26
ПК-5, ПК-8,
ПК-9, ПК-14,
ПК-26
ПК-5, ПК-8,
ПК-9, ПК-14,
ПК-26
ПК-5, ПК-8,
ПК-9, ПК-14,
ПК-26
ПК-5, ПК-8,
ПК-9, ПК-14,
ПК-26
ПК-5, ПК-8,
ПК-9, ПК-14,
ПК-26
ПК-5, ПК-8,
ПК-9, ПК-14,
ПК-26
ПК-5, ПК-8,
ПК-9, ПК-14,
ПК-26
ПК-5, ПК-8,
ПК-9, ПК-14,
ПК-26
Модуль 2. Организация работы мультипрограммных ЭВМ.
Э, И,
ПГ
Э, И,
ПГ
Э, И,
ПГ
Э, И,
ПГ
Э, И,
ПГ
Э, И,
ПГ
Э, И,
ПГ
Э, И,
ПГ
Реализуемые
компетенции
Вид занятия, тема и краткое содержание
Методы
в том числе в
интерактивной
форме, час.
Кол. час
Неделя
Аудиторные занятия (лекции, лабораторные, практические, семинарские) – заочная форма обучения, 5 г. 00 мес.
Лекции
1
2
2
2
Лекция 1. Основные функциональные элементы ЭВМ. Арифметикологическое устройство.
Основные функциональные элементы ЭВМ: дешифратор, шифратор,
триггерные схемы различных типов, счетчик, регистры хранения и сдвига.
Их функции, внутренняя структура, временные диаграммы работы.
Отмечается место и роль этих элементов при построении различных узлов
и устройств ЭВМ.
Особенности
реализации
арифметико-логического
устройства
компьютера на примере проектирования АЛУ для умножения чисел с
фиксированной запятой, заданных в прямом коде, со старших разрядов
множителя.
Лекция 2. Устройство управления. Запоминающие устройства. Режимы
адресации и форматы команд процессора.
Принципы построения схемного и микропрограммного устройств
управления. Даны различные схемы реализации датчика сигнала,
входящего в состав УУ. Представлена микропрограмма для управления
арифметико-логическим устройством.
Основные характеристики запоминающих устройств, их классификация,
иерархическое построение запоминающих устройств современных ЭВМ,
построение ЗУ заданной организации на БИС ЗУ различного типа.
М,
Д
ПК-5,
ПК-8,
ПК-9,
ПК-14,
ПК-26
М,
Д
ПК-5,
ПК-8,
ПК-9,
ПК-14,
ПК-26
Режимы адресации 16-разрядного микропроцессора Intel-8086 и их связь с
форматами команд, а также форматы и особенности реализации команд
переходов
Лабораторные работы
3
2
Лабораторная работа 1. Принципы организации ввода-вывода текстовых и
числовых данных.
Принципы построения простейших консольных приложений на языке
ассемблера, ознакомление с командами и способами адресации языка
ассемблера и правилами построения программ в соответствии со
структурным способом программирования.
4
2
Лабораторная работа 2. Принципы организации ввода данных из
командной строки.
освоение принципов передачи параметров посредством командной строки
и построение файлов типа EXE.
5
2
Лабораторная работа 3. Работа с матрицами.
Освоение принципов работы с массивами.
6
2
Лабораторная работа 4. Изучение принципов работы с одномерными и
многомерными массивами; программирование разветвляющихся и
циклических вычислительных процессов.
П, Д,
Э, ПБ
ПК-5,
ПК-8,
ПК-9,
ПК-14,
ПК-26
П, Д,
Э, ПБ
ПК-5,
ПК-8,
ПК-9,
ПК-14,
ПК-26
ПК-5,
ПК-8,
ПК-9,
ПК-14,
ПК-26
ПК-5,
ПК-8,
ПК-9,
ПК-14,
ПК-26
П, Д,
Э, ПБ
П, Д,
Э, ПБ
Реализуемые
компетенции
Вид занятия, тема и краткое содержание
Методы
в том числе в
интерактивной
форме, час.
Кол. час
Неделя
Аудиторные занятия (лекции, лабораторные, практические, семинарские) – заочная форма обучения, 3 г. 06 мес.
Лекции
1
2
2
2
Лекция 1. Основные функциональные элементы ЭВМ. Арифметикологическое устройство.
Основные функциональные элементы ЭВМ: дешифратор, шифратор,
триггерные схемы различных типов, счетчик, регистры хранения и сдвига.
Их функции, внутренняя структура, временные диаграммы работы.
Отмечается место и роль этих элементов при построении различных узлов
и устройств ЭВМ.
Особенности
реализации
арифметико-логического
устройства
компьютера на примере проектирования АЛУ для умножения чисел с
фиксированной запятой, заданных в прямом коде, со старших разрядов
множителя.
Лекция 2. Устройство управления. Запоминающие устройства. Режимы
адресации и форматы команд процессора.
Принципы построения схемного и микропрограммного устройств
управления. Даны различные схемы реализации датчика сигнала,
входящего в состав УУ. Представлена микропрограмма для управления
арифметико-логическим устройством.
Основные характеристики запоминающих устройств, их классификация,
иерархическое построение запоминающих устройств современных ЭВМ,
построение ЗУ заданной организации на БИС ЗУ различного типа.
Режимы адресации 16-разрядного микропроцессора Intel-8086 и их связь с
форматами команд, а также форматы и особенности реализации команд
переходов
Лабораторные работы
М, Д
ПК-5,
ПК-8,
ПК-9,
ПК-14,
ПК-26
М, Д
ПК-5,
ПК-8,
ПК-9,
ПК-14,
ПК-26
3
2
Лабораторная работа 1. Принципы организации ввода-вывода текстовых и
числовых данных.
Принципы построения простейших консольных приложений на языке
ассемблера, ознакомление с командами и способами адресации языка
ассемблера и правилами построения программ в соответствии со
структурным способом программирования.
4
2
Лабораторная работа 2. Принципы организации ввода данных из
командной строки.
освоение принципов передачи параметров посредством командной строки
и построение файлов типа EXE.
5
2
Лабораторная работа 3. Работа с матрицами.
Освоение принципов работы с массивами.
П, Д,
Э, ПБ
ПК-5,
ПК-8,
ПК-9,
ПК-14,
ПК-26
П, Д,
Э, ПБ
ПК-5,
ПК-8,
ПК-9,
ПК-14,
ПК-26
ПК-5,
ПК-8,
ПК-9,
ПК-14,
ПК-26
П, Д,
Э, ПБ
Реализуемые
компетенции
Вид занятия, тема и краткое содержание
Методы
в том числе в
интерактивной
форме, час.
Кол. час
Неделя
Аудиторные занятия (лекции, лабораторные, практические, семинарские) – заочная форма обучения, 2 г. 06 мес.
Лекции
Лекция 1. Основные функциональные элементы ЭВМ. Арифметикологическое устройство.
Основные функциональные элементы ЭВМ: дешифратор, шифратор,
триггерные схемы различных типов, счетчик, регистры хранения и сдвига.
Их функции, внутренняя структура, временные диаграммы работы.
Отмечается место и роль этих элементов при построении различных узлов
и устройств ЭВМ.
Особенности
реализации
арифметико-логического
устройства
компьютера на примере проектирования АЛУ для умножения чисел с
фиксированной запятой, заданных в прямом коде, со старших разрядов
множителя.
Лекция 2. Устройство управления. Запоминающие устройства. Режимы
адресации и форматы команд процессора.
Принципы построения схемного и микропрограммного устройств
управления. Даны различные схемы реализации датчика сигнала,
входящего в состав УУ. Представлена микропрограмма для управления
арифметико-логическим устройством.
Основные характеристики запоминающих устройств, их классификация,
иерархическое построение запоминающих устройств современных ЭВМ,
построение ЗУ заданной организации на БИС ЗУ различного типа.
Режимы адресации 16-разрядного микропроцессора Intel-8086 и их связь с
форматами команд, а также форматы и особенности реализации команд
переходов
Лабораторные работы
М, Д
ПК-5,
ПК-8,
ПК-9,
ПК-14,
ПК-26
М, Д
ПК-5,
ПК-8,
ПК-9,
ПК-14,
ПК-26
2
Лабораторная работа 1. Принципы организации ввода-вывода текстовых и
числовых данных.
Принципы построения простейших консольных приложений на языке
ассемблера, ознакомление с командами и способами адресации языка
ассемблера и правилами построения программ в соответствии со
структурным способом программирования.
П, Д,
Э, ПБ
ПК-5,
ПК-8,
ПК-9,
ПК-14,
ПК-26
2
Лабораторная работа 2. Принципы организации ввода данных из
командной строки.
освоение принципов передачи параметров посредством командной строки
и построение файлов типа EXE.
П, Д,
Э, ПБ
ПК-5,
ПК-8,
ПК-9,
ПК-14,
ПК-26
1
2
2
2
3
4
Самостоятельная работа студента - Очная форма обучения – 4 г. 00 м.
Темы, разделы, вынесенные на самостоятельную подготовку, вопросы к
практическим и лабораторным занятиям; тематика рефератной работы; курсовые
работы и проекты, контрольные, рекомендации по использованию литературы и
ЭВМ и др.
18
Самостоятельная работа, определяемая преподавателем
интересов студента.
1-18
36
Подготовка к экзамену по дисциплине
И
1-18
18
Усвоение текущего материала
И
51
Самостоятельная работа, определяемая преподавателем
интересов студента.
36
Подготовка к экзамену по дисциплине
И, Д
36
Усвоение текущего материала
И, Д
Заочная форма обучения – 3 г. 06 м.
Темы, разделы, вынесенные на самостоятельную подготовку, вопросы к
практическим и лабораторным занятиям; тематика рефератной работы; курсовые
работы и проекты, контрольные, рекомендации по использованию литературы и
ЭВМ и др.
5
Самостоятельная работа, определяемая преподавателем
интересов студента.
с учетом научных
И, Д
Методы
с учетом научных
И
Методы
Кол. час
Заочная форма обучения – 5 г. 00 м.
Темы, разделы, вынесенные на самостоятельную подготовку, вопросы к
практическим и лабораторным занятиям; тематика рефератной работы; курсовые
работы и проекты, контрольные, рекомендации по использованию литературы и
ЭВМ и др.
Кол. час
Неделя
с учетом научных
Методы
Кол. час
1-18
Неделя
Неделя
2.2.
И, Д
Реализуемые
компетенции
Лабораторная работа 3. Работа с матрицами.
Освоение принципов работы с массивами.
ПК-5,
ПК-8,
ПК-9,
ПК-14,
ПК-26
ПК-5,
ПК-8,
ПК-9,
ПК-14,
ПК-26
ПК-5,
ПК-8,
ПК-9,
ПК-14,
ПК-26
ПК-5,
ПК-8,
ПК-9,
ПК-14,
ПК-26
Реализуемые
компетенции
П, Д,
Э, ПБ
2
ПК-5,
ПК-8,
ПК-9,
ПК-14,
ПК-26
ПК-5,
ПК-8,
ПК-9,
ПК-14,
ПК-26
ПК-5,
ПК-8,
ПК-9,
ПК-14,
ПК-26
Реализуемые
компетенции
5
ПК-5,
ПК-8,
10
Усвоение текущего материала
И, Д
Заочная форма обучения – 2 г. 06 м.
Темы, разделы, вынесенные на самостоятельную подготовку, вопросы к
практическим и лабораторным занятиям; тематика рефератной работы; курсовые
работы и проекты, контрольные, рекомендации по использованию литературы и
ЭВМ и др.
с учетом научных
Реализуемые
компетенции
И, Д
Методы
Подготовка к экзамену по дисциплине
Кол. час
Неделя
10
ПК-9,
ПК-14,
ПК-26
ПК-5,
ПК-8,
ПК-9,
ПК-14,
ПК-26
ПК-5,
ПК-8,
ПК-9,
ПК-14,
ПК-26
53
Самостоятельная работа, определяемая преподавателем
интересов студента.
И, Д
36
Подготовка к экзамену по дисциплине
И, Д
36
Усвоение текущего материала
И, Д
ПК-2,
ПК-8,
ПК-23
ПК-2,
ПК-8,
ПК-23
ПК-2,
ПК-8,
ПК-23
2.3.
Интерактивные технологии и инновационные методы, используемые в образовательном процессе
Основаны на использовании современных достижений науки и информационных технологий. Направлены на повышение
качества подготовки путем развития у студентов творческих способностей и самостоятельности (методы проблемного
обучения, исследовательские методы, тренинговые формы, рейтинговые системы обучения и контроля знаний и др.).
Нацелены на активизацию творческого потенциала и самостоятельности студентов и могут реализовываться на базе
инновационных структур (научных лабораторий, центов, предприятий и организаций и др.).
№
Наименование основных
методов
1.
Компьютерные симуляции
2.
Ролевые и деловые игры
Краткое описание и примеры, использования в темах и разделах,
место проведения
Применяется в теме:
Система управления памятью в персональной ЭВМ. Защита
памяти в мультипрограммных ЭВМ. Ввод-вывод информации.
Назначение, область применения и способы оценки
производительности
многопроцессорных
вычислительных
систем.
Распределение памяти, организация виртуальной памяти на
основе страничного распределения, а также сегментностраничное представление памяти в персональной ЭВМ и
методы сокращения времени адресного преобразования.
Требования к системе защиты информации, общие подходы к
организации защиты памяти мультипрограммных ЭВМ,
организация защиты памяти в персональной ЭВМ.
Взаимодействие устройств, входящих в состав ЭВМ, проблемы,
возникающие при обеспечении такого взаимодействия, и пути
их решения. Особенности программно-управлямой передачи
данных между устройствами ввода-вывода и оперативной
памятью, а также механизм прямого доступа к памяти.
Основные сигналы шины ISA.
Применение и типы многопроцессорных вычислительных
систем. Определение пиковой и реальной производительности
вычислительной системы, а также способы их оценки.
Применяется в теме:
Часы
12
24
Архитектура
вычислительных
систем.
Классификация
архитектур по параллельной обработке данных. SMP и MPPархитектуры. Гибридная архитектура (NUMA). Организация
когерентности многоуровневой иерархической памяти. PVPархитектура. Кластерная архитектура.
Определение понятия архитектуры высокопроизводительной
системы,
классификация
архитектур,
основанная
на
рассмотрении числа потоков инструкций и потоков данных.
Симметричная многопроцессорная, массивно-параллельная и
гибридная архитектуры вычислительных систем. Основные
преимущества
и
недостатки
каждой
архитектуры,
соответствующие парадигмы программирования.
Параллельная архитектура с векторными процессорами (PVP),
кластерная архитектура многопроцессорных вычислительных
систем. Популярные вычислительные системы, имеющие
данные архитектуры.
3.
Разбор конкретных ситуаций
18
Применяется в темах:
1. Средства обработки массивов языка ассемблера
микропроцессора (МП) Intel 8086.
2. Способы организации подпрограмм и передачи
параметров по ссылке и по значению; приобретение
навыков работы со стеком.
3. Особенности построения разноязыковых программ;
изучение взаимосвязи разных уровней представления
программы.
3.
Средства обучения
3.1.
Информационно-методические
№ Перечень основной и дополнительной литературы, методических разработок; с указанием наличия в библиотеке, на
кафедре
Основная литература:
1.
Танненбаум Э. Архитектура компьютера, 5-е изд. – СПб. : Питер, 2011., 848 с
2 (кафедра ИТиЗИ)
2.
3.
4.
1.
2.
Хамахер К., Вранешич З., Заки С. Организация ЭВМ. – СПб.: Издательство «Питер», Киев:
Издательская группа BHV, 2003
Максимов Н.В.. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем. Учебник — М.: ЮНИТИ,
2005.
В.Л. Бройдо, Архитектура ЭВМ и систем, учебник для студентов вузов, 2006
Дополнительная литература:
А.П. Пятибратов, Л.П. Гудыно, А.А. Кириченко. Вычислительные системы, сети и
телекоммуникации. Учебник. 2-е изд., перераб. и доп. Под ред. А.П. Пятибратова. – М.:
Финансы и статистика, 2004.
Иванова Е.М., Жарков С.В. Организация ЭВМ и вычислительных систем. Учебное пособие.
– М.: МИЭМ, 2002.
3.2.
Материально-технические
№ ауд. Основное оборудование, стенды, макеты, компьютерная техника,
наглядные
пособия
и
другие
дидактические
материалы,
обеспечивающие проведение лабораторных и практических занятий,
научно-исследовательской работы студентов с указанием наличия
2
2
1
1
1
Основное назначение (опытное,
обучающее, контролирующее) и
краткая
характеристика
использования
при
изучении
явлений и процессов, выполнении
расчетов.
201214
Аудиторные занятия в форме лекций проводятся с использованием
персонального компьютера и
ЖК-панели для демонстрации
материала.
Обучающее
201214
Лабораторные занятия проводятся в компьютерном классе с
использованием доступа к сети Internet и программного обеспечения
для работы с текстовой, числовой информацией.
Обучающее, контролирующее,
опытное
201214
Самостоятельная работа студента осуществляется в компьютерном
классе, в научной библиотеке РГЭУ «РИНХ».
Опытное
201214
Научная и творческая работа студента осуществляется в организациях
и научно-исследовательских коллективах в процессе выполнения
программ научно-исследовательской и производственных практик.
Опытное
4.
Текущий, промежуточный и итоговый контроль.
Вопросы текущего контроля, промежуточный контроль, вопросы для подготовки к экзамену
4.1
Промежуточный контроль.
1. Промежуточный контроль проводится на лабораторных занятиях в контрольных опросов.
2. Примеры вопросов:
3. Перечислить фазы цикла выполнения команды в процессоре.
4. Что такое микрооперация?
5. Зачем разбивать цикл выполнения команды на отдельные фазы?
6. Что такое конвейерная обработка информации?
7. Что такое конвейер команд?
8. Что такое арифметический конвейер?
9. В чѐм заключается отличие арифметического конвейера от конвейера команд?
10. Для чего понадобилось организовывать конвейеры?
11. Что такое ступень конвейера?
12. От чего зависит производительность процессора с конвейером команд?
13. Почему для одинаковых команд требуется различное число тактов на выборку операндов из регистра, памяти и
при непосредственной адресации?
14. Что такое простои конвейера?
15. Назовите причины простоев.
16. Подумайте, как можно было бы устранить простои разных типов?
17. Что такое команда ЭВМ?
18. Как команды различаются по назначению?
19. Что такое операнды?
20. Перечислите (с примерами из заданного фрагмента кода на Ассемблере) режимы адресации операндов?
21. Обязательно ли все операнды указываются в адресной части команды (пояснить на примере)?
22. Как вы думаете, почему время выборки операндов размером 1, 2 или 4 байта одинаковое?
23. Что изучается в лабораторной работе?
24. Что такое прерывание?
25. Назовите функции подсистемы прерывания ЭВМ.
26. Что является источником прерываний, какие существуют типы прерываний?
27. Что такое приоритет прерывания?
28. Для чего нужно маскирование прерываний?
29. Что такое маска, регистр маски?
30. Расскажите по схеме, как происходит маскирование?
31. Каков алгоритм обработки запроса на прерывание?
32. Объясните по схеме работу контроллера прерываний процессора i8086.
33. Что такое команда ЭВМ?
34. Из каких основных частей состоит команда ЭВМ?
35. Что такое код операции?
36. Что такое операнды?
37. Где могут находиться операнды?
38. Что такое режим адресации операндов?
39. Перечислите режимы адресации операндов для Intel-32?
40. Что такое адресный код?
41. Какие именно адреса указываются в адресной части команды?
42. Обязательно ли все операнды указываются в адресной части команды? (пояснить на примере)
43. Что такое формат команды?
44. Из каких полей может состоять команда процессора Intel?
45. Как определить длину команды?
46. Какие поля относятся к адресной части команды?
47. Какие поля относятся к операционной части команды?
48. Что такое префикс?
49. Типы адресов и адресных пространств?
50. В чѐм состоит назначение механизмов страничной переадресации?
51. Что такое таблицы трансляции и зачем они нужны?
Какие существуют таблицы трансляции?
Перечислите виды механизмов страничной переадресации и их отличия?
Поясните назначение буфера ассоциативной трансляции TLB и принципа его работы?
Объясните порядок формирования физического адреса страницы.
Объясните порядок работы БСП – блока страничной переадресации.
Что такое виртуальная память?
В чем причина появления понятия вртуальной памяти?
Назовите способы реализации ВП?
В чѐм заключается страничная организация памяти?
В чѐм заключается сегментная организация памяти?
В чѐм заключается сегментно-страничная организация памяти?
В чѐм заключается процедура свопинга?
Что такое виртуальное адресное пространство задачи?
Что такое таблица страниц, еѐ назначение?
Какую информацию содержит таблица страниц задачи?
Как происходит преобразование виртуального адреса в физический?
Какие факторы влияют на производительность системы со страничной организацией памяти?
Сравните достоинства и недостатки различных способов управления ВП?
Что такое подкачка страниц в ОП, когда она происходит?
Что такое откачка страниц из ОП, когда она происходит?
Какие существуют методы подкачки страниц?
Какие существуют методы откачки страниц?
Для чего нужно постоянно производить страничный обмен между оперативной и внешней памятью?
Что такое LRU (LFU, FIFO)-стек? Для чего он нужен? В чѐм их отличия?
Исполнение каких типов команд моделируется в лабораторной работе? В чѐм их различия с точки зрения
страничного управления памятью?
77. Что понимается под архитектурой ЭВМ?
78. Назовите важные для пользователя группы характеристик ЭВМ, определяющих еѐ архитек-туру?
79. Что такое поток команд и поток данных?
80. Какие существуют виды архитектур по таксономии М.Флина?
81. Что такое SISD-компьютеры?
82. Что такое МISD-компьютеры?
83. Что такое SIМD-компьютеры?
84. Что такое МIМD-компьютеры?
85. Что такое мультипроцессоры (МПВС – многопроцессорные ВС)?
86. Что такое мультикомпьютерв (ММВС – многомашинные ВС)?
87. Что такое оперативная память? В чѐм еѐ назначение?
88. Что такое КЭШ-память?
89. Функции КЭШ?
90. За счѐт чего повышается эффективность работы процессора с ОП при применении КЭШ?
91. Что такое КЭШ-попадание и КЭШ-промах? Какие операции из вашего варианта оказались КЭШ-попаданиями, а
какие КЭШ-промахами?
92. Для чего требуется удалять строки из КЭШ?
93. Какие существуют стратегии обновления строк (блоков) ОП? Поясните по таблице.
94. Что такое сквозная запись?
95. Что такое обратная запись?
96. Почему при сквозной записи снижается эффективность КЭШ-памяти?
97. Расскажите о мультипроцессорной системе, рассмотренной в лабораторной работе.
98. Как можно организовать КЭШ-память в мультипроцессорной системе?
99. Для чего нужно производить кэш-согласование?
100. Дайте определение протокола MESI.
101. Опишите принцип работы протокола MESI.
52.
53.
54.
55.
56.
57.
58.
59.
60.
61.
62.
63.
64.
65.
66.
67.
68.
69.
70.
71.
72.
73.
74.
75.
76.
4.2 Итоговый контроль.
Вопросы к экзамену:
1.
Понятие ВС
2.
Предпосылки возникновения ВС
3.
Технико-эксплуатационные характеристики ВС
4.
Особенности измерения производительности в MIPS и FLOPS
5.
История развития ЭВМ – поколения ВС
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
36.
37.
38.
39.
40.
41.
Классификация ВС по назначению
Классификация ВС по вычислительным возможностям
Сравнительные параметры различных классов ВС
Краткая характеристика класса «Супер-компьютеры»
Краткая характеристика класса «Мейнфреймы»
Краткая характеристика класса «Персональные компьютеры»
Краткая характеристика класса «Микро-ЭВМ»
Понятие «архитектура ВС»
Многоуровневая архитектура ВС: причины увеличения количества уровней
Многоуровневая архитектура ВС: краткая характеристика каждого уровня архитектуры ВС
Многоуровневая архитектура ВС: абстракция объектов и операций каждого уровня
Особенности архитектуры уровня 1 – цифрового логического
Сравнительная характеристика архитектур микросхем процессоров
Принципы внутренней организации ЦП на уровне 2 микроархитектуры
Принцип выборки команд (последовательный и с упреждением или предварительной выборкой)
Способ выполнения команд (последовательный и конвейерная обработка), примеры конвейеров
Средства избежать простоев конвейера команд
Принцип многофункциональной (суперскалярная) обработка и способы его реализации
Принцип многопоточности
Конвейер операций
Многофункциональный параллелизм
Особенности архитектуры уровня 3 – системы команд
Принципы различных классификаций архитектур ВС
Классификация архитектур ВС по способу доступа к памяти
Классификация архитектур ВС по системе команд (набору инструкций)
Классификация архитектур по Флинну
Классификация архитектур мультипроцессоров
Закон Амдала и его следствие
Классификация мультипроцессоров по типу коммутации модулей в системе
Классификация мультипроцессоров по способу доступа к общей памяти
Достоинства и недостатки мультипроцессоров как представителей класса МИМД
Мультикомпьютеры или многомашинные ВС (ММВС)
ММР архитектура
Кластерный компьютер
Сравнительная оценка МРР и кластеров
Контрольные задания
для оценки знаний, умений, владений в целях контроля уровня сформированности компетенций
Знать, уметь, владеть
1
З.ПК-1
У.ПК-1
В.ПК-1
Содержание
учебного
материала
(тема, раздел,
модуль)
2
Модуль 1
Модуль 1
Модуль 1
Контрольные вопросы и
компетентностно-ориентированные
задания
3
ПК-1
1.
Понятие ВС
2.
Предпосылки
возникновения ВС
3.
Технико-эксплуатационные
характеристики ВС
4.
Особенности
измерения
производительности в MIPS и
FLOPS
5.
История развития ЭВМ –
поколения ВС
6.
Классификация
ВС
по
Методы и
средства
контроля
(код)
Колво
вариантов
4
КВЗ
КВЗ
КВЗ
2
2
2
З. ПК-9
У. ПК-9
В. ПК-9
Модуль 2
Модуль 2
Модуль 2
З.ПК-15
У.ПК-15
Модуль 2
Модуль 2
назначению
7.
Классификация
ВС
по
вычислительным возможностям
8.
Сравнительные параметры
различных классов ВС
9.
Краткая
характеристика
класса «Супер-компьютеры»
10.
Краткая
характеристика
класса «Мейнфреймы»
11.
Краткая
характеристика
класса «Персональные компьютеры»
12.
Краткая
характеристика
класса «Микро-ЭВМ»
13.
Понятие «архитектура ВС»
ПК-9
1.
Многоуровневая
архитектура
ВС:
причины
увеличения количества уровней
2.
Многоуровневая
архитектура
ВС:
краткая
характеристика каждого уровня
архитектуры ВС
3.
Многоуровневая
архитектура
ВС:
абстракция
объектов и операций каждого
уровня
4.
Особенности архитектуры
уровня 1 – цифрового логического
5.
Сравнительная
характеристика
архитектур
микросхем процессоров
6.
Принципы
внутренней
организации ЦП на уровне 2
микроархитектуры
7.
Принцип выборки команд
(последовательный и с упреждением
или предварительной выборкой)
8.
Способ выполнения команд
(последовательный и конвейерная
обработка), примеры конвейеров
9.
Средства избежать простоев
конвейера команд
10.
Принцип
многофункциональной
(суперскалярная)
обработка
и
способы его реализации
11.
Принцип многопоточности
12.
Конвейер операций
13.
Многофункциональный
параллелизм
14.
Особенности архитектуры
уровня 3 – системы команд
15.
Принципы
различных
классификаций архитектур ВС
16.
Классификация архитектур
ВС по способу доступа к памяти
ПК-15
1.
Классификация архитектур
ВС по системе команд (набору
КВЗ
КВЗ
КВЗ
2
2
2
КВЗ
КВЗ
2
2
В.ПК-15
Модуль 2
инструкций)
2.
Классификация архитектур
по Флинну
3.
Классификация архитектур
мультипроцессоров
4.
Закон
Амдала
и
его
следствие
5.
Классификация
мультипроцессоров
по
типу
коммутации модулей в системе
6.
Классификация
мультипроцессоров по способу
доступа к общей памяти
7.
Достоинства и недостатки
мультипроцессоров
как
представителей класса МИМД
8.
Мультикомпьютеры
или
многомашинные ВС (ММВС)
9.
ММР архитектура
10.
Кластерный компьютер
11.
Сравнительная оценка МРР
и кластеров
КВЗ
Критерии оценивания:
84-100 баллов - оценка «отлично»
67-83 баллов - оценка «хорошо»
50-66 баллов - оценка «удовлетворительно»
0-49 баллов - оценка «неудовлетворительно»
5.
Дополнения и изменения в рабочей программе на _____/_______ учебный год
Следующие записи относятся к п.п.
Автор
Зав. кафедрой
Принято УМУ__________________________________ Дата:_____________________
2