НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ВЫСШИЙ КОЛЛЕДЖ ИНФОРМАТИКИ

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

дисциплины “Архитектура ЭВМ и вычислительных систем

для специальности(группы специальностей) 2203 Программное обеспечение вычислительной

техники и автоматизированных систем

2008 г.

ОДОБРЕНА Программа составлена в соответствии с Кафедрой информатики ВКИ НГУ государственными требованиями к минимуму содержания и уровню подготовки специалиста по специальности Заведующий кафедрой 2203 Программное обеспечение вычислительной техники и к.ф.-м.н., доцент Л.К. Попов автоматизированных систем Заместитель директора по учебной работе к.ф.-м.н., доцент _ Н.Е. Амандус Разработчик программы:

к.ф.-м.н А.Н. Зудин Рецензент:

Зав.лаб. ИВТ СО РАН, к.т.н. В.С. Стогниенко

1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Данная программа предназначена для средних специальных заведений, ведущих подготовку студентов по специальностям 2203 Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем — предмет «Архитектура ЭВМ и вычислительных систем».

Программа курса «Архитектура ЭВМ и вычислительных систем» предусматривает:

изучение теоретических основ функционирования ЭВМ, приобретения навыков работы с устройствами ЭВМ на языке низкого уровня (ассемблер), знакомство с сервисными функциями операционных систем MS DOS и

WINDOWS

Дисциплина «Архитектура ЭВМ и вычислительных систем» обеспечивает основы понимания принципов функционирования ЭВМ и операционных систем. Студент получает знания о составных частях - блоках ЭВМ, их назначении и устройстве, их взаимодействии в процессе работы ЭВМ, о методах управления ими, о структуре и функциях операционной системы, о взаимодействии аппаратуры и математического обеспечения ЭВМ.

Продолжительность курса 80 часов, из них 48 часов — теория и 32 часа — практика.

Теоретические занятия проводятся в аудитории в виде лекций. Закрепление теоретического материала и приобретение практических навыков в области программирования производится в виде лабораторных работ, которые проводятся в компьютерных классах и предполагают выполнение студентом ряда упражнений.

Выполнение этих заданий предполагает знакомство с узлами и устройствами персонального компьютера, изучение программных средств для работы с дисплеем, клавиатурой и другими устройствами, а также изучение структуры операционных систем и их сервисных средств.

Завершается курс сдачей дифференцированного зачета.

Для выполнения лабораторных работ используются:

ОС Windows XP и свободно распространяемые программные средства FASM - http://flatassembler.net/ (компилятор) OllyDbg - http://www.ollydbg.de/ (отладчик/дизассемблер) BIEW - http://biew.sourceforge.net/ (дизассемблер, для изменения готовых.EXE файлов Основными для данного предмета являются курсы математики и информатики.

Данный курс тесно связан с курсом «Методы программирования».

Тематический план Количество аудиторных часов при очной форме обучения Наименование Максималь- Всего Лекции Лаборатор Самостояразделов и тем ная нагруз- ные тельная ка студента работы и работа семинары студента 1.История развития ЭВМ. 7 6 6 Принципы Дж.фон Неймана.

2. Основные компоненты ЭВМ - 65 58 26 32 процессор, память, каналы вводавывода.

Конвейерная работа ЦП.

процессора i80x86.

Современные типы ОЗУ.

Наджность работы памяти.

прерываний i80x86.

Организация внешнего обмена.

Ввод-вывод в архитектуре i80x Организация данных на жестких дисках и CD-ROM вычислительных систем.

вычислительных систем:

- по взаимодействию ЦП, ОЗУ, ПП.

Мультипроцессоры и мультикомпьютеры;

- по взаимодействию потока команд и потока данных (SISD, SIMD, MIMD).

Топологии соединений в ВС.

операционных систем (ОС) и языков высокого уровня (ЯВУ).

Критика традиционной архитектуры Дж. фон Неймана.

платы и процессоры.

3. Содержание учебной дисциплины 1. История развития ЭВМ. Принципы Дж. Фон Неймана.

Знания: студент знакомится с историей создания ЭВМ, с принципами, лежащими в основе архитектуры ЭВМ.

2. Основные компоненты ЭВМ и их взаимодействие.

2.1. Узлы центрального процессора. Конвейерная работа ЦП.

2.2. Регистры ЦП. Система команд процессора i80x86.

Знания: студент знакомится с устройством ЦП и принципами его работы.

Умения: студент осваивает команды сдвига, арифметические и логические операции.

2.3. Способы адресации.

Умения: студент овладевает средствами адресации памяти процессора i80x86, учится работе с массивами и структурами.

2.4. Память ЭВМ. Иерархия памяти. Современные типы ОЗУ. Наджность работы памяти.

Умения: студент осваивает структуру программы, исполняемой под управлением процессора i80x86: код, стек, данные.

2.5. Понятие прерывания. Система прерываний i80x86.

Знания: студент узнат про организацию и виды прерываний процессора i80x86.

Умения: студент осваивает применение прерываний i80x86.

2.6. Системная шина ЭВМ. Организация внешнего обмена. Ввод-вывод в архитектуре Умения: студент овладевает программными основами работы с монитором и 2.7. Внешние устройства ЭВМ. Организация данных на жестких дисках и CD-ROM.

Умения: студент овладевает программными основами работы с портами вводавывода.

Знания: студент узнат основные узлы ЭВМ, их основные функции и взаимодействие.

3. Общая классификация вычислительных систем.

3.1. Классификация архитектур вычислительных систем:

- по взаимодействию ЦП, ОЗУ, ПП. Мультипроцессоры и мультикомпьютеры;

- по взаимодействию потока команд и потока данных (SISD, SIMD, MIMD).

3.2. Архитектура параллельных ВС. Топологии соединений в ВС.

3.3. Аппаратная поддержка операционных систем (ОС) и языков высокого уровня (ЯВУ). Критика традиционной архитектуры Дж. фон Неймана.

3.4. Современные материнские платы и процессоры.

Знания: студент знакомится с общими принципами построения и классификацией современных вычислительных систем.

Умения: студент овладевает навыками оценки количественных и качественных параметров вычислительных систем, определяет соответствие системы классу конкретных решаемых задач.

4. Примеры практических заданий 1. Введение в Assembler. Регистры. Стэк. WinAPI, вызов функций.

2. Макрос Invoke. Адресация и указатели.

3. Сложение, вычитание. Реализация цикла Loop. Метки.

4. Условные и безусловные переходы. Флаги Z (ноль) и S (знак).

5. Деление и умножение.

6. Вывод чисел на экран.

7. Ввод чисел с клавиатуры.

8. Битовая арифметика, логические операции. Сдвиг. Флаг C (перенос).

9. Работа с отладчиком. Декомпиляция программ.

10. Представление программ в памяти и на диске.

11. Модификация бинарного кода программ.

5. Примерные вопросы к дифзачёту Понятие архитектуры ЭВМ. Предшественники ЭВМ.

Машина Тьюринга. Пример.

Архитектурно-функциональные принципы построения ЭВМ Дж. Фон Неймана.

Поколения ЭВМ.

Принцип программного управления (Дж.фон Нейман). Команда.

Логически необходимые элементы ЭВМ: процессор, память, каналы ввода-вывода.

Регистры.

7. Конвейерная работа процессора. Уровни параллелизма. Подходы к реализации параллелизма уровня команды (ILP): суперскалярная архитектура и процессор с длинным командным словом (VLIW).

8. Синхронный и асинхронный конвейер. Стадии обработки команды у процессоров Pentium и Pentium MMX.

9. Адрес. Способы адресации.

10. Регистры и примеры адресации процессора i8086.

11. Память. Характеристики памяти. Основные типы ОЗУ.

12. Основные типы корпусов ОЗУ. Основы работы элементов ОЗУ (сигналы RAS, CAS).

13. Надежность работы памяти. Коды Хэмминга. Алгоритм Хэмминга.

14. Организация магнитных дисков. Интерфейсы НЖМД. Организация компакт дисков CDROM.

15. RAID-массивы.

16. Способы повышения быстродействия памяти: расслоение, чередование, кэширование.

Типы кэш-памяти.

17. Шина ЭВМ. Интерфейс (физический и логический). Виды шин.

18. Понятие прерывания. Прозрачность. Прерывания в IBM PC.

19. Организация внешнего обмена. Задачи внешнего обмена. Методы обмена.

20. Классификация вычислительных систем по взаимодействию ЦП, ОЗУ, ПП. Способы соединения. Степень детализации. Количество процессоров. Способы использования ОЗУ. Уровни реализации общей памяти.

21. Классификация вычислительных систем по взаимодействию потоков команд и данных.

Классификация компьютеров параллельного действия.

22. Архитектура параллельных систем. Уровни параллелизма. Сети межсоединений.

Топология сети. Примеры топологий.

23. Аппаратная поддержка операционных систем (ОС) и языков высокого уровня (ЯВУ).

Критика традиционной архитектуры Дж. Фон Неймана.

24. Мультипроцессоры. Протокол MESI. Мультипроцессоры UMA, NUMA, COMA.

25. Векторные компьютеры SIMD: массивно-параллельные процессоры, векторные процессоры.

26. Мультикомпьютеры MIMD с передачей сообщений: MPP, COW. Способы передачи сообщений.

27. Процессор Intel Pentium II.

28. Процессор Sun Ultra Sparc II.

29. Чипсеты Intel 440BX и i850.

30. Процессор AMD Athlon K7 и чипсеты для него.

31. 64-битные процессоры Intel и чипсеты для них.

32. 64-битные процессоры AMD и чипсеты для них.

ЛИТЕРАТУРА

1. Э. Таненбаум. Архитектура компьютера. – Спб.: Питер, 2. Б.С. Богумирский. Руководство пользователя ПЭВМ: В 2 т./ Ассоциация OILCO.

СПб., 1992.

3. Г. Майерс. Архитектура современных ЭВМ: В 2 кн._-Пер. с англ. - М., Мир, 1985. – 4. Б. Байцер. Архитектура вычислительных комплексов: В 2 кн._-М.: Мир, 1974.

5. Р. Холленд. Микропроцессоры и операционные системы. М.,Энергоатомиздат, 6. Нортон П. Программно-аппаратная организация IBM PC. М., Радио и связь, 1991.