Сборка Часть2 / АВМиС / Архитектура вычислительный машин и систем (days)-2008-9

Учреждение образования «Белорусский государственный университет

информатики и радиоэлектроники»

УТВЕРЖДАЮ Декан факультета

В.А. Прытков

____ ________ 2009

Регистрационный № УД-____/p.

Архитектура вычислительных машин и систем

Рабочая программа для специальности :

1-40 02 01 Вычислительные машины, системы и сети

Факультет: компьютерный систем и сетей

Кафедра

электронных вычислительных машин

Курс 3,4

Семестр

5,6,7,8

Лекций

238

Зачет:

-

(количество часов)

(семестр)

Практические занятия

нет

Экзамен:

5,6,7,8

(количество часов)

(семестр)

Лабораторные занятия:

108

Курсовая работа:

нет

(количество часов)

(семестр)

Всего аудиторных часов

по дисциплине

346

(количество часов)

Всего часов

Форма получения

по дисциплине

790

высшего образования очная

(количество часов)

Минск, 2009

Рабочая программа составлена доцентом кафедры ЭВМ Петровским А. А. на основании базовой программы дисциплины «Архитектура вычислительных машин и систем», утвержденной УМО ВУЗов Республики Беларусь по образованию в области электроники и информатики 2009, регистрационный № ТД- /тип. и учебного плана специальности 1-40 02 01 «Вычислительные машины, системы и сети».

Рассмотрена и рекомендована к утверждению на заседании кафедры электронных вычислительных машин

протокол №		от					2009 года
Заведующий кафедрой								Р. Х. Садыхов

Одобрена и рекомендована к утверждению Советом факультета компьютерных систем и сетей Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»

протокол №

от

2008 года

Председатель

(ФИО, подпись)

СОГЛАСОВАНО
Начальник ОМОУП			Ц.С.Шикова
		(ФИО, подпись)

1.ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

1.1.Цель преподавания дисциплины.

Целью преподавания дисциплины является вооружение выпускника современными знаниями в области архитектуры персональных ЭВМ(ПЭВМ), сведениями о составе и принципах функционирования системного программного обеспечения ПЭВМ, методами управления внешними устройствами и функциональными частями ПЭВМ на основе наиболее широко используемых инструментальных систем. Ознакомление с современными периферийными устройства ПЭВМ и способами их функционирования. Изучение основ организации и функционирования различных типов микропроцессоров, овладение методиками проектирования как микропроцессорных, так и многомикропроцессорных систем, а также их программирование. Освоение методов проектирования специализированных вычислительной системы. ознакомления студентов с методами построения современных выскопроизводительных процессоров, а также технологиями оптимизирующей компиляции.

1.2.Задачи изучения дисциплины

Врезультате изучения дисциплины студент должен:

знать основные проблемы и направления развития ПЭВМ; тенденции развития архитектур ПЭВМ; основы построения и использования ОЗУ, КЭШ и дисковой памяти; основы построения файловых систем; принципы управления памятью ПЭВМ в различных режимах; принципы передачи и приема информации через параллельный и последовательный порты, в том числе с использованием USB архитектуры; принципы использования прерываний и исключений В ПЭВМ; принципы работы с портами устройств ПЭВМ; принципы управления блоками и узлами ПЭВМ; структуру периферийных устройств и интерфейсов; принципы функционирования периферийных устройств; отдельные серий микропроцессоров и отличительные особенности микропроцессоров по их свойствам: технологическим, конструктивным и системным, основы построения и функционирования различных типов микропроцессоров, обобщенные схемы компонентов микропроцессорных систем (процессор, канал, подсистема прерываний, таймеры, контроллеры, контроллеры ввода вывода, память и т.д.), обобщенные структуры организации многопроцессорных систем, архитектуру и принципы построения программного обеспечения микропроцессорных систем; принципы организации архитектуры процессора; типы существующих архитектур, их основные достоинства и недостатки; принцип векторизации программ и векторные наборы инструкций; устройство и функционирование основных блоков процессора; принципы организации суперскалярных процессоров; принципы организации спекулятивных процессоров; микроархитектуру современных процессоров различных производителей;

уметь выбирать и применять средства ВТ, средства программирования для эффективной эксплуатации ПЭВМ; осуществлять управление узлами и блоками ПЭВМ для решения конкретных прикладных задач; проектировать основные сервисы и режимы функционирования прикладного программного обеспечения в реальном и защищенном режимах работы; разрабатывать программное обеспечение для управления ресурсами ПЭВМ; применять методы повышения производительности и надежности программного обеспечения для ПЭВМ; решать прикладные задачи уровня пользователя ПЭВМ; программировать и взаимодействовать с периферийными устройствами на уровне интерфейсов; разбираться в принципах построения и функционирования конкретных микропроцессоров, синтезировать структуру микропроцессорной и/или мультипроцессорной системы для конкретной технической задачи, разработать алгоритм функционирования и программное обеспечение для микропроцессорной и/или мультипроцессорной системы; оценивать производительность процессора и применимость его к конкретной задаче; выполнять поиск узких мест и оптимизировать программы под конкретную архитектуру; использовать векторные наборы инструкций; использовать оптимизирующие компиляторы.

1.3.Перечень дисциплин, усвоение которых необходимо для изучения данной дисциплины

№ п/п	Название дисциплины	Раздел, тема
1	2	3
1	Конструирование программ и	Теория создания программ. Языки про-
	языки программирования	граммирования Ассемблер, С и С++.
2	Арифметические и логиче-	Теория логических основ вычислитель-
	ские основы вычислительной	ной техники.
	техники
3	Схемотехника	Теория аналоговых и цифровых систем.

2.СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

2.1Тематический план курса

	№	Наименование	Содержание	Объем
	темы	темы		часов
	1	2	3	4
	Раздел: Архитектура ПЭВМ
	Пятый семестр
	1	Введение	Предмет курса, его задачи и цели. Методи-	0,5
			ческое обеспечение курса.
	2	Общие сведения о	Общие сведения о ПЭВМ. Классификация,	1,5
		ПЭВМ	основные характеристики. Архитектура 16,
			32, 64 разрядных ПЭВМ. Принципы взаи-
			модействия основных частей ПЭВМ. Ос-
			новные инструментальные системы про-
			граммирования на ПЭВМ.
	3	Общие сведения	Общие сведения об операционных систе-	2
		об операционных	мах, применяемых на ПЭВМ. Операцион-
		системах	ные системы МS DOS, Windows, Linux,
			Unix. Базовая система ввода/вывода
			(BiOS). Подсистема POST.
	4	Понятие о много-	Понятие о многозадачности. Статический и	2
		задачности	динамический методы загрузки программ.
			Классы приоритетов. Драйверы.
	5	Принципы по-	Принципы построения файловой системы.	2
		строения файло-	Файловые системы FAT32 и NTFS. Рези-
		вой системы	дентные системные программы и утилиты.
			Командные файлы, файлы конфигурации
			системы.
	6	Программирова-	Методы записи информации на диск. Пре-	2
		ние контроллеров	рывания дисковой системы ПЭВМ. Назна-
		НГМД, НDD	чение, структурная схема и программиро-
			вание контроллеров НГМД, НDD.
	7	Организация па-	Оперативная память ПК, характеристики,	2
		мяти ПЭВМ.	конструктивное исполнение. ПЗУ, РПЗУ.
	8	Внешние устрой-	Управление внешними устройствами	2
		ства ПЭВМ	ПЭВМ. Организация обмена данными через
			последовательный и параллельный порты.
	9	Архитектура и	Системная логика ПК(чипсеты). Математи-	2
		характеристики	ческие сопроцессоры. Расширения MMX.
		микропроцессо-
		ров Intel, AMD.

1	2	3	4
10	Модель микро-	Спецификация регистров микропроцессора.	2
	процессора для	Режимы работы. Типы данных.
	программиста
11	Системные реги-	Системные регистры. Регистр флагов. Реги-	2
	стры микропро-	стры для работы в защищенном режиме.
	цессора
12	Системные ре-	Дескрипторы. Сегмент состояния задачи.	2
	сурсы ПЭВМ	Карта ввода-вывода. Типы прерываний.
13	Прерывания	Аппаратные, логические и программные	4
	ПЭВМ.	прерывания. Таблица векторов прерываний
		в реальном и защищенном режимах. Кон-
		троллер прерываний. Исключения.
14	Система ввода-	Назначение системы ввода-вывода. Парал-	2
	вывода ПЭВМ.	лельный и последовательный порты. Функ-
		ции BIOS при работе с портами.
15	Реальный, защи-	Сегментация. Физические и логические ад-	4
	щенный и вирту-	реса. Реальный, защищенный и виртуаль-
	альный режимы	ный режимы работы с памятью.
	работы с памятью
	ПЭВМ
16	Управление стра-	Управление страничной памятью. Стек. За-	2
	ничной памятью	резервированные области памяти.
	ПЭВМ и стеком
17	Организация тай-	Таймер, структурная схема таймера. Кана-	4
	мера ПЭВМ	лы и управление таймеров.
18	Программирова-	Назначение, структурная схема и програм-	2
	ние ПДП	мирование контроллера ПДП. Типы кана-
		лов передачи данных. Типы передач дан-
		ных.
19	Программирова-	Организация ввода данных с клавиатуры.	4
	ние контроллера	Буфер клавиатуры. Функции BIOS и опера-
	клавиатуры	ционной системы при работе с клавиату-
	ПЭВМ	рой. Прерывания и порты клавиатуры
20	Программирова-	Видеоадаптеры. Организация вывода ин-	2
	ние вывода ин-	формации на экран дисплея через регистры
	формации на эк-	видеоадаптера.
	ран дисплея
21	Основы межпро-	Стандарты межпроцессорных взаимодейст-	2
	цессорных взаи-	вий. Шины межпроцессорных взаимодей-
	модействий.	ствий MULTIBAS 1 и MULTIBAS 2. Типы
		прерываний. Организация управления па-
		мятью.
		Итого за пятый семестр	48

1	2	3	4
Раздел: Периферийные устройства ПЭВМ
Шестой семестр
22	Вводная лекция	Цели и задачи. Рекомендации по изучению,	1
		литература. Архитектура ПЭВМ и ее под-
		системы ввода-вывода. Классификация пе-
		риферийных устройств. Классификация ин-
		терфейсов, основные характеристики.
23	Устройства хра-	Архитектура подсистемы памяти ПЭВМ.	1
	нения данных	Классификация устройств хранения дан-
	(накопители)	ных, их основные характеристики. Интер-
		фейсы подключения устройств хранения
		данных.
24	Накопители на	Конструкция и принцип действия жесткого	3
	жестких магнит-	диска. Физическая организация информа-
	ных дисках	ции на магнитных пластинах. Перспективы
		развития. Классификация и особенности
		применения жестких дисков.
25	Накопители на	Физическая организация информации на	3
	оптических дис-	оптическом диске. Технология записи оп-
	ках	тических дисков. Конструкция и принцип
		действия оптического привода (накопите-
		ля). Основные разновидности оптических
		дисков (CD, DVD, BD, UDO). Перспективы
		развития.
26	Накопители на	Конструкция и принцип действия накопи-	1
	магнитной ленте	телей на магнитной ленте. Основные разно-
		видности накопителей, их характеристики.
27	Накопители на	Принцип действия магнито-оптического	1
	магнито-	накопителя. Основные разновидности маг-
	оптических дис-	нито-оптических дисков. Перспективы раз-
	ках	вития.
28	Накопители на	Принцип действия голографического нако-	1
	голографических	пителя. Нынешнее состояние технологии и
	дисках	перспективы развития.
29	Накопители на	Гибридные жесткие диски. Накопители на	1
	твердотельных	базе флэш-памяти. Перспективы примене-
	дисках	ния новых технологий энергонезависимой
		памяти для хранения данных
30	Специализиро-	Интерфейс ATA. Интерфейс Serial ATA.	6
	ванные интер-	Интерфейс eSATA. Интерфейс SCSI. Ин-
	фейсы подключе-	терфейс SAS. Интерфейс FC-AL.
	ния накопителей

1	2	3	4
31	Графическая под-	Конструкция и принцип действия графиче-	4
	система ПЭВМ	ской карты. Встроенная графика. Графиче-
		ское ядро, встроенное в процессор.
32	Дисплейные уст-	Классификация и принцип действия дис-	6
	ройства (монито-	плейных устройств (мониторов). Техноло-
	ры) и проекторы	гия ЭЛТ. Технология ЖКД. Технология
		ОСИД (ЭЛД). Мультимедийные проекторы.
33	Интерфейсы под-	Аналоговый интерфейс (VGA). Цифровой	2
	ключения дис-	интерфейс (DVI). Мультимедийный интер-
	плейных уст-	фейс (HDMI). Перспективный интерфейс
	ройств	DisplayPort.
34	Звуковая подсис-	Конструкция и принцип действия звуковой	4
	тема ПК	карты. Встроенный звук, аудиокодеки и их
		интерфейсы. Интерфейсы подключения
		акустических систем.
35	Устройства печа-	Классификация устройств печати. Конст-	4
	ти	рукция и принцип действия: матричного,
		струйного, лазерного, сублимационного
		принтера. Интерфейсы подключения прин-
		теров. Языки описания страниц PostScript и
		PCL
36	Устройства ска-	Конструкция и принцип действия сканеров:	2
	нирования	ручного, роликового, планшетного, бара-
		банного. Интерфейсы подключения и про-
		граммирования сканеров.
37	Клавиатуры	Конструкция и принцип действия клавиа-	2
		туры. Различные клавишные механизмы.
		Интерфейсы подключения клавиатуры.
38	Манипулятор ти-	Конструкция и принцип действия манипу-	2
	па "мышь" и дру-	ляторов "мышь": оптомеханического, опти-
	гие координатные	ческого, лазерного, пространственного ти-
	устройства ввода	па. Другие устройства ввода координат
		(планшеты, перья, игровые устройства).
		Интерфейсы подключения координатных
		устройств.
39	Универсальный	Характеристики интерфейса RS-232c. Про-	2
	последователь-	токол, формат асинхронной посылки, физи-
	ный интерфейс	ческий интерфейс, разъемы. Программная
	RS-232	модель, порт COM.

1	2	3	4
40	Универсальный	Архитектура, топология, характеристики.	4
	последователь-	Уровни протокола, форматы пакетов, ре-
	ный интерфейс	жимы обмена. Программные интерфейсы.
	USB	Физический интерфейс, кабели и разъемы.
		Беспроводной USB (WUSB).
41	Универсальный	Архитектура, топология, характеристики.	2
	последователь-	Уровни протокола, форматы пакетов, ре-
	ный интерфейс	жимы обмена. Протокол самоконфигуриро-
	IEEE 1394	вания. Программные интерфейсы. Физиче-
		ский интерфейс, разъемы и кабели.
42	Инфракрасный	Архитектура, принцип действия, характе-	2
	интерфейс IrDA	ристики. Протоколы обмена.
43	Беспроводной ин-	Архитектура, принцип действия, характе-	2
	терфейс Bluetooth	ристики. Стек протоколов. Перспективы
		развития.
44	Системная пери-	Архитектура, топология. Система адреса-	4
	ферийная шина	ции, прерывания. Формат транзакции. Кон-
	PCI	фигурационный механизм. Физический и
		электрический интерфейс.
45	Системная пери-	Архитектура, топология. Уровни протоко-	4
	ферийная шина	ла, форматы пакетов, кодирование. Комму-
	PCI Express	таторы. Физический интерфейс.
46	Шина LPC	Протокол, физический интерфейс, формат	2
		транзакции. Чип ввода-вывода (Super I/O).
		Итого за шестой семестр	66
Раздел: Микропроцессорные средства и системы
Седьмой семестр
47	Введение	Цели и задачи курса. Основные понятия и	2
		определения. Микропроцессор и микро-
		процессорная система (МПС). Структура
		МикроЭВМ. Однокристальная, одноплат-
		ная, многоплатная ЭВМ. Структура микро-
		компьютера.
48	Микропроцес-	Классификация микропроцессорных сис-	2
	сорные системы.	тем. Универсальные и специализированные
		микропроцессоры.
49	Магистральные	Магистральная структура микропроцессор-	2
	структуры мик-	ной системы с разделением по времени, с
	ропроцессорных	временным разделением сигналов, через
	систем	общую память. Матричная структура МПС.
		Иерархическая шинная и иерархическая
		коммутационная.

1	2		3			4
50	Структуры вы-	Вычислительные	системы,		управляемые	2
	числительных	потоками команд. Вычислительные систе-
	систем	мы, управляемые потоками данных. Вы-
		числительные системы, управляемые пото-
		ками запросов.
51	Функционирова-	Функционирование МПС.		Взаимодействие		2
	ние микропроцес-	функциональных модулей. Задачи систем
	сорных систем	управления. Интерфейсы. Многоуровневый
		процесс обработки в МПС.
52	Эффективность и	Эффективность МПС. Планирование па-				2
	планирование па-	раллельной обработки информации. Оцен-
	раллельной обра-	ки эффективности обработки информации в
	ботки информа-	МПС. Производительность МПС.
	ции в микропро-
	цессорных систе-
	мах.
53	Структура про-	Типы программного обеспечения микро-				2
	граммного обес-	процессорной системы.		Классификация
	печения микро-	программного обеспечения. Состав про-
	процессорной	граммного обеспечения на каждом уровне
	системы	абстрагирования.	Описание		интерфейса
		между системой и пользователем.
54	Основные типы	Фон-неймановская (принстонская) и гар-				2
	архитектур мик-	вардская архитектуры. Организация про-
	ропроцессорных	странств памяти и ввода-вывода. Микро-
	систем.	процессоры с RISC и CISC – архитектура-
		ми. Стандартная архитектура и структура
		операционного блока 8, 16 битного микро-
		процессора.
55	Стандартная	Шина данных. Шина адреса. Шина управ-				4
	структура шины	ления. Временная диаграмма работы шины.
	микропроцессор-	Циклы чтения из памяти (из порта ввода).
	ной системы.	Цикл записи в память (в порт вывода).
		Двухшинная магистраль с совмещенными
		шинами передачи адреса и данных. Циклы
		обращения к магистрали (циклы шины).
		Циклы чтения из памяти (из порта ввода).
		Цикл записи в память (в порт вывода).