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

1	2			3			4
56	Структурная ор-	Структура операционного блока 8-ми раз-					2
	ганизация ядра	рядных микропроцессоров. Структура опе-
	микропроцесса.	рационного блока 16 разрядных микропро-
		цессоров. Архитектура с и без аккумулято-
		ром. Организация передачи данных в
		структурах.
57	Архитектура под-	Система непосредственного ввода-вывода.					4
	системы ввода-	Система канального ввода-вывода. Про-
	вывода микро-	граммно-управляемый ввод-вывод. Прямой
	процессорной	ввод-вывод. Условный ввод-вывод. Ввод-
	системы	вывод с программным квитированием.
		Ввод-вывод по прерываниям. Подсистема
		последовательного многоканального ввода-
		вывода. Подсистема параллельного ввода-
		вывода. Подсистема таймера и часов реаль-
		ного времени.
58	Подсистема пре-	Организация	подсистемы		прерываний	в	4
	рываний микро-	микропроцессорной системе. Понятие пре-
	процессора	рывания процессора. Контекстное пере-
		ключение. Организация радиальной систе-
		мы прерываний. Организация векторной
		системы прерываний. Вектор прерывания.
		Обработка процедур. Обработка обычных
		прерываний и прерываний при возникнове-
		нии непредусмотренной (исключительной)
		ситуации.
59	Контроллер пря-	Организация прямого доступа к памяти.					2
	мого доступа к	Контроллер прямого доступа к памяти.
	памяти.
60	Память микро-	Функции памяти. Архитектура памяти.					6
	процессорной	Многоуровневая организация памяти. Ос-
	системы.	новные характеристики			запоминающих
		устройств. Средства управления памятью в
		микропроцессорах. Линейная, сегментная и
		страничная адресация. Модульное пред-
		ставление адресного пространства. Спосо-
		бы адресации данных в универсальных
		микропроцессорах.		Однокомпонентные		и
		многокомпонентные		способы адресации.
		Регистровые	структуры микропроцессора.
		Функциональная неоднородность регистров
		микропроцессоров. Адресные регистры. Ре-
		гистры данных. Специальные регистры.

1	2		3			4
61	Структура команд	Выполнение команд		микропроцессором.		4
	микропроцессора	Командный цикл. Цикл выборки команды.
		Цикл выполнения команды. Конвейерная
		обработка. Поддержка языков высокого
		уровня.	Специализированные		команды
		языков высокого уровня. Поддержка опера-
		ционной системы. Основные функции опе-
		рационной системы.
62	Организация кон-	Конвейерная обработка внутри микропро-				4
	вейера.	цессора. Конфликты в конвейере. Конвей-
		ерный режим работы при обращении к па-
		мяти. Устранение конфликтов			конвейера
		(аппаратные и программные способы). Ла-
		тентность при выполнении команд в кон-
		вейерном режиме. Задержанные переходы.
		Задержанные вызовы.
63	Энергопотребле-	Методы и способы снижения энергопо-				2
	ние микропроцес-	требления	микропроцессорной		системы.
	сорных систем.	Выключение ядра микропроцессора и пе-
		риферии.	Подсистема автоматического
		управления энергопотреблением.
64	Энергоснабжение	Типы источников стабилизации напряже-				3
	микропроцессор-	ния питания. Линейные и импульсные ис-
	ной системы.	точники питания. Полностью конфигури-
		руемые источники питания. Шумы источ-
		ников питания. Алгоритм расчета развязы-
		вающих конденсаторов. Способы размеще-
		ния развязывающих конденсаторов в лини-
		ях питания микропроцессорной системы.
65	Окружение мик-	Структура	микропроцессорной		системы с	2
	ропроцессорной	аналого-цифровым и цифро-аналоговым
	системы.	преобразователем, кодеком, со cкоростным
		интерфейсом к внешней синхронной дина-
		мической памяти.
66	Микроконтролле-	Структура микроконтроллера. Принцип ра-				3
	ры с ультраниз-	боты. Примеры построения автономных
	ким энергопо-	приложений на базе 8-ми и 16-ти разрядных
	треблением	микроконтроллерах.
67	Примеры по-	Микропроцессорные		системы	реального	2
	строения специа-	времени. Встраиваемые системы цифровой
	лизированных	обработки сигналов. Системы управления
	микропроцессор-	реального	времени.	Специализированные
	ных систем.	микропроцессорные системы на кристалле.

1	2			3	4
68	Проектирование	Организация проектирования МПС. Цикл			2
	микропроцессор-	проектирования		микропроцессорных сис-
	ных систем.	тем. Этапы проектирования микропроцес-
		сорных систем.
69	Подходы к разра-	Разработка	микропроцессорных модулей.		2
	ботке архитекту-	Построение		функционально-модульной
	ры микропроцес-	структуры системы. Определение набора
	сорной системы.	процедур,	реализующих принадлежащие
		модулю функции. Выбор соотношения ме-
		жду аппаратными и программными средст-
		вами.
70	Методы и средст-	Программные,		программно-аппаратные	2
	ва отладки и кон-	способы отладки. Методы контроля пра-
	троля.	вильности функционирования.
71	Заключение	Перспективы развития микропроцессорной			2
		техники.
				Итого за седьмой семестр	66
Раздел: Архитектура высокопроизводительных микропроцессоров
Восьмой семестр
72	Вводная лекция.	Понятие архитектуры процессора. Маши-			2
		ны, управляемые потоком команд, машины,
		управляемые потоком данных. Классифи-
		кация архитектур.
73	Арифметические	Способы задания предикат. Инструкции			2
	инструкции	пересылки. Условные инструкции пересыл-
		ки. Арифметические инструкции. Логиче-
		ские инструкции. Сдвиговые и битовые ин-
		струкции. Инструкции сравнения и уста-
		новки.
74	Управляющие	Инструкции сравнения и установки. Инст-			2
	инструкции	рукции для управления потоком команд.
		Связывание. Слот ожидания. Предикатиро-
		вание и нуллификация инструкций.
75	Регистровый	Регистровый файл. Классификация регист-			2
	файл, кодирова-	ровых файлов. Оконный регистровый файл.
	ние инструкций	Динамический оконный регистровый файл.
		Типы Кодирование инструкций. Плотность
		кода. Кодирования инструкций в архитек-
		туре MIPS. Кодирование инструкций в ар-
		хитектурах x86-32 и x86-64.

1	2			3		4
76	Архитектуры		Особенности организации архитектур CISC			2
	CISC и RISC		и RISC. Основные достоинства и недостат-
			ки. Исторический обзор архитектур: x86,
			x86-32, x86-64, MIPS, PowerPC, Alpha,
			SPARC, PA-RISC.
77	Векторизация.		Векторизация. Векторное программирова-			2
			ние. Векторные процессоры. Обзор вектор-
			ных наборы инструкций в архитектуре x86.
78	Векторные	набо-	Типы арифметик в векторных инструкциях.			2
	ры инструкций.		Ортогональность инструкций и данных.
			Целочисленные	векторные	инструкции.
			Вещественные векторные инструкции.
79	Измерение	про-	Закон Амдалы. Измерение пиковой произ-			2
	изводительности		водительности. Измерение производитель-
	процессора.		ности отдельных узлов процессора. Изме-
			рение производительности в тесте SPEC.
80	Параллелизм		Понятие параллелизма на уровне инструк-			2
	уровня команд		ций. Типы зависимостей между инструк-
			циями. Зависимости по данным, по именам.
			Базовый блок. Граф потока управления. За-
			висимость по управлению. Граф потока
			данных. Критерий сохранения корректно-
			сти программы при параллельном исполне-
			нии.
81	Конвейер	инст-	Конвейеризация операция. Состав конвейе-			2
	рукций		ра инструкций. Понятие конфликта. Типы
			конфликтов. Способы устранения конфлик-
			тов.
82	Технологии	оп-	Технология планирование исполнения ин-			4
	тимизирующей		струкций для	скалярного	конвейерного
	компиляции.		процессора. Статическое		предсказание
			ветвления. Развертка циклов. Программная
			конвейеризация. Trace планирование. По-
			строение суперблока. Использование пре-
			дикатирования.
83	Алгоритм	Тома-	Алгоритм Томасуло. Основные этапы ис-			2
	суло		полнения инструкции. Состав процессора.
			Станция резервирования. Особенности об-
			работки инструкций загрузки и сохранения.

1		2		3			4
84	Суперскалярный		Понятие суперскалярного процессора. Ста-				2
	процессор		тический суперскалярные процессор, прин-
			ципы	функционирования.	Динамический
			суперскалярные процессор (ДССП). Обра-
			ботка	инструкций условного		перехода
			ДССП.
85	Предсказатели		Понятие предсказателя ветвления. Двух-				2
	ветвления		битный предсказатель ветвления. Принци-
			пы организации корреляционных предска-
			зателей. Многоуровневые предсказатели.
86	Спекулятивный		Понятие спекулятивного		суперскалярного		4
	процессор		процессора (СССП). Этапы обработки ин-
			струкций СССП. Структурная схема СССП.
			Буфер переупорядочивания (reorder buffer).
			Техника переименования регистров.
87	Организация ие-		Пространственная и временная локальность				2
	рархии памяти в		данных и команд. Кэш. Иерархия КЭШа.
	СССП.		Предвыборка. Неблокируемый кэш. Алго-
			ритмы оптимизация работы КЭШа. Уст-
			ройство управления памятью (MMU). TLB.
88	Архитектуры		Основы архитектуры VLIW. План исполне-				4
	VLIW и EPIC.		ния. Статический и динамический			VLIW
			процессор. Основы архитектуры EPIC. Па-
			кет инструкций как способ явного выраже-
			ния параллелизма. Архитектура Intel IA-64.
89	Многопоточные и		Типы	многопоточности.	Симметричная		4
	многоядерные		мультипроцессорная система. Когерент-
	процессоры		ность КЭШей. Протоколы поддержки коге-
			рентности. Симметричные и ассиметрич-
			ные многоядерные процессоры. Способы
			взаимодействий ядер в многоядерных про-
			цессорах.
90	Микроархитекту-		Процессоры SUN UltraSPARC III, IBM				2
	ра	статических	Power6, Intel Atom.
	суперскалярных
	процессоров.
91	Микроархитекту-		IBM PowerPC 750, Power 4; Sun				2
	ра	процессоров с	UltraSPARC T1, T2
	архитектурой
	RISC.
92	Микроархитекту-		Intel Core 2 Duo, AMD K10, Intel Pentium4				2
	ра СССП с архи-
	тектуроц x86.

1	2			3	4
93	Микроархи-			IBM Power 5, Intel Core i7	2
	тектура	СССП	с
	одновременным
	параллелизмом
94	Микроархи-			Intel Itanium 2, Sony Cell	2
	тектура	процес-
	соров с	нестан-
	дартной	архитек-
	турой
95	Процессоры		с	Перспективные архитектуры EDGE на	4
	перспективной			примере TRIPS. Архитектура GPU. Микро-
	архитектурой		и	архитектура GPU. Intel Larrabee. AMD Fu-
	микроархи-			sion.
	тектурой
				Итого за восьмой семестр	58
				Всего:	238

2.2 Практические занятия

Практические занятия по данной дисциплине не предусмотрены рабочим учебным планом.

2.3 Лабораторные занятия

						Объем в
	№	Название темы			Содержание	часах
	п/п					(ауди-
						торных)
	Пятый семестр
	1	Программирование			Запись и чтение данных в реальном, за-	8
		в реальном, защи-			щищенном и виртуальном режимах
		щенном	и	вирту-
		альном режимах
	2	Система	последо-		Организация обмена через последователь-	4
		вательного		ввода-	ные порты.
		вывода
	3	Система		парал-	Организация передачи данных через па-	4
		лельного		ввода-	раллельный порт
		вывода
	4	Программирование			Разработка команд управления таймером.	4
		таймера
	5	Программирование			Разработка команд взаимодействия с кон-	4

	клавиатуры			троллером клавиатуры
6	Программирование			Разработка тестов видеоадаптера и дис-			6
	видеоадаптера			плея
7	Программирование			Разработка тестов выполнения математи-			4
	математического			ческих операций. Использование регист-
	сопроцессора			ров MMX.
				Итого за пятый семестр			34
Шестой семестр
8	Работа	с	шиной	Механизм конфигурирования шины PCI.			4
	PCI.			Опрос состояния устройств, чтение кон-
				фигурационных регистров.
9	Работа	с контрол-		Команда идентификации устройств ATA.			4
	лером АТА			Чтение "паспорта" жесткого диска.
10	Работа	с	перифе-	Изучение принципов действия двух разно-			4
	рийными		устрой-	видностей планшетных устройств скани-
	ствами ввода.			рования.
11	Работа	с	интер-	Изучение особенностей применения ин-			4
	фейсом IEEE 1394.			терфейса IEEE 1394 для подключения
				внешних устройств и объединения ПК в
				локальную сеть.
				Итого за шестой семестр			16
Седьмой семестр
12	8-ми	разрядные		Изучение структуры 8-ми разрядного мик-			4
	микропроцессоры			ропроцессора. Программирование матема-
				тического выражения
13	Программирование			Реализация алгоритмов стирания и про-			4
	РПЗУ			граммирования внутреннего РПЗУ
14	16-ти	разрядные		Изучение структуры 16-ти разрядного			4
	микропроцессоры			специализированного микропроцессора.
				Знакомство с средой разработки про-
				граммного обеспечения. Запуск тестового
				программного обеспечения.
15	Методы	снижения		Изучение методов и способов снижения			4
	энергопотребления			энергопотребления	микропроцессорной
				системы.
16	Программирование			Программирование	различных	режимов	4
	последовательного			приме и передачи данных через последо-
	порта			вательный порт микропроцессора.
17	Программирование			Программирование	различных	способов	4
	контроллера пря-			пересылки информации с помощью кана-
	мого доступа в па-			лов контроллера прямого доступа в память
	мять
18	Реализация		алго-	Реализация алгоритмов обработки прини-			4
	ритмов в реальном			маемой информации в ежимее реального

	времени		времени
19	Создание	авто-	Программирование внешней Flash памяти		6
	номного приложе-		приложением пользователя	для создания
	ния		автономно работающего приложения.
			Итого за седьмой семестр		34
Восьмой семестр
20	Оптимизирующий		Изучение основ векторизации алгоритмов на ос-		4
	компилятор		нове оптимизирующего компилятора Intel C++.
21	SIMD инструкции		Разработка векторной реализации алгоритма с		4
			использованием SIMD инструкций.
22	Программная		Оптимизация программ за счет	использования	4
	предвыборка и ло-		программной предвыборки данных и улучшения
			пространственной и временной локальности дан-
	кальность данных		ных
23	Многопоточность		Разработка многопоточной версии вычислитель-		4
			ного алгоритма.
24	Латентность	и	Измерение параметров латентности и пропускной		4
	пропускная	спо-	способности для различных инструкций.
	собность КЭШа
25	Ассоциативность		Экспериментальное измерение параметра ассо-		4
	КЭШа		циативности КЭШа
			Итого за восьмой семестр		24
				Всего	108

2.4 Курсовая работа

Курсовая работа по данной дисциплине не предусмотрена рабочим учебным планом.

3.УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

3.1Литература

3.1.1Основная литература

1.Максимов Н.В., Партыка Т.Л., Попов И.И Архитектура ЭВМ и вычислительных систем. —М.: Форум, 2008. — 512с.

2.Гук.М.Ю. Аппаратные средства РС. Энциклопедия. –ЗАО «Питер», 2008.

3.Жмакин А.П. Архитектура ЭВМ. — BHV-Санкт-Петербург, 2008 г. . — 320 с.

4.Крейгон Р. Архитектура компьютеров и ее реализация. — М.: Мир, 2004.

— 412с

5.Демидович Е.М. Программирование на Си. Минск: Из-во Университет-

ское, 2005 г.

6.Демидович Е.М.. Программирование на ассемблере. Минск: Из-во Университетское, 2003г.

7.Кулаков В.И. Программирование внешних устройтсва. Издательский дом

―Питер‖, 2004

8.Гук М.И, Юров В.С.Процессоры Pentium 4 Athlon и Duron.Издательский дом ―Питер‖, 2001.

9.Касаткин А.И. Управление ресурсами. Мн.: Высшая школа,1992.

10.Касаткин А.И. Системное программирование Мн.: Высшая школа,1993 г. 11.Гордеев А.В. Операционные системы. Учебник для ВУЗов. 2-е изд. Спб.,

Питер, 2005.

12.Юров В.И. Assembler. Учебник для ВУЗов. СПб., Питер, 2005.

13.Грегори К. Использование VisualC++ 6. Специальное издание. М., СПб., К., изд. дом ―Вильямс‖, 2000.

14.Таненбаум Э. Современные операционные системы. Спб, Питер, 2004. 15.Григорьев В.Л. Видеосистемы ПК фирмы IBM. -М.: Радио и связь, 1993.

16.Гук М. Процессоры Intel: от 8086 до Pentium II. - СПБ.: Питер, 1998.

17.Гук М.Г. Аппаратные интерфейсы ПК. Энциклопедия. - СПб.: Питер,

2006. – 1072 с.

18.Гук М.Г. Шины PCI, USB и FireWire. Энциклопедия. - СПб.: Питер, 2005.

– 540 с.

19.Петров С.В. Шины PCI, PCI Express. Архитектура, дизайн, принципы функционирования. – СПб.: БХВ, 2006. – 416 с.

20.Гук М.Г. Дисковая подсистема ПК. СПб: Питер, 2001. - 336 с.

21.Гук М.Г. Интерфейсы устройств хранения: ATA, SCSI и другие. Энциклопедия. СПб.: Питер, 2006. – 448 с.

22.Агуров П.А. Практика программирования USB. СПб.: БХВ, 2005. – 624 с. 23.Колесниченко О.Г., Шишигин И. В. Аппаратные средства РС, 5-е изд.

СПб.: БХВ, 2005. – 1152 с..

24.Морисита И. Аппаратные средства МикроЭВМ: Пер. с япон. М.: Мир,

1988.

25.Щелкунов Н.Н., Дианов А.П. Микропроцессорные средства и системы. М.: Радио и связь, 1990.

26.Фрир Дж. Построение вычислительных систем на базе перспективных микропроцессоров : Пер. с англ. М.: Мир, 1990.

27.Фридмен М., Ивенс Л. Проектирование систем с Микрокомпьютерами: Пер с англ. М.: Мир, 1986..

28.«Микропроцессоры» кн.1, кн.2, кн.3. Под ред. Преснухин. Минск, Высшая школа, 1987.

29.Клингман Э. Проектирование микропроцессорных систем: Пер. с англ.

М.: Мир, 1980.

30.Шпаковский Г.И. Организация параллельных ЭВМ и супер скалярных процессоров: Учебное пособие. Мн.: Белгосуниверсит, 1996.

31.Скорик В.Н. и др. Мультимикропроцессорные системы // К.: «Техника»,

1989.

32.Корнеев В.В., Киселев А.В. Современные микропроцессоры. 3-е изд. -

М.:НОЛИДЖ, 2003. -448 с. (А4).

33.David Patterson, John Hennecy. Computer Architecture A Quantitative Approach. 3-ed edition. Morgan Kaufmann Publishers.

34.David Patterson, John Hennecy. Computer Architecture A Quantitative Approach. 4-th edition. Morgan Kaufmann Publishers.

35.Patterson, Hennessy. Computer Organization and Design. The Hardware/Software Interface. Morgan Kaufmann Publishers.

36.Воеводин В.В., Воеводин Вл. В. Параллельные вычисления. – СПб.: БХВ-Петербург, 2004. – 608с.

37.Хамахер К., Вранешич З., Заки С. Организация ЭВМ. 5-е изд. –

СПб.:Питер, 2003. – 848 с.

38.SPEC CPU2006 Benchmark Descriptions

39.Mark Smotherman, Understanding EPIC Architectures and Implementations.

40.Alpha Architecture Handbook Version 4

41.MIPS IV Instruction Set Version 3.2

42.Power ISA Version 2.04

43.The SPARC Architecture Manual Version 9

44.Intel Itanium Architecture Software Developer’s Manual

45.Intel® 64 and IA-32 Architectures Optimization Reference Manual

46.AMD64 Architecture Programmer`s Manual

47.Intel Compiler 10 Reference Manual

48.Sun Microsystems OpenSPARC T1 Microarchitecture Specification

49.Manish Shah, Jama Barreh, and others. UltraSPARC T2: A Highly-Threaded, Power-Efficient, SPARC SOC, Sun Microsystems

3.1.2Дополнительная литература

50.Скляров В.А. Методическая разработка по применению персональных ЭВМ в учебном процессе и в научных исследованиях для студентов всех специальностей. «Управление ресурсами ПЭВМ", Мн.: ротопринт МРТИ, 1989 г.

51.Прерывания операционной системы. Мн.: ротопринт МРТИ, 1989 г. 52.Алгоритмические языки Си и Паскаль. Мн.: ротопринт МРТИ, 1989 г.

53.Cмит В.Э., Джонсон М.Т. Архитектура и программирование микропро-

цессора INTEL 80386. -М.: СП "Конкорд", 1992.

54.Бродин В.Б., Шагурин И.И. Микропроцессор i486. Архитектура, программирование, интерфейс. - М.: "Диалог-МИФИ", 1993.

55.Ларионов А.М., Горнец Н.Н. Периферийные устройства в вычислительных системах: Учеб. пособие для вузов.– М.: Высш.шк., 1991.– 336 с.

56.Григорьев В.Л. Архитектура и программирование арифметического сопроцессора.– М.: Энергоатомиздат, 1991.– 208 с.

57.Нортон П. Программно-аппаратная организация IBM PC: Пер. с англ.– М.: Радио и связь, 1992.– 336 с.

58.Венгер В.А. и др. Аппаратура персональных компьютеров и ее програм-

мирование. IBM PC/XT/AT и PS/2. -М.: Радио и связь, 1995.