Міністерство освіти і науки України

ОДЕСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ ХОЛОДУ

Кафедра інформаційно-комунікаційних технологій

Рибалов Б.О., Юрчук Д.А.

Архітектура комп’ютерів

Посібник до виконання лабораторних робіт

Одеса, 2008

Рибалов Б.О., Юрчук Д.А. Архітектура комп’ютерів: Посібник до виконання лабораторних робіт. Одеська державна академія холоду, 2008. – 37 с.

Посібник розроблено згідно з робочою навчальною програмою дисципліни «Архітектура комп’ютерів» для студентів спеціальності 6.080401 «Інформаційні управляючі системи та технології», 6.080402 «Інформаційні технології проектування» за напрямом підготовки 0804 «Комп’ютерні науки».

Призначено для виконання лабораторних робіт студентами по закріпленню окремих тем дисципліни. Наведено перелік теоретичних питань для поглибленого опрацювання з посиланнями на літературу, яка є в бібліотеці ОДАХ.

Лабораторні роботи з дисципліни «Архітектура комп’ютерів» призначені для ознайомлення студентів з основними вузлами комп’ютера: процесора, пам’яті, жорсткого диску та ін.; вивчення принципів побудови, характеристик та різноманітних видів комплектуючих елементів сучасного комп’ютера; навчанню зборки комп’ютера з комплектуючих частин.

Завідувач кафедри інформаційно-

комунікаційних технологій

д.т.н., професор Г.С. Гайворонська

Голова науково-методичної комісії з напряму підготовки «Комп’ютерна інженерія»

ОДАХ

ЗМІСТ

1. Вступ: мета, завдання, структурно-логічне місце дисципліни в навчальному процесі. 4

2. Анотований зміст дисципліни 4

3. Зміст навчального (лекційного) матеріалу 5

Лабораторна робота №1. Загальна конфігурація комп’ютера. Системний блок. Материнська (системна) плата комп'ютера. 8

2. Вивчити склад системного блоку. 15

3. Виконати рисунок материнської плати в протоколі до лабораторної роботи з зазначенням всіх основних елементів та типів роз’ємів. 15

Лабораторна робота №2. Підключення процесора й оперативної пам'яті до материнської плати комп'ютера. 16

Лабораторна робота 3. Настроювання комп'ютерної системи засобами програми SETUP BIOS. Порядок запуску комп'ютера. 18

Лабораторна робота 4. Підключення жорсткого диска, дисководу, CD-ROM. 23

Рис. Схема НЖМД 23

Лабораторна робота №5. Робота з налаштуванням жорсткого диска: розподіл на розділи, форматування, дефрагментація. Файлові системи. 28

Лабораторна робота 6. Підключення відеоадаптера та монітора. 31

Лабораторна робота 7. Установка плат розширення. Підключення звукової карти й акустичної системи. 33

Лабораторна робота № 8. Повна збірка комп'ютера з комплектуючих. 35

1. Вступ: мета, завдання, структурно-логічне місце дисципліни в навчальному процесі.

Дисципліна «Архітектура комп'ютерів» є однією з дисциплін підготовки бакалаврів за напрямом 0804 «Комп'ютерні науки».

Метою викладання дисципліни «Архітектура комп'ютерів» є одержання студентами знань про принципи побудови і використання комп’ютерів існуючих поколінь та про перспективні розвитку комп’ютерів майбутніх поколінь.

Головні задачі вивчення дисципліни полягають у придбанні студентами:

• знань про будову, принципи дії, характеристики і можливості використання елементів і вузлів сучасних і майбутніх ЕОМ: процесора, пам’яті та ін.;

• умінь на основі аналізу параметрів і характеристик елементів і технічних умов на проектовані схеми вибирати систему елементів для проектування різноманітних функціональних вузлів ЕОМ, синтезувати схеми вузлів ЕОМ;

• навичок збору та наладки комп'ютера з комплектуючих.

Ця дисципліна узагальнює та систематизує знання і навички, які отримали студенти при вивченні цілого циклу дисциплін, а саме: «Фізика», «Дискретна математика», «Комп'ютерна електроніка», «Комп'ютерна схемотехніка», «Прикладна теорія цифрових автоматів». Комплекс знань та умінь, отриманих студентами при вивченні «Архітектури комп’ютерів» необхідний для подальшого навчання і придбання навичок при вивченні наступних дисциплін: «Периферійні пристрої», «Комп'ютерні системи», «Комп’ютерні мережі».

2. Анотований зміст дисципліни

Архітектура комп'ютера, що характеризує його логічну організацію, може бути представлена як безліч взаємозалежних компонентів, що включають, на перший погляд, елементи різної природи: програмне забезпечення, апаратне забезпечення, алгоритмічне забезпечення, спеціальне фірмове забезпечення – і підтримуючих його злагоджене функціонування у формі єдиного архітектурного ансамблю, що дозволяє вести ефективну обробку різних об'єктів.

З іншого боку, архітектура може бути задана як абстрактне багаторівневе подання фізичної системи з погляду програміста, із закріпленням функцій за кожним рівнем і встановленням інтерфейсу між різними рівнями.

Знання особливостей різноманітних архітектурних рішень дає можливість користувачам комп'ютерів ефективно розпоряджатися всіма надаваними ресурсами, здійснюючи їхній спрямований вибір і тим самим підвищуючи ефективність обробки даних.

Дисципліна складається з наступних основних розділів: принципи будування комп’ютера; архітектура процесорів; система команд, способи адресації; арифметико-логичні пристрої; організація багаторівневої пам’яті; архітектура запам’ятовуючих пристроїв; засоби уведення-виведення; робота комп’ютера із зовнішніми пристроями; інтерфейси, шини.

3. Зміст навчального (лекційного) матеріалу

№ роз-ділу	Основний зміст розділу	Кіль-кість годин	Літера-тура
1	2	3	4
Модуль № 1 «Процесори. Внутрішня пам'ять комп’ютера»
1.1	Вступ. Архітектура апаратній та програмній частки комп’ютера. Класифікація комп’ютерів. Покоління ЕОМ. Характеристики ЕОМ. Режими роботи комп’ютера.	2	[3], c. 3-6, [5], c. 22-26
1.2	Характеристики процесорів. Архітектура процесора Pentium. Набор регістрів. Система команд. Формати команд. Мікрокоманди. Мікроалгоритми. Мікропроцесорні комплекти великих інтегральних схем (ВІС).	2	[1], c. 227-230
1.3	Призначення, основні характеристики та класифікація арифметико-логічних пристроїв. Поняття конвеєру. Процесор без конвеєру. Трьохступенчатий конвеєр. П’ятиступенчатий конвеєр. Суперскалярна архітектура. Способи адресації.	2	[1], c. 174-200
1.4	Основні характеристики і особливості систем переривання процесора. Види переривань. Універсальні, функціонально-орієнтовані, спеціалізовані процесори. Процесори цифрової обробки сигналів. Процесори аналогової обробки сигналів. RISC та CISC процесори.	2	[1], c. 274-283 256-258, 269-272, 350-368 [2], c. 284-292
1	2	3	4
1.5	Класифікація пам’яті комп’ютера. Ієрархічна структура пам’яті. Принципи побудови оперативній пам’яті. Темничні характеристики та особливості RAM. Статична SRAM та динамічна DRAM пам’ять.	2	[2], c. 85-86 [3], c. 23-29
1.6	Види DRAM та їх характеристики. Модулі пам’яті SIMM, DIMM, RIMM. Їх особливості та характеристики. Ширина модуля. Пропускна спосібність модуля пам’яті.	2	[2], c. 84-85 [3], c. 29-34
1.7	Принципи побудови кеш - пам’яті. Адресний простір RAM та ROM. Сегментація пам’яті. Основні характеристики і особливості режиму прямого доступу до пам’яті. Структура і порядок управління.	2	[2], c. 294-299 [3], c. 36-51
1.8	Види ПЗУ. Перепрограмні ПЗУ. Основні настройки мікросхеми BIOS. Базова система вводу - виводу. Флеш - пам’ять. CMOS - пам’ять. Особливості застосування. Асоціативна та віртуальна пам’ять. Організація та побудова багаторівневої пам’яті.	2	[2], c. 175-176, 438-463 [3], c. 34-36
Модуль № 2 “Зовнішня пам’ять. Пристрої уведення-виведення інформації”
2.1	Принципи побудови накопичувачів на компакт дисках: CD-ROM, DVD-ROM. Технічні характеристики та особливості конструювання. Логічні та фізичні способи кодування інформації. Види компакт - дисків. Альтернативні носії інформації. Файлові системи: FAT, FAT32, NTFS.	4	[2], c. 87-97 [3], c. 51-57
2.2	Пристрої вводу – виводу інформації. Пристрої вводу: клавіатура, маніпулятор «миша», сканери.	2	[2], c. 112, 119-121
2.3	Пристрої виводу: монітор, відеоадаптер. Види моніторів та їх характеристики. Влаштування, режими роботи та типи відеоадаптерів.	2	[2], c. 113-119
2.4	Пристрої виводу: принтери. Типи принтерів та їх характеристики.	2	[3], c. 115-116
1	2	3	4
2.5	Класифікація шин. Системні та локальні шини. Синхронізація шин. Арбітраж шин. Технічні характеристики та особливості архітектури шин PCI, AGP, PCI Express. Інтерфейси PATA, SATA, SCSI їх модіфікаціі, режими роботи. Порт PS-2. Шини USB, Firewire.	2	[2], c. 108-111, 179-193 [3], c. 58-75
2.6	Організація обчислювальних систем з різноманітними архітектурами. Структура та організація обчислювальної системи з каналами вводу-виводу. Структура та організація обчислювальних систем з загальною шиною. Порівняльний аналіз структур обчислювальних систем	4	[1], c. 347-362 [1], c. 388-397

Рекомендована література

1. Каган Б.М. Электронные вычислительные машины и системы: Учебное пособие для вузов. - М: Энергоатомиздат, 1991.

2. Э.Таненбаум. Архитектура компьютера. — С.Пб.: – Питер, 2003.

3. Богач А.А. Конспект лекций по курсу: «Цифровые ЭВМ», ОДАХ, 2001.

4. Основи комп’ютерної техніки. Кравчук, Шонин. Основи комп'ютерної техніки: Компоненти, системи, мережі: Навч. посіб. для вузів. - К: Політехніка, 2005. - 344с.

5. Майоров С.А., Новиков Г.И. Структура электронных вычислительных машин. - Л: Машиностроение, 1989.

6. Интернет: www.ixbt.com/

7. Сташин В.В. и др. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах. - М.: Энергоатомиздат, 1990. -224 с.

8. Комп’ютерний журнал CHIP. Твой персональный компьютер, 1/2005 март.