• A
  • A
  • A
  • АБВ
  • АБВ
  • АБВ
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта

Архитектура вычислительных систем

2020/2021
Учебный год
RUS
Обучение ведется на русском языке
4
Кредиты

Преподаватели

Программа дисциплины

Аннотация

Учебный курс "Архитектура вычислительных систем" ориентирован на изучение основных принципов устройства вычислительных систем, начиная с традиционной классической архитектуры и до современных параллельных вычислительных систем. С позиций общих идей архитектуры рассматриваются основы машинно-ориентированных языков, что дает студентам возможность попробовать реализовать на практике несложные алгоритмы на языке ассемблер. Помимо более глубоких знаний о программировании и его эффективности, курс закладывает представления о механизмах параллельного выполнения в вычислительной системе нескольких задач, что очень важно для понимания работы современных операционных систем. Содержание дисциплины базируется на изучении архитектуры процессоров Intel.
Цель освоения дисциплины

Цель освоения дисциплины

  • Целью освоения дисциплины «Архитектура вычислительных систем» является освоение обучающимся принципов организации параллельных вычислительных систем, методик и технологий решения проблем, возникающих при создании вычислительных систем с традиционной архитектурой.
Планируемые результаты обучения

Планируемые результаты обучения

  • Знает определение архитектуры, прикладной и системной архитектуры
  • Способен читать и анализировать исходный код программ, написанных на машинно-ориентированных языках Умеет применять средства конструирования новых типов на основе стандартных типов Знает и может использовать на практике основные управляющие структуры и средства их реализации Способен разрабатывать программы с использованием команд FPU, расширения системы команд MMX, SIMD
  • Знает и может применить на практике возможности системной архитектуры Intel: способен использовать системные функции, подготовлен к разработке системного программного обеспечения
Содержание учебной дисциплины

Содержание учебной дисциплины

  • Раздел 1. Введение в дисциплину
    Тема 1. Понятие архитектуры Понятие системы, вычислительной системы (ВС). Понятие архитектуры. Аппаратное и программное обеспечение. Системная и прикладная архитектура. Архитектура фон Неймана: структура традиционной ВС и основные принципы организации, ограничения, понятие семантического разрыва. Семейство процессоров Intel 80x86: общая характеристика семейства, особенности процессоров разных поколений. Тема 2. Тенденции совершенствования архитектуры ВС Совершенствование ВС: основные направления. Повышение степени параллелизма – основное направление совершенствования архитектуры современных ВС. Уровни параллелизма. Общая классификация архитектур ВС по признакам наличия параллелизма в потоках команд и данных (классификация по Флинну): ОКОД (SISD, Single Instruction stream over a Single Data stream); ОКМД (SIMD, Single Instruction, Multiple Data); МКОД (MISD, Multiple Instruction Single Data); МКМД (MIMD, Multiple Instruction Multiple Data). Понятие конвейеризации, типы конвейеров. Совершенствование системы команд и конвейеризация вычислений. Понятие RISC, CISC, VLIW и конвейеризация вычислений. Конвейеризация вычислений в различных моделях процессоров Intel. Многопроцессорные системы, классификация. Проблемы эффективного параллелизма. Архитектура высокопроизводительных систем. Потоковые архитектуры. Вычислительные сети. Нейрокомпьютеры. Совершенствование элементной базы и тенденции развития архитектуры ВС
  • Раздел 2. Прикладная архитектура процессоров Intel
    Тема 3. Типы данных Понятие типа, примеры. Базовые типы. Типы данных процессоров Intel: числа (целые со знаком и без знака, числа с плавающей точкой, двоично-десятичные данные, строки битов, массивы). Тема 4. Адресация памяти Регистровая память процессоров Intel: классификация регистров, регистры общего назначения и их использование в программах. Организация и адресация оперативной памяти. Линейная организация памяти и относительная адресация. Режимы адресации (на примере Intel). Особенности организации и адресации стека. Адресация кода. Тема 5. Система команд Понятие системы команд. Классификация команд. Форматы команд. Система команд процессоров Intel: форматы команд и команды по группам (арифметические и логические команды, команды сдвигов, команды пересылок, команды десятичной арифметики, команды работы со строками и цепочками битов, команды передачи управления, команды управления процессором, поддержка языков высокого уровня). Тема 6. Расширения системы команд Расширение системы команд и понятие сопроцессора. Расширение системы команд: команды FPU, команды MMX, SIMD и пр.
  • Раздел 3. Системная архитектура процессоров Intel
    Тема 7. Иерархия запоминающих устройств и управление памятью Типы запоминающих устройств. Иерархия ЗУ: принципы организации. Понятие кэш-памяти, типы. Виртуализация памяти. Пример иерархии ЗУ в компьютерах, построенных на базе процессоров Intel. Способы организации памяти. Сегментация памяти и страничная организация. Организация оперативной памяти в Intel, блок управления памятью и схема трансляции адресов. Понятие виртуальной памяти и принципы реализации. Особенности управления памятью и виртуальная память в процессорах Intel. Защита памяти: кольцевая защита (по уровням привилегий), изоляция адресных пространств (на примере Intel). Организация ввода/вывода и защита внешних устройств. Тема 8. Механизм прерываний Понятие прерывания и классификация прерываний (на примере процессоров Intel). Общая схема обработки прерываний. Обработка прерываний в процессорах Intel. Программируемые контроллеры прерываний и обработка внешних прерываний. Исключения и их обработка. Тема 9. Поддержка мультизадачности Понятие задачи и мультизадачности (на примере процессоров Intel). Сегмент состояния задачи, дескриптор задачи. Схема переключения задач.
Элементы контроля

Элементы контроля

  • неблокирующий Аудиторная работа
  • неблокирующий Самостоятельная работа
  • неблокирующий Экзамен
  • неблокирующий Аудиторная работа
  • неблокирующий Самостоятельная работа
  • неблокирующий Экзамен
Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация

  • Промежуточная аттестация (2 модуль)
    0.3 * Аудиторная работа + 0.3 * Самостоятельная работа + 0.4 * Экзамен
Список литературы

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

  • Гергель В.П., Мееров И.Б., Бастраков С.И. - Введение в принципы функционирования и применения современных мультиядерных архитектур (на примере Intel Xeon Phi) - Национальный Открытый Университет "ИНТУИТ" - 2016 - 407с. - ISBN: - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/100693
  • Гуров В.В. - Архитектура микропроцессоров - Национальный Открытый Университет "ИНТУИТ" - 2016 - 327с. - ISBN: 978-5-9963-0267-3 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/100570
  • Максимов, Н.В. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем : учебник / Н.В. Максимов, Т.Л. Партыка, И.И. Попов. — 5-е изд., перераб. и доп. — Москва : ФОРУМ : ИНФРА-М, 2018. - 511 с. - (Среднее профессиональное образование). - ISBN 978-5-00091-511-0 (ФОРУМ) ; ISBN 978-5-16-013573-1 (ИНФРА-М, print) ; ISBN 978-5-16-106243-2 (ИНФРА-М, online). - Текст : электронный. - URL: http://znanium.com/catalog/product/944312

Рекомендуемая дополнительная литература

  • Новожилов О. П. - АРХИТЕКТУРА ЭВМ И СИСТЕМ. Учебное пособие для академического бакалавриата - М.:Издательство Юрайт - 2018 - 527с. - ISBN: 978-5-534-02626-9 - Текст электронный // ЭБС ЮРАЙТ - URL: https://urait.ru/book/arhitektura-evm-i-sistem-412746