• A
  • A
  • A
  • ABC
  • ABC
  • ABC
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Regular version of the site

Computer System Architecture

2017/2018
Academic Year
RUS
Instruction in Russian
4
ECTS credits
Delivered at:
Department of Information Technologies in Business (Faculty of Economics, Management, and Business Informatics)
Course type:
Compulsory course
When:
2 year, 1, 2 module

Instructors

Программа дисциплины

Аннотация

Настоящая программа учебной дисциплины устанавливает требования к образовательным результатам и результатам обучения студента и определяет содержание и виды учебных занятий и отчетности. Программа предназначена для преподавателей, ведущих дисциплину «Архитектура вычислительных систем», учебных ассистентов и студентов направления подготовки 09.03.04 Программная инженерия, обучающихся по образовательной программе «Программная инженерия».
Цель освоения дисциплины

Цель освоения дисциплины

  • знакомство с основными принципами организации и функционирования современных вычислительных систем, а также с направлениями совершенствования архитектуры вычислительных систем (ВС) на уровне, достаточном для применения полученных компетенций в практике проектирования и создания программного обеспечения (ПО), инструментальных средств разработки ПО
Результаты освоения дисциплины

Результаты освоения дисциплины

  • Знает определение архитектуры, прикладной и системной архитектуры
  • Имеет представление об ограничениях традиционной архитектуры
  • Имеет представление об основных направления совершенствования архитектуры ВС
  • 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
  • Способен читать и анализировать исходный код программ, написанных на машинно-ориентированных языках, в кодах процессоров, определять данные и выделять управляющие конструкции, строить по коду на машинно-ориентированном языке и машинному коду алгоритмы, реализованные данным кодом.
  • Умеет разрабатывать программы с использованием машинно-ориентированных языков.
  • Подготовлен к разработке трансляторов (генераторов кода) для процессоров с традиционной архитектурой
  • Знает и может применить на практике при разработке программ знания о представлении и кодировании информации, основные типы данных и средства их поддержки в современных процессорах
  • Умеет применять средства конструирования новых типов на основе стандартных типов с использованием возможностей адресации современных процессоров
  • Знает и может использовать на практике основные управляющие структуры и средства их реализации в современных процессорах
  • 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
  • Знает способы организации оперативной памяти, механизмы защиты памяти.
  • Имеет представление о иерархии запоминающих устройств, организации взаимодействия различных механизмов управления памятью.
  • Имеет представление о поддержке виртуальной памяти
  • Знает и может использовать на практике средства обработки прерываний, особенности обработки внешних прерываний и исключений
  • Имеет представление об аппаратной поддержке мультизадачности, может применить знания на практике при разработке многопоточных приложений
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 реферат (самостоятельная работа) по теме «Тенденции совершенствования архитектуры ВС»
    Предусматривается возможность «защиты» – презентации работы. Защита предусматривает: − Краткий доклад по теме с презентацией содержания реферата. − Ответы на вопросы по теме. В ходе защиты студент должен продемонстрировать знание профессиональной терминологии в рамках соответствующей темы, продемонстрировать знание теоретического материала и умение на практике применять эти знания при решении задач, а также владение математическим аппаратом для получения формального описания алгоритмов, доказательства их свойств и получения оценки эффективности решений. Кроме того, он должен показать, что владеет культурой мышления, способен к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения, способен логически верно, аргументированно и ясно строить речь.
  • неблокирующий контрольная работа по типам данных и системе команд процессоров Intel
  • неблокирующий самостоятельная работа (домашнее задание) по системе команд ALU
  • неблокирующий самостоятельная работа (домашнее задание) по использованию расширений системы команд (FPU и MMX)
  • неблокирующий письменный опрос (контрольная работа) по темам раздела «Системная архитектура процессоров Intel»
    Работа выполняется письменно. В билеты включён один теоретический вопрос.
  • неблокирующий письменный экзамен
    Промежуточная аттестация по дисциплине проводится в форме экзамена. Экзамен проводится в письменном виде. Письменная экзаменационная работа включает: 1. Теоретический вопрос по темам курса. 2. Практические задания по темам раздела 2.
Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация

  • Промежуточная аттестация (2 модуль)
    0.1 * контрольная работа по типам данных и системе команд процессоров Intel + 0.1 * письменный опрос (контрольная работа) по темам раздела «Системная архитектура процессоров Intel» + 0.4 * письменный экзамен + 0.1 * реферат (самостоятельная работа) по теме «Тенденции совершенствования архитектуры ВС» + 0.2 * самостоятельная работа (домашнее задание) по использованию расширений системы команд (FPU и MMX) + 0.1 * самостоятельная работа (домашнее задание) по системе команд ALU
Список литературы

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

  • Жмакин, А. П. Архитектура ЭВМ : учебное пособие / А. П. Жмакин - 2-е изд., перераб. и доп. - СПб:БХВ-Петербург, 2010. - 347 с.ISBN 978-5-9775-0550-5. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/351133

Рекомендуемая дополнительная литература

  • Архитектура ЭВМ и вычислительных систем: Учебник / Н.В. Максимов, Т.Л. Партыка, И.И. Попов. - 5-e изд., перераб. и доп. - М.: Форум: НИЦ ИНФРА-М, 2015 - 512 с.: ил.; 60x90 1/16. - (Профессиональное образование). (п) ISBN 978-5-91134-742-0 - Режим доступа: http://znanium.com/catalog/product/492687
  • Архитектура ЭВМ: Учебное пособие / В.Д. Колдаев, С.А. Лупин. - М.: ИД ФОРУМ: НИЦ ИНФРА-М, 2014. - 384 с.: ил.; 60x90 1/16. - (Профессиональное образование). (переплет) ISBN 978-5-8199-0373-5 - Режим доступа: http://znanium.com/catalog/product/424016