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

Computer System Architecture

2019/2020
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

Instructor

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

  • формирование компетенций в сфере профессиональной деятельности, позволяющих выпускнику успешно работать в избранной сфере деятельности, обладать универсальными и предметно-специализированными компетенциями, способствующими его социальной мобильности и устойчивости на рынке труда
  • в области воспитания личности: развитие у студентов социально-личностных качеств, способствующих его социальной адаптации и профессиональному росту
Результаты освоения дисциплины

Результаты освоения дисциплины

  • Знает и может применить на практике возможности системной архитектуры Intel: способен использовать системные функции, подготовлен к разработке системного программного обеспечения
  • 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
  • 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, 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
  • Имеет представление о иерархии запоминающих устройств, организации взаимодействия различных механизмов управления памятью.
  • Знает способы организации оперативной памяти, механизмы защиты памяти.
  • 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

  • Реферат (самостоятельная работа) (неблокирующий)
  • Контрольная работа (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 (неблокирующий)
  • Экзамен (неблокирующий)
Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация

  • Промежуточная аттестация (2 модуль)
    0.1 * Контрольная работа + 0.1 * Письменный опрос (контрольная работа) по темам раздела «Системная архитектура процессоров Intel + 0.1 * Реферат (самостоятельная работа) + 0.2 * Самостоятельная работа (домашнее задание) ) по системе команд ALU + 0.1 * Самостоятельная работа (домашнее задание) по использованию расширений системы команд (FPU и MMX) + 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 - ISBN: - Текст электронный // ЭБС Лань - URL: https://e.lanbook.com/book/100693
  • - Гуров В.В. — Архитектура микропроцессоров - Национальный Открытый Университет "ИНТУИТ" - 2016 - ISBN: 978-5-9963-0267-3 - Текст электронный // ЭБС Лань - URL: https://e.lanbook.com/book/100570
  • Архитектура ЭВМ и вычислительных систем : учебник / Н.В. Максимов, Т.Л. Партыка, И.И. Попов. — 5-е изд., перераб. и доп. — М. : ФОРУМ : ИНФРА-М, 2017. — 511 с. — (Среднее профессиональное образование). - Режим доступа: http://znanium.com/catalog/product/814513
  • Архитектура ЭВМ и вычислительных систем: Учебник / Максимов Н.В., Партыка Т.Л., Попов И.И., - 5-е изд., перераб. и доп. - М.:Форум, НИЦ ИНФРА-М, 2016. - 512 с.: 60x90 1/16. - (Профессиональное образование) (Переплёт 7БЦ) ISBN 978-5-91134-742-0 - Режим доступа: http://znanium.com/catalog/product/552537
  • 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
  • Новожилов О. П.-АРХИТЕКТУРА ЭВМ И СИСТЕМ. Учебное пособие для академического бакалавриата-М.:Издательство Юрайт,2018-527-Бакалавр. Академический курс-978-5-534-02626-9: -Текст электронный // ЭБС Юрайт - https://biblio-online.ru/book/arhitektura-evm-i-sistem-412746