Geum.ru

Рабочая программа курса "архитектура компьютера и операционные системы " (специальность физика 010400) Томск 2000

Вид материалаРабочая программа курса

Содержание


В. П. Демкин
Цель курса
Объем курса
"Архитектура компьютера и операционные системы "
Аннотация курса
Программа курса
Подобный материал:


ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ



ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ


КАФЕДРА ОБЩЕЙ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ФИЗИКИ



"УТВЕРЖДАЮ"


Декан физического факультета


________________Кузнецов В.М.


"____"_________________2000г.



РАБОЧАЯ ПРОГРАММА КУРСА

"АРХИТЕКТУРА КОМПЬЮТЕРА И ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ "



(специальность физика - 010400)


Томск - 2000

Программа обсуждена на заседании кафедры общей и экспериментальной физики


Зав. кафедрой общей и экспериментальной физики

профессор

В. П. Демкин




Одобрено методической комиссией физического факультета


Председатель методической комиссии

доцент

В.М. Вымятнин




Рассмотрено и одобрено Ученым советом физического факультета


Протокол № от "____"______________________2000 г.


Цель курса

Программа предназначена для студентов III курса физического факультета

После изучения курса студент должен:

  • знать основы архитектуры современных персональных компьютеров, а также базовые принципы их функционирования;
  • знать основные принципы функционирования операционных систем реального и защищенного режимов работы процессора;
  • владеть навыками анализа и настройки работы программного и аппаратного обеспечения современных компьютеров.


Требования к разделам программы определяются государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования к уровню подготовки выпускника по специальности 010400-физика.


Курс рассчитан на два семестра.


Объем курса


Раздел
Семестр
Объем в часах
Форма контроля







Лекции
Прак-тика
Лабора- тория
Лекции
Прак-тика
Лабора- тория

Часть I. Архитектура компьютера. Операционная система реального режима. Защищенный режим работы ЦП.
6
32
18



Коллоквиумы, зачет
Контр. задания



Часть II. Операционная система защищенного режима.
7
18
18



Коллоквиумы, зачет
Контр.

задания





Тематический план дисциплины

"АРХИТЕКТУРА КОМПЬЮТЕРА И ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ "



Всего часов по учебному плану

В том числе аудиторных

№

п/п
Наименование разделов и тем



Всего часов
Лекций
Практические занятия, семинары
Контрольные работы
Самостоятельная работа




Часть I. Архитектура компьютера

40
40
24
12
4



1
Основные принципы работы персональной ЭВМ
12



8
4






2
Операционная система реального режима (ОСРР).
12



8
4






3
Взаимодействие с переферией в ОСРР.
12



8
4









Часть II. Защищенный режим работы ЦП
14
12
6
6
2



4
Организация памяти в защищенном режиме.
2



1
1






5
Элементы защиты задач
2



1
1






6
Многозадачность
2



1
1






7
Виртуальный режим VM86
2



1
1






8
Ввод-вывод в защищенном режиме
2



1
1






9
Исключения и прерывания
2



1
1









Часть III. Операционная сисема защищенного режима работы (семейство “Windows”)


















10
Вводная часть
36
36
16
16
4



11
Анализ и настройка производительности






4
4






12
Инсталляция приложений






4
4






13
Архитектура Windows 95






4
4






14
Сравнение архитектур Windows 95 и Windows NT






6
6








Аннотация курса

В настоящее время новые информационные технологии интенсивно внедряются во все сферы социально-культурной деятельности человека, в том числе в образование и науку. Поскольку основным техническим средством реализации этих технологий является компьютер, его эффективное использование требует наличия соответствующих знаний об особенностях его функционирования.

Настоящий курс ставит своей задачей:
  1. дать студентам систематизированные знания об основах архитектуры компьютера и современных операционных систем;
  2. привить им практические навыки анализа и настройки работы программного и аппаратного обеспечения современных компьютеров.



ПРОГРАММА КУРСА




Вводная часть



1. Системы исчисления (десятичная, двоичная, шестнадцатеричная). Перевод чисел из одной системы в другую. Представление чисел со знаком. Знаковеличинный код, смещенный код, дополнительный код. Двоично-десятичный код.


Раздел 1. Архитектура компьютера


Тема 1. Основные принципы работы персональной ЭВМ.

  1. Архитектура ПК с шинной организацией. Взаимодействие процессора с ОЗУ. ШД, ША, шина управления. Регистры процессора. Регистpы общего назначения. Регистp флагов. Указатель инстpукций. Сегментные pегистpы. Принципы адресации в реальном режиме работы процессора (на примере 8088).
  2. Концепция прерываний. Аппаратные прерывания. Логические прерывания. Программные прерывания. Приоритеты прерываний. Область векторов прерываний.
  3. Система портов ввода-вывода. Распределение адресов портов. Генеpация звука чеpез поpты 8255.
  4. Технология ПДП. Приоритеты каналов ПДП.
  5. Вспомогательные элементы материнской платы. Тактовый генератор. Таймер. Контроллер шины. Контроллер прерываний. Микросхема интерфейса с периферией. Контроллер прямого доступа к памяти. Сопроцессор. "Встроенное" программное обеспечение IBM/PC (ПЗУ).
  6. Характеристика процессоров семейства Intel. Понятие RISC и CISC процессоров.
  7. Характеристика шин IBM/PC. Шины ISA, EISA, VESA, PCI 1.0, PCI 2.0, USB, AGP. Мосты шин.
  8. Структура ОЗУ. Элементы памяти. Организация доступа к памяти (выбор адреса, циклы ожидания, банки памяти, пакетный режим доступа, разбиение памяти на страницы). Типы памяти.


Тема 2. Операционная система реального режима

  1. Основы оpганизации ДОС. Шесть основных модулей ДОС. Назначение pазличных служебных функций (пpеpываний) ДОС. Система BIOS в ПЗУ. Пpеpывания BIOS.
  2. Распределение памяти в ДОС. Программная и служебная области. Память HMA, UMB, отображаемая и дополнительная память. Диспетчеры памяти в различных вариантах IBM/PC.


Тема 3. Взаимодействие с периферией в ОС реального режима

  1. Организация энергонезависимой памяти. Доступ к CMOS через порты. Проблема 2000 года.
  2. Взаимодействие с клавиатурой. Служебная область работы с клавиатурой, кольцевой буфер ввода, скен коды и ASCII коды.
  3. Устройство и принцип работы видеоадаптеров и дисплеев PC IBM. Текстовый и графический режимы работы. Видеобуфер, организация страниц в видео памяти. Знакогенератор. Графические ускорители. Пpогpаммиpование видеоадаптеpа с помощью пpеpываний BIOS.
  4. Методы записи и кодирования информации на магнитных носителях. Физическая организация данных на магнитных носителях. Логическая организация данных. Загрузочный сектор. FAT. Каталог. Область данных. Partition table. Системы управления (контроллеры). Интерфейсы контроллеров.
  5. Параллельный порт. Принтеры. Механика принтера. Способы формирования символов.
  6. Последовательные порты. Синхронная и асинхронная связь. Разъемы последовательных портов.
  7. Модемы. Принципы работы модема. Способы модуляции. Характеристики модема.
  8. Мультимедиа оборудование. СD-ROM. Звуковые платы. Микрофоны.


Раздел 2. Защищенный режим ЦП


Вводная часть

  1. Краткая характеристика ЦП I386, I486. РОН, регистры сегментов, регистр состояния, управляющие регистры.
  2. Понятие задачи. Супервизор. Управляющие программы, резидентные и транзитные. Ядро операционной системы. Средства разделения областей памяти, средства защиты задач, средства переключения задач. Понятие ОС реального времени.


Тема 1. Организация памяти в защищенном режиме

  1. Организация памяти в защищенном режиме. Логические и физические адреса. Диспетчер памяти. Сегментация. Подкачка страниц. Понятие исключения.
  2. Модели сегментации. Плоская модель. Защищенная плоская модель. Многосегментная модель. Сегментные регистры. Селекторы сегмента. Дескрипторы сегментов. Таблицы дескрипторов сегментов. GDT. LDT. Базовые регистры таблиц дескрипторов.
  3. Механизм подкачки. Таблицы страниц. Страничный каталог. Кэш элементов таблицы страниц.


Тема 2. Элементы защиты задач

  1. Защита на уровне сегментов. Проверка типа. Проверка границы. Ограничение адресуемого пространства. Ограничение точек входа в процедуру. Ограничение набора команд.
  2. Уровни привилегированности. Ограничения доступа к данным. Ограничения передачи управления. Механизм шлюза вызова. Шлюзовые дескрипторы.
  3. Защита на уровне страниц. Ограничения на адресуемый домен памяти. Проверка типа.


Тема 3. Многозадачность

  1. Аппаратно-программная база многозадачности (прерывания, исключения, команды JMP, CALL, IRET, бит NT регистра флагов). Условия переключения задачи. Регистры и структуры данных, используемые при переключении задач. Сегмент состояния задачи (TSS). Дескриптор сегмента состояния задачи. Регистр задачи (TR). Дескриптор шлюза задачи.
  2. Действия при переключении задачи. Компоновка задач. Адресное пространство задачи.


Тема 4. Виртуальный режим VM86

  1. Понятие виртуальной машины. Структура задачи VM86 (программа процессора 8086, монитор виртуальной машины). Защита внутри виртуальной задачи VM86.
  2. Вход и выход из виртуального режима процессора 8086. Переходы по переключателям задач. Переходы через шлюзы прерываний.
  3. Ввод вывод в виртуальном режиме. Отображение ввода/вывода в пространство ввода/вывода. Отображение ввода/вывода в пространство памяти. Защита ввода/вывода.
  4. Отличия от ЦП 8086.


Тема 5. Ввод/вывод в защищенном режиме

  1. Архитектура ввода/вывода. Методы адресации портов ввода/вывода. Команды операций ввода/вывода. Механизмы защиты ввода/вывода.
  2. Адресация ввода/вывода через отдельное адресное пространство ввода/вывода.
  3. Ввод/вывод, управляемый памятью.
  4. Защита ввода/вывода. Поле IOPL регистра EFLAGS при адресации через отдельное адресное пространство. Защита через механизм сегментации или подкачки страниц при вводе/выводе, управляемом памятью. Битовый массив ввода/вывода.


Тема 6. Исключения и прерывания

  1. Прерывания маскируемые и немаскируемые. Исключения (сбой, ловушка, аварийное завершение). Программируемые исключения. Векторы исключений и прерываний. Рестарт команды. Разрешение и запрещение прерываний. Приоритеты одновременно происходящих исключений и прерываний. Классы исключений и прерываний.
  2. Таблица дескрипторов прерываний (IDT). Дескрипторы IDT.
  3. Задачи и процедуры прерывания.


Раздел 3. Операционная система «Windows 95» (W95)


Вводная часть

  1. Понятие Graphical User Inerface (GUI). Предыстория создания W95.
  2. Предыстория W95. Характеристика Window 3.x. Пользовательский интерфейс. Механизмы DDE и OLE. Масштабируемые шрифты True Type.
  3. Windows API - сервис ООП. Достоинства и недостатки использования Windows API. Варианты Windows API. Функции Windows API: оконные функции, системные и аппаратные функции. Дополнительные API.
  4. Пользовательские усовершенствования W95. Изменение интерфеса (полоска задач, Exporer, ориентация на мышь). Появление ассистентов (Wizards). Длинные имена файлов.
  5. Программные усовершенствования W95. 32-разрядная архитектура. Вытесняющая многозадачность. Использование памяти. Использование системных ресурсов. Файловая система.
  6. Обзор конфигурации W95. Сервисы конфигурирования. Point and Print. P’n’P.


Тема 1. Анализ и настройка производительности

  1. Элементы повышения производительности. Динамический свап-файл. Вытесняющая многозадачность. 32-битная файловая система. 32-битные драйвера.
  2. Анализ системы с помощью “Системного монитора”.
  3. Настройка производительности.


Тема 2. Инсталляция приложений

  1. Инсталляция и деинсталляция Win32, Win16 и DOS приложений. Локальная перезагрузка приложений.
  2. Связь типа файла с приложением.
  3. Конфигурирование DOS приложений.


Тема 4. Архитектура W95

  1. Компоненты ядра ОС (User, GDI, Kernel).
  2. Подсистема печати. Техническая информация о подсиcтеме печати. Инсталляция принтера и дополнительных шрифтов. Устранение проблем с подсистемой печати.
  3. Менеджер виртуальных машин. Организация многозадачности. Разбиение памяти на страницы. Поддержка DOS моды.
  4. Менеджер файловой системы.
  5. Менеджер конфигурации. Реестр. Подсистема P’n’P. Драйвера устройств.



Тема 5. Сравнение архитектуры W95 и Windows NT

  1. Основные различия Windows NT по сравнению с W95.
  2. Основные различия архитектуры Windows NT по сравнению с W95.



Литература




  1. Рош У.Л. Библия по техническому обеспечению – Минск: Динамо, 1992. – 415 с.
  2. Хоган Т. Аппаратные и программные средства персональных компьютеров. Справочник. Т.1. – М.: Радио и связь, 1995. – 384 с.
  3. Хоган Т. Аппаратные и программные средства персональных компьютеров. Справочник. Т.2. – М.: Радио и связь, 1995. – 376 с.
  4. Айден К. и др. Аппаратные средства РС – СПб.: BHV, 1998. – 585 с.
  5. Левкин Г.Н., Левкина В.Е. Введение в схемотехнику ПЭВМ PC/AT – М.: МПИ, 1991. – 96 с.
  6. Букчин Л.В., Безрукий Ю.Л. Дисковая система IBM – совместимых компьютеров – М.: Бином, 1993, 284 с.
  7. Григорьев В.Л. Видеосистемы ПК фирмы IBM – М.: Радио и связь, 1993. – 192 с.
  8. Лагутенко О.И. Модемы. Справочник пользователя. – СПб.: Лань, 1997, 364 с.
  9. Гук М. Процессоры Petnium II, Pentium Pro и просто Pentium СПб.: Питер, 1999. – 283 с.
  10. Пустоваров В.И. Ассемблер в программировании информационных и управляющих систем – Киев: Век, 1998, 302 с.
  11. Майко Г.В. Ассемблер для IBM PC – М.: Бизнес-Информ, 1997. – 212 с.
  12. Финогенов К.Г. Самоучитель по системным функциям MS DOS – М.: Радио и связь, 1995. – 382 с.
  13. Библия Windows. Вып.1.– М.: ИВК- СОФТ, 1994. – 362 с.
  14. Библия Windows. Вып.2.– М.: ИВК- СОФТ, 1994. – 344 с.
  15. Ливинстон Б. Еще о секретах Windows 3.1 – Киев: Диалектика, 1995. –278 с.
  16. Ахметов К. Windows 95 не для всех – М.: Компьютер-пресс, 1996. – 268 с.
  17. Снайдер Дж. Windows 95. Справочник. – СПб.: Питер, 1997. – 404 с.
  18. Тидроу Р. Управление реестром Windows 95. – СПб.: Издательская группа BHV, 1997. – 280 с.
  19. Холден Г. Реестр Windows 98. Справочник. – СПб.: BHV - Санкт-Петербург, 1999. – 456 с.