Рабочая программа учебной дисциплины ф тпу 1 -21/01 утверждаю

Вид материала

Содержание

Всего аудиторных занятий
Общая трудоемкость
Рабочая программа учебной дисциплины
Архитектура эвм и систем
Цель и задачи дисциплины
Организация современных ЭВМ. Устройство ЭВМ семейства Intel (2 часа).
Архитектурные особенности организации ЭВМ различных классов
Понятие о многомашинных и многопроцессорных вычислительных системах
Процессор. Центральное управляющее устройство ЭВМ (2 часа).
Арифметико-логическое устройство ЭВМ. Регистры ЭВМ (2 часа).
Способы организации кэш-памяти. Методы обновления строк основной памяти (2 часа).
Оперативная память. Методы управления памятью (2 часа).
Организация виртуальной памяти. Страничное и сегментное распределение памяти (2 часа).
Методы повышения пропускной способности оперативной памяти. Защита памяти (2 часа).
Организация прерываний в ЭВМ
Прямой доступ к памяти. Контроллеры ввода-вывода (2 часа).
Унификация средств обмена и интерфейсы ЭВМ (2 часа).
Стандартные шины ЭВМ. Основные типы и их характеристики (2 часа).
Конвейерные и потоковые вычислительные сети
Программа самостоятельной познавательной деятельности
...
Полное содержание

Подобный материал:

Рабочая программа учебной дисциплины

Ф ТПУ 7.1 –21/01

УТВЕРЖДАЮ

Декан факультета:_________

^{_
Гайворонский С.А.
________ _____________}^__________

^{(подпись) ( И.О., фамилия)}

^___________

^(дата)

Архитектура ЭВМ и систем

^{______________________________________________________________________________________}

^{(
071900
название дисциплины)}Рабочая программа для направления (специальности, специализации)______

_
Информационные системы в бизнесе
______________________________________________________________

⁽
Автоматики и вычислительной техники
^{номер и название направления, специальности, специализации)}

Факультет_______________________________________________________

^{(полное название и сокращенное обозначение)}

Автоматики и компьютерных систем

3

Обеспечивающая кафедра_________________________________________

К
5
урс_________________

С
2002

еместр______________

Учебный план набора ______года с изменениями _____________года

Распределение учебного времени

Лекции		_ 36 __________	часов(ауд.)
Лабораторные занятия		_ 18 __________	часов(ауд.)
Практические(семинарские) занятия		_ __________	часов(ауд.)
Курсовой проект в __ семестре		_ __________	часов(ауд.)
Курсовая работа в ___семестре		_ __________	часов(ауд.)
Всего аудиторных занятий		_ 54 __________	часов
Самостоятельная (внеаудиторная) работа		_ 54 __________	часов
Общая трудоемкость		_ 108 __________	часов
Э 5 кзамен в ______ семестре		_ 4 __________
З ачет в _________ семестре		_ __________
Дифзачет в _____ семестре
	2004 _________ ^(год)
Документ: Дата разработки:

Рабочая программа учебной дисциплины		Ф ТПУ 7.1 –21/01
Предисловие 1 071900 Рабочая программа составлена на основе ГОС по направлению (специальности)_________________, утвержденного ________, и _______________ (код и наименование) (дата) (обозначение _ _______________________________________________________________________________________________________ или наименование другого документа университетского уровня по направлению, специальности, специализации) р АиКС дата № ассмотрена и одобрена на заседании обеспечивающей кафедры________________________ _____________ протокол № _____ . (наименование кафедры) (дата) 2 Разработчик(и) _ доцент АиКС Цапко С.Г. ________________ _____________ ____________ _______________ (должность) (кафедра) (подпись) (И.О.Фамилия) _________________ ______________ ___________ _______________ (должность) (кафедра) (подпись) (И.О.Фамилия) Цапко Г.П. АиКС 3. Зав. обеспечивающей кафедрой _______ ___________ _______________ (подпись) (И.О.Фамилия) 4 Рабочая программа СОГЛАСОВАНА с факультетом, выпускающими кафедрами специальности; СООТВЕТСТВУЕТ действующему плану. Цапко Г.П. АиКС Зав. выпускающей кафедрой _________ ____________ _______________ (подпись) (И.О.Фамилия) Документ: Дата разработки

АРХИТЕКТУРА ЭВМ И СИСТЕМ

071900 (и)

Каф. АиКС АВТФ

Доцент, к.т.н. Цапко Сергей Геннадьевич

Тел. (3822) 418907, e-mail: serg@acs.cctpu.edu.ru

Цель: форматирование знаний и умений практического использования и комплексирования вычислительных средств, вычислительных систем и сетей.

Содержание: вычислительная машина, процессор, оперативная память, кэш-память, внешние запоминающие устройства, интерфейсы, способы ввода-вывода информации, компьютерная сеть, операционные системы, программное обеспечение.

Курс 3 (5 сем. – экзамен)

Всего 108 ч., в т.ч. Лк. 36 ч., Лб. 18 ч.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью преподавания дисциплины является овладение теоретическими и практическими знаниями при комплексировании вычислительных средств, вычислительных систем и сетей, для получения технического обеспечения автоматизированных систем управления разнообразными по своей структуре процессами.

Задачи изучения дисциплины ориентированы на получение основных сведений о принципах организации и функционирования отдельных устройств ЭВМ в целом, характеристики, возможности и области применения, наиболее распространенных классов и типов ЭВМ, при решении различного класса задач, которыми должен овладеть студент после изучения данной дисциплины.

Перечень дисциплин, знание которых необходимо при изучении данной дисциплины:

дискретная математика;
математическая логика;
алгоритмические языки и программирование;
операционные системы;
технология разработки программного обеспечения.

СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛА ДИСЦИПЛИНЫ (ЛЕКЦИИ) (36 часов)

Вводная. Основные понятия (2 часа).

Архитектура, основные характеристики и классификация ЭВМ. Технические и эксплуатационные характеристики ЭВМ, области применения ЭВМ различных классов.

Организация современных ЭВМ. Устройство ЭВМ семейства Intel (2 часа).

Связь между функциональной и структурной организацией ЭВМ. Обобщенная структура ЭВМ и пути ее развития. Архитектурные особенности организации ЭВМ различных классов. Организация ЭВМ семейства Intel.

Организация машинного уровня ЭВМ (2 часа).

ЭВМ фон-Нейманской архитектуры. Взаимодействие компонент традиционной ЭВМ. Понятие о многомашинных и многопроцессорных вычислительных системах, параллельные системы.

Структура и форматы команд ЭВМ. Способы адресации (2 часа).

Классификация команд. Состав, назначение и расположение полей в коде команды. Форматы команд современных ЭВМ. Способы расширения кодов операций. Способы адресации информации в ЭВМ: ассоциативный поиск, адресный поиск. Примеры форматов команд и способов адресации.

Процессор. Центральное управляющее устройство ЭВМ (2 часа).

Функциональная и структурная организация процессора. Назначение, классификация и организация центрального управляющего устройства. Организация управляющих автоматов с жесткой логикой. Достоинства и недостатки. Микропрограммирование. Основные стадии выполнения команды.

Арифметико-логическое устройство ЭВМ. Регистры ЭВМ (2 часа).

Назначение, классификация и организация Арифметико-логического устройства ЭВМ. Обобщенная структурная схема и методы повышения быстродействия арифметико-логического устройства. Регистровые структуры центрального процессора.

Организация памяти ЭВМ. Организация внутренней памяти процессора (2 часа).

Основные характеристики устройств памяти. Требования к увеличению быстродействия и емкости памяти ЭВМ. Сравнительная характеристика современных модулей памяти. Организация внутренней памяти процессора: одноадресные команды, двухадресные команды, стековая адресация.

Способы организации кэш-памяти. Методы обновления строк основной памяти (2 часа).

Типовая структура кэш-памяти. Способы размещения данных в кэш-памяти: прямое распределение, ассоциативное распределение, частично-ассоциативное распределение. Методы обновления строк основной памяти: методы сквозной и обратной записи.

Оперативная память. Методы управления памятью (2 часа).

Назначение и основные характеристики оперативной памяти. Типы адресов оперативной памяти. Методы компиляции и интерпретации программ. Классификация методов распределения памяти. Распределение памяти фиксированными разделами.

Организация виртуальной памяти. Страничное и сегментное распределение памяти (2 часа).

Назначение и основные характеристики систем организации виртуальной памяти ЭВМ. Механизмы преобразования виртуального адреса в физический. Странично-сегментное распределение памяти. Механизм динамического преобразования адресов. Свопинг.

Методы повышения пропускной способности оперативной памяти. Защита памяти (2 часа).

Выборка широким словом. расслоение обращений. Защита памяти по граничным адресам. Защита памяти по маскам. Защита памяти по ключам. Методы повышения процессов обмена между оперативной памятью и внешними запоминающими устройствами.

Организация подсистем ввода-вывода. Основные различия (2 часа).

Проблемы организации подсистем ввода-вывода и методы их решения. Существующие способы организации передачи данных. Программно-управляемая передача данных. Классификация периферийных устройств.

Ввод-вывод в режиме прерываний (2 часа).

Реакция процессора на сигнал прерывания. Организация прерываний в ЭВМ. Последовательность событий при прерываниях. Характеристики систем прерывания. Векторные и вложенные прерывания. Идентификация прерывающего устройства. Аппаратный и программный полинги.

Прямой доступ к памяти. Контроллеры ввода-вывода (2 часа).

Назначение и обоснование эффективности применения прямого доступа к памяти. Прямой доступ к памяти с пропуском и без пропуска тактов. Назначение и функции контроллера ввода-вывода при организции прямого доступа к памяти.

Унификация средств обмена и интерфейсы ЭВМ (2 часа).

Назначение и основные характеристики интерфейсов ЭВМ. Классификационные признаки интерфейсов. Классификация интерфейсов по назначении. Практическое использование интерфейсных шин.

Стандартные шины ЭВМ. Основные типы и их характеристики (2 часа).

Классификация стандартных шин ЭВМ. Краткая история развития шинных структур ЭВМ. Наследование, детерминизм, а также специализация шинных структур.

Информационно вычислительные системы и сети ЭВМ (2 часа).

Основные топологии построения компьютерных систем. Семиуровневая модель сети. Активное и пассивное оборудование для организации линий связи. Матричные и ассоциативные вычислительные сети.

Перспективы развития современных ЭВМ (2 часа).

Конвейерные и потоковые вычислительные сети. Квантовые компьютеры. Нейро-ЭВМ. Молекулярные и световые вычислительны системы.

ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ (18 часов)

Практикум имеет целью научить студентов приемам программирования на языке Assembler. Изучение языка Assembler позволяет более углубленно понять структуру ЭВМ, а также на практике опробовать теоретические методы организация современных ЭВМ, подсистем памяти и т.п.

Изучение строения современных ПЭВМ (2 ч.)
Изучение среды программирования языка Assembler (2 ч.)
Вывод информации на экран. (4 ч.)
Модульность программ языка Assembler (2 ч.)
Позиционирование курсора. Ввод с клавиатуры (2 ч.)
Работа со строками в языке Assembler (2 ч.)
Работа с файлами. Запись и чтение информации (4 ч.)

ПРОГРАММА САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Самостоятельная (внеаудиторная) работа студентов состоит в проработке лекционного материала, подготовке к лабораторным и контрольным работам. Она составляет 54 часа и включает следующие пункты:

проработка курса лекций и подготовка к лабораторным работам (34 ч.)
проработка курса лекций и подготовка к контрольным работам (20 ч.)

ТЕКУЩИЙ И ИТОГОВЫЙ КОНТРОЛЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В качестве текущего контроля в течении семестра проводится четыре контрольных работы. По итогам контрольных и лабораторных работ студент допускается к сдаче экзаменов по дисциплине «Архитектура ЭВМ и систем».

Пример перечня вопрос к контрольным работам:

Общие принципы построения современных ЭВМ
Понятия: ЭВМ, алгоритм, память ЭВМ, языки программирования. Состав элементарной ЭВМ.
Технико-эксплуатационные характеристики ЭВМ.
Понятие быстродействия ЭВМ. Виды, методы определения и единицы измерения быстродействия.
История развития ЭВМ.
Классификация ЭВМ по назначению.
Классификация ЭВМ по функциональным возможностям.
Функциональная и структурная организация ЭВМ (определения). Связь между функциональной и структурной организациями.
Основные виды преобразования дискретной информации.
Объяснить назначение блоков логической организации ЦП (по рисунку).
Объяснить назначение блоков структурной схемы ЦП (по рисунку).
Группы регистров СОЗУ и их состав.
Арифметико-логическое устройство. Определение, назначение.
Центральное устройство управления. Определение, назначение.
Дайте определение: выборка команд.
Дайте определение: выборка операнда.
Иерархическая структура памяти.
Сверхоперативное запоминающее устройство с одним адресным входом.
Сверхоперативное запоминающее устройство с двумя адресными входами.
Организация стековой памяти.
Объяснить организацию кэш-памяти по рисунку «Типовая структура кэш-памяти».
Объяснить по рисунку работу кэш-память с прямым распределением.
Объяснить по рисунку работу кэш-память с ассоциативным распределением.
Объяснить по рисунку работу кэш-память с частично-ассоциативным распределением.
Векторные и вложенные прерывания.
Идентификация прерывающего устройства. Аппаратный полинг.
Идентификация прерывающего устройства. Программный полинг.
Классификационные признаки интерфейсов.
Классификация интерфейсов по назначению.
Назовите, как минимум пять типов стандартных шин и их характеристики.
Организация перехода к прерывающей программе.
Основные параметры интерфейса.

Пример экзаменационных билетов по дисциплине «Архитектура ЭВМ и систем»:

Билет №1

Многопроцессорные вычислительные системы с многовходовыми модулями памяти.
Операции выполняемы в АЛУ.
Идентификация прерывающего устройства. Программный полинг.

Билет №2

Классификация ЭВМ по назначению.
Классификация методов распределения памяти.
Характеристики системы прерывания, перечислить. Раскрыть – «число уровней прерывания».

Билет №3

Арифметико-логическое устройство. Определение, назначение.
Методы защиты памяти. Защита памяти по ключам.
Организация перехода к прерывающей программе.

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Компьютеры класса IBM PC, либо совместимые (не ниже P-333).
Операционная система Windows98/2000.
Программные модули языка программирования Assembler.
Методические указания к выполнению лабораторных работ.

ПЕРЕЧЕНЬ РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Каган Б.М. Электронные вычислительные машины и системы. - М.: Энергоатомиздат, 1991. – 592 с.
Вычислительные машины и системы: Учебник для вузов/В.Д.Ефремов и др. - М.: Высш.шк., 1993. - 292с
Микро- и мини-ЭВМ / Е.П.Балашов, В.Л.Григорьев, Г.А.Петров: Учеб. пособие для вузов.-Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отделение, 1984.-376 с.
Алексахина Л.П., Поляков А.К. Программирование на языке Ассемблера КР580 / Под ред. А.А.Дерюгина.-М.: Моск. энерг. ин-т, 1986.-96 с.
Т Сван Освоение Turbo Assembler: Второе издание. – Киев: Диалектика, 1996, 544 с.
В.Б. Бродин, И.И. Шагурин. Микропроцессор i486. Архитектура, программирование, интерфейс. -М.: "Диалог-МИФИ", 1993, -240с.
Р. Джордейн Справочник программиста персональных компьютеров типа IBM PC, XT и AT. – М.: Финансы и статистика, 1992, 543с.
Страусс Э. Микропроцессор 80386: Пер. с англ. -Рязань: 1992, -224с.
Р. Лей Написание драйверов для MS-DOS. – М.: Мир, 1995, 527с.
Юров В. Assembler. – СПб: «Питер», 2000. - 624 с.

МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КУРСА

Арифметические основы ЭВМ: Методические указания к выполнению лабораторных работ. Составители: Цапко Г.П, Салит В.В., Томск, ТПИ, 1986. - 20 с.
Assembler. Методические указания к выполнению лабораторных работ. Составитель: Цапко С.Г., Томск, ТПУ, 2002, 28 с.

Рейтинг-лист

Макс. балл – 1000 по дисциплине «Архитектура ЭВМ и систем» Число недель 18

Отл. – 901…1000 для гр.8810, 8910 осенний семестр 2003/2004 уч. г. Лекции 36 часа

Хор. – 801…900 Факультет АВТ, каф. АиКС, лектор Цапко С.Г. Лаб. занятия 18 часа

Удовл. – 671…800 Всего 54 часа

Экзамен 30

Допуск к экз. 500

№ нед.	Лекции		Лабораторные занятия		Макс.балл
№ нед.	Тема	Б	Тема	Б	Макс.балл
1	Вводная. Основные понятия.	20	Изучение строения современных ПЭВМ	25
2	Организация современных ЭВМ. Устройство ЭВМ семейства Intel.	20
3	Организация машинного уровня ЭВМ	20	Изучение среды программирования языка Assembler	15
4	Структура и форматы команд ЭВМ. Способы адресации.	20
5	Процессор. Центральное управляющее устройство ЭВМ.	20	Вывод информации на экран. Выполнение простых операций (часть 1)	30
6	Арифметико-логическое устройство ЭВМ. Регистры ЭВМ.	20	Контрольная работа №1	100
7	Организация памяти ЭВМ. Организация внутренней памяти процессора.	20	Вывод информации на экран. Выполнение простых операций (часть 2)	30
8	Способы организации кэш-памяти. Методы обновления строк основной памяти	20	Контрольная работа №2	100
9	Оперативная память. Методы управления памятью.	20	Модульность программ языка Assembler	20
10	Организация виртуальной памяти. Страничное и сегментное распределение памяти.	20	Позиционирование курсора. Ввод с клавиатуры	30
Продолжение таблицы						Чтение и запись на диск с использованием физических адресов.
11	Методы повышения пропускной способности оперативной памяти. Защита памяти.	20	Работа со строками в языке Assembler	35
12	Организация подсистем ввода-вывода. Основные различия.	20	Контрольная работа №3	100
13	Ввод-вывод в режиме прерываний.	20	Работа с файлами. Запись и чтение информации (часть 1)	35
14	Прямой доступ к памяти. Контроллеры ввода-вывода.	20
15	Унификация средств обмена и интерфейсы ЭВМ	20	Защита лабораторных работ	20
16	Стандартные шины ЭВМ. Основные типы и их характеристики	20
17	Информационно-вычислительные системы и сети ЭВМ	20	Контрольная работа №4	100
18	Перспективы развития современных ЭВМ.	20
Итого		360		640

Подпись лектора ____________________________

Blog

Рабочая программа учебной дисциплины ф тпу 1 -21/01 утверждаю

Содержание

Ф ТПУ 7.1 –21/01