Организация и функционирование ЭВМ

Вид материала

Содержание

Всего аудиторных занятий - 54 часа
Цели и задачи преподавания дисциплины
Архитектура ЭВМ
2. Устройства управления процессами в ЭВМ (8 часов)
Адресация данных
3. Память ЭВМ (8 часов)
Внешняя память ЭВМ
Средства управления
4. Устройства ввода–вывода, периферийные устройства ЭВМ (7 часов)
Интерфейсные БИС управления вводом-выводом.
5. Программный уровень функционирования ЭВМ (8 часов)
Программа самостоятельной познавательной деятельности
Текущий и итоговый контроль результатов изучения дисциплины
Учебно-методическое обеспечение дисциплины

Подобный материал:

Министерство образования Российской Федерации

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

УТВЕРЖДАЮ

Декан АВТФ

____________ Ю.С.Мельников

«___»___________ 2000 г.

ОРГАНИЗАЦИЯ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ЭВМ

Рабочая программа для специальности:

220400 - Программное обеспечение вычислительной техники
и автоматизированных систем

071900 – Информационные системы (в бизнесе)

Факультет - Автоматики и вычислительной техники (АВТФ)

Обеспечивающая кафедра - Автоматики и компьютерных систем (АиКС)

Курс - второй

Семестр - четвертый

Учебный план набора 1999 года с изменениями года

Распределение учебного времени

Лекции - 36 часов (ауд.)

Лабораторные занятия - 18 часов (ауд.)

Всего аудиторных занятий - 54 часа

Самостоятельная (внеаудиторная) работа - 54 часа

Общая трудоемкость - 108 часа

Зачет в четвертом семестре

2000 г.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Рабочая программа составлена на основе ГОС по специальности 220400 Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем, утвержденного 12.10.94 г., учебного плана ТПУ по подготовке инженеров по специальности 220400 РАССМОТРЕНА и ОДОБРЕНА на заседании обеспечивающей кафедры Автоматики и компьютерных систем 3 февраля 2000 г., протокол № 7.

Разработчик ассистент каф. АиКС С.Г.Цапко

Зав. обеспечивающей каф. АиКС Г.П.Цапко

Рабочая программа СОГЛАСОВАНА с факультетом, выпускающими кафедрами специальности; СООТВЕТСТВУЕТ действующему плану.

Зав. выпускающей кафедры

Автоматики и компьютерных

систем, профессор Г.П.Цапко

АННОТАЦИЯ

Настоящая рабочая программа является программой изучения курса по дисциплине «Организация и функционирование ЭВМ», предназначенного для подготовки специалистов на факультете автоматики и вычислительной техники по специальности 220400 - Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем. Программа составлена на основе государственного образовательного стандарта по специальности 220400 Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем, утвержденного 12.10.94 г., и учебного плана по этой специальности. Структура, содержание и оформление программы соответствует стандарту ТПУ «СТП ТПУ 2.4.01-99». Рабочая программа включает основные принципы построения средств вычислительной техники, устройств управления процессами обработки данных, средств организации внешней и внутренней памяти ЭВМ, устройств ввода-вывода и периферийных устройств, а также основные понятия ассемблерного уровня архитектуры ЭВМ, структуры и набора команд. Разработчик - ассистент кафедры АиКС Цапко С.Г., Email: serg@acs.cctpu.edu.ru.

ABSTRACT

The present syllabus is a program of studying a course on discipline «Organization and operation of a computer», purposed for training the specialists of the Computer Science Faculty on professions 220400 - Software of Computing machinery and automatic systems. The syllabus is drawn up on the basis of state educational standard on professions 220400 Software of Computing machinery and automatic systems, approved 12.10.94, and scholastic plan on this professions. Its structure, contents and registration of program corresponds a Standard TPU «STI TPU 2.4.01-99». The operating program actuates the philosophy of construction of means of computer facilities, control units by processes of data processing, means of organization of a choronomic and intrinsic computer storage, input\output devices and peripherals, and also basic concepts of an assembly level of the architecture of a computer, frame and instruction set. The developer - assistant of stand AIKS Tsapko S. G., Email: serg acs.cctpu.edu.ru

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ПРЕПОДАВАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Дисциплина «Организация и функционирование ЭВМ» является одной из первых общепрофессиональных дисциплина, изучаемых студентами. Она закладывает базу для изучения таких курсов, как «Архитектура вычислительных систем и сетей ЭВМ», «Операционные системы» и ряда специальных дисциплин.

Изучение курса «Организация и функционирование ЭВМ» опирается на знания, умения и навыки, которые студенты должны получить при изучении дисциплин: «Электроника», «ТОЭ», «Математический анализ», «Информатика», «Программирование», «Дискретная математика».

Целью изучения курса «Организация и функционирование ЭВМ» является получение знаний по основным принципам построения, функционирования и использования современных средств ВТ, основе овладение основными приемами и методами программного управления средствами вычислительной техники на ассемблерном уровне.

В области построения средств вычислительной техники студент должен иметь представление:

об архитектуре современных ЭВМ;
о базовых принципах построения средств вычислительной техники;
об основных комплектующих персонального компьютера;
об организации и структуре ввода-вывода;
об ассемблерном уровне программирования современных ЭВМ и микропроцессоров;

знать и уметь использовать:

базовые устройства современных вычислительных машин;
устройства ввода-вывода и периферийные устройства;
набор команд ассемблера;

должен приобрести навыки:

чтения структурных схем устройств ЭВМ и машины в целом;
программирование на языках ассемблера и машинных кодов;
применения полученных знаний при разработке САУ на базе микро-ЭВМ и микропроцессорных комплексов БИС.

Для достижения целей при совместной и индивидуальной познавательной деятельности студентов в части овладения теоретическими знаниями и практическими умениями используется полный набор методического материала: лекции, методические разработки к проведению лабораторных работ, тесты и контрольные задания для проверки знаний студентов, методические разработки к самостоятельной работе студентов по отдельным темам.

Неотъемлемой частью курса является лабораторный практикум, при прохождении которого студентами приобретаются навыки программирования на языках ассемблера и машинных кодов.

СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛА ДИСЦИПЛИНЫ (ЛЕКЦИИ) (36 часов)

1. Основы построения ЭВМ (5 часов)

1.1. Арифметические основы построения ЭВМ.

Понятие информации. Формы представления информации. Понятия алгоритма, программы, операции, команды, адреса. Позиционные системы счисления. Формы представления чисел в ЭВМ. Представление чисел в прямом, обратном и дополнительном кодах. (2 ч.)

1.2. Принципы построения современных ЭВМ.

Принципы построения и структура ЭВМ Дж. фон Неймана. Функционально-структурная организация ЭВМ. Архитектура ЭВМ. Этапы развития средств ВТ. Классификация средств ВТ.

Принцип 3М. Общая структура аппаратных и программных средств ВТ. Организация традиционного машинного уровня ЭВМ. Особенности архитектур основных типов ЭВМ. (3 ч.)

2. Устройства управления процессами в ЭВМ (8 часов)

2.1. Процессы и средства управления процессами в ЭВМ.

Понятие процесса, управление процессами. Назначение и структура процессора. Система команд. Управляющие функции процессора. Внутренняя память процессора. Процессоры с различной организацией внутренней памяти. (2 ч.)

2.2. Управляющие автоматы.

Общие принципы организации управляющих автоматов. Управляющие автоматы с жесткой логикой. Программируемые логические матрицы в управляющих автоматах. Управляющие автоматы с программируемой логикой. Микропрограммное управление. (1 ч.)

2.3. Принципы организации арифметико-логических устройств.

Назначение и структура АЛУ. Структура и микропрограмма АЛУ для сложения и вычитания чисел с фиксированной точкой Устройства для выполнения логических операций. Особенности операций десятичной арифметики. Операции над числами с плавающей точкой. Многофункциональное АЛУ. (1 ч.)

2.4. Управление данными в ЭВМ.

Адресация данных, способы адресации. Команды, процедуры и микропрограммы передачи управления в программах. Индексация. Теги и дескрипторы. Самоопределяемые данные. Организация управления исполнением программ. Общая организация программ на ЭВМ. (2 ч.)

2.5. Микропроцессоры.

Общие сведения о микропроцессорах. Организация 8-ми разрядных и 16-ти разрядных микропроцессоров. Особенности адресации и системы команд малых и микроЭВМ. Микропрограммная интерпретация языка команд ЭВМ. Сопоставление программистских моделей машин общего назначения, микроЭВМ и микропроцессоров. (2 ч.)

3. Память ЭВМ (8 часов)

3.1. Память ЭВМ, общие сведения.

Назначение и основные характеристики устройств памяти. Иерархическая структура памяти ЭВМ. Программно-аппаратное управление памятью ЭВМ. Функциональная организация памяти ЭВМ. Структуры адресных запоминающих устройств. (2 ч.)

3.2. Внутренняя память ЭВМ.

Основная, внешняя и архивная память. Классификация БИС ЗУ. Организация и функционирование БИС ОЗУ статического и динамического типов. Принципы организации БИС ПЗУ и ППЗУ. Организация модулей основной памяти. Классификация модулей ОЗУ ПК. (2 ч.)

3.3. Внешняя память ЭВМ.

Основные характеристики внешних запоминающих устройств. Методы записи информации на магнитный носитель. Размещение информации на магнитных лентах и дисках. Оптические и магнитооптические запоминающие устройства. Классификация и области применения современных внешних запоминающих устройств. (2 ч.)

3.4. Управление памятью ЭВМ.

Средства управления внутренней и внешней памятью ЭВМ. Программно-аппаратная организация управления модулями основной памяти. Аппаратное управление внешними запоминающими устройствами. Интерфейсы связи, классификация, области применения, сравнительные характеристики. (2 ч.)

4. Устройства ввода–вывода, периферийные устройства ЭВМ (7 часов)

4.1. Управление вводом-выводом.

Проблемы организации систем ввода-вывода. Основные принципы построения и структуры системы ввода-вывода. Режимы и структура команд ввода-вывода. Программный ввод-вывод. Ввод-вывод в режиме прерываний. Организация блоков обработки прерываний. Ввод-вывод с прямым доступом к памяти. (3 ч.)

4.2. Каналы ввода-вывода.

Основные функции каналов ввода-вывода. Управляющая информация для операций ввода-вывода. Основные типы и структуры каналов ввода-вывода. Буферы данных в системах ввода-вывода. Элементы организации интерфейсов. (1 ч.)

4.3. Интерфейсные БИС управления вводом-выводом.

Структура и программная модель контроллера прерываний, инициализация, рабочие приказы. Каскадное включение контроллеров. Структура и программная модель контроллера прямого доступа к памяти. Интерфейсы ввода-вывода. (2 ч.)

4.4. Периферийные устройства ПК.

Клавиатура. Дисплей. Манипулятор мышь, трекбол. Печатающие устройства. Средства графического ввода изображений. Воспроизведение звуков и музыки в ПК. (1 ч.)

5. Программный уровень функционирования ЭВМ (8 часов)

5.1. Ассемблерный уровень архитектуры ЭВМ.

Машинный язык и язык ассемблера. Синтаксис языка ассемблера. Принцип работы ассемблера. Биты, байты и слова. Нумерация бит. Набор символов. Создание программ на языке ассемблера, редактор строк. Подпрограммы. Стек. Прерывания. (2 ч.)

5.2. Основные команды.

Команды пересылки. Арифметические команды. Логически команды. Команды передачи управления. Команды управления процессором. (4 ч.)

5.3. Организация загрузочных модулей.

Система DOS, файловая система ЭВМ. Начальная загрузка программы. Перемещающие загрузчики и редакторы связей. Управление выполнением программ. Команды управления задачами и заданиями. (2 ч.)

ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ (18 часов)

Арифметические основы ЭВМ. Способы адресации. Набор и структура команд микропроцессора Intel 8088. (2 ч.)
Изучение арифметических команд и команд пересылки. Программирование и отладка простейших программ. (4 ч.)
Изучение группы команд логических операций и группы команд передачи управления. Составление простейших программ побитного анализа данных. (4 ч)
Изучение организации стековой памяти ЭВМ. Выполнение операций с многобайтными числами в ЭВМ. (4 ч.)
Изучение структуры команд ввода-вывода. Ввод информации в ЭВМ. Побитный анализ веденных информационных слов. Ветвление программы пользователя в зависимости от проведенного анализа. Организация подпрограмм. (4 ч.)

ПРОГРАММА САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Самостоятельная (внеаудиторная) работа студентов состоит в проработке лекционного материала, подготовке к лабораторным работам 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

Контрольные вопросы к зачету по дисциплине «Организация и функционирование ЭВМ»

Понятие алгоритма, программы, операции, команды, адреса.
Принципы построения, структура ЭВМ Дж. фон Неймана.
Этапы развития ЭВМ.
Классификация средств ВТ.
Архитектура ЭВМ.
Многоуровневая организация ЭВМ.
Аппаратные и программные средства ВТ.
Принципы построения систем управления с ЭВМ.
Назначение и организация памяти ЭВМ.
Иерархическая организация и сравнительные характеристики устройств памяти.
Основная память ЭВМ.
Классификация БИС памяти.
Организация, схемотехника и принцип работы БИС ОЗУ статического и динамического типа, БИС ПЗУ.
Внешние ЗУ на магнитных, оптических и магнитооптических дисках.
Принципы организации записи и чтения информации на внешних запоминающих устройствах.
Принцип программного и микропрограммного управления.
Система команд ЭВМ.
Общие принципы организации управляющих автоматов.
Структура и принцип работы устройства управления процессора (организация управления в управляющих автоматах).
Принудительная адресация микрокоманд. Применение.
Способы адресации операндов и команд.
Сегментная и страничная адресации памяти.
Процессор с программным и микропрограммным управлением.
Функции и структура операционного устройства.
Иерархическая структура организации цикла команда. Алгоритм выполнения машинного цикла
Управляющие автоматы с программируемой логикой и жесткой логикой.
Арифметико-логические устройства.
Организация АЛУ с фиксированной запятой.
Выполнение операций с плавающей запятой.
Логические операции.
Архитектура микропроцессоров.
Микропроцессоры с фиксированной разрядностью и списком команд.
Секционированные МП.
Однокристальные микропроцессоры. Однокристальные микро-ЭВМ.
Процессоры с сокращенным набором команд.
Тенденции развития архитектуры микропроцессоров.
Системный блок персонального компьютера. Материнские платы. Память ОЗУ. Кэш-память. BIOS и CMOS RAM.
Системные и локальные шины.
Жесткие накопители информации (винчестеры). Интерфейсы накопителей. Флоппи-диски. Накопители на компакт-дисках.
Мониторы. Видеоадаптеры.
Назначение периферийных устройств.
Три типа ПУ: дли связи с оператором, внешние запоминающие устройства, устройства сопряжения с объектом.
Операция ввода-вывода: программный обмен, обмен по прерыванию, системы прерываний, прямой доступ к памяти.
Роль прерываний в организации систем реального времени.
Периферийные устройства персональных компьютеров: клавиатура; мыши; сканеры, матричные, струйные и лазерные принтеры; плоттеры; модемы; звуковые карты.
Определение и назначение программного обеспечения (ПО). Этапы развития ПО.
Классификация ПО для различных классов: общее (системное) и специальное ПО ЭВМ общего назначения. ПО "встраиваемых микро-ЭВМ".
Определение операционной системы (ОС). Уровни ОС и распределение функций по уровням.
Организация управления памятью.
Управление процессом выполнения программы.
Разработка управляющих программ в среде инструментальных (технологических) ОС. Структура типовой инструментальной ОС.
Принципы построения и работы трех типов трансляторов: ассемблеров, компиляторов, интерпретаторов.
Понятие о назначении, составе и порядке использования средств отладки и редактирования пользовательских программ.
Понятие о вычислительном комплексе, вычислительной системе и вычислительной сети как развитии понятия ЭВМ в процессе эволюции средств вычислительной техники.
Понятие о многомашинном и многопроцессорном комплексах. Особенности организации вычислительных процессов. Сравнительная характеристика, условия применения.
Примеры структур вычислительных комплексов на базе микропроцессоров для систем управления.
Распределенные системы управления и обработки данных - магистральное направление развития АСУ ТП и систем управления.

Учебно-методическое обеспечение дисциплины

Перечень технических и программных средств

Компьютеры класса IBM PC DOS либо микропроцессорный комплекс на базе микропроцессора КР580ВМ80А.
MS DOS (при выполнении лабораторных работ на IBM PC).
Turbo Assembler, версии 3.0 (при выполнении лабораторных работ на IBM PC).

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.

Методическое обеспечение курса

Арифметические основы ЭВМ: Методические указания к выполнению лабораторных работ. Составители: Цапко Г.П, Салит В.В., Томск, ТПИ, 1986. - 20 с.
Учебный микропроцессорный комплекс на базе микропроцессора КР580ИК80А: Методические указания к выполнению лабораторных работ. Составитель: Цапко С.Г., Томск, ТПУ, 2000. - 44 с.

Blog

Организация и функционирование ЭВМ

Содержание