Программа дисциплины опд. Ф. 09. Организация ЭВМ и систем для студентов специальности 230102 Автоматизированные системы обработки информации и управления
| Вид материала | Программа дисциплины |
- Рабочая программа по дисциплине "Организация ЭВМ и систем" Для специальности: 230102, 148.01kb.
- Рабочая программа по дисциплине "Организация ЭВМ и систем" для специальности 230102, 93.42kb.
- Программа дисциплины опд. Ф. 10, Дн. Ф операционные системы для студентов специальности, 203.73kb.
- Программа дисциплины опд. В. 02., Сд. В логическое программирование для студентов специальности, 135.48kb.
- Программа дисциплины опд. Ф. 02., Дн. Ф. 01. Компьютерная графика для студентов специальности, 247.67kb.
- Программа дисциплины сд. Ф. 03. Моделирование систем для студентов специальности 230102, 230.44kb.
- Рабочая программа по курсу "Моделирование систем" для специальности 230102 "Автоматизированные, 99.53kb.
- Рабочая программа По дисциплине «Организация ЭВМ и систем» По специальности 230102., 238.61kb.
- Программа дисциплины опд. Ф. 13., Опд. Ф. 11 Методы и средства защиты компьютерной, 333.08kb.
- Рабочая программа по дисциплине «Основы разработки Internet-приложений» для специальности, 51.53kb.
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
ОБНИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ (ИАТЭ)
| | УТВЕРЖДАЮ |
| | Проректор по учебной работе ___________________ С.Б. Бурухин |
| | «______»___________ 200__ г. |
ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
ОПД.Ф.09. ОРГАНИЗАЦИЯ ЭВМ И СИСТЕМ
для студентов специальности
230102 – Автоматизированные системы обработки информации и управления
направления 230100 – Информатика и вычислительная техника
Форма обучения: очная, заочная
Объем дисциплины и виды учебной работы в соответствии с учебными планами
| Вид учебной работы | Всего часов 230102 (очное) | Семестры | Всего часов 230100 (очное) | Семестры | Всего часов 230102 (заочн.) | Курс | ||
| 4 | 5 | 4 | 5 | 3 | ||||
| Общая трудоемкость дисциплины | 140 | 72 | 68 | 140 | 72 | 68 | 140 | 140 |
| Аудиторные занятия | 119 | 68 | 51 | 102 | 51 | 51 | 32 | 32 |
| Лекции | 68 | 34 | 34 | 68 | 34 | 34 | 16 | 16 |
| Практические занятия и семинары | 17 | 17 | – | – | – | – | 6 | 6 |
| Лабораторные работы | 34 | 17 | 17 | 34 | 17 | 17 | 10 | 10 |
| Курсовой проект (работа) | – | – | – | – | – | – | – | – |
| Самостоятельная работа | 21 | 4 | 17 | 38 | 21 | 17 | 108 | 108 |
| Расчетно-графические работы | – | – | – | – | – | – | – | – |
| Вид итогового контроля (зачет, экзамен) | Зач., экз. | Зач. | Экз. | Зач., экз. | Зач. | Экз. | Зач., экз. | Зач., экз. |
Обнинск 2008
Программа составлена с соответствии с Государственными образовательными стандартами высшего профессионального образования по направлению подготовки
- дипломированного специалиста 654600 Информатика и вычислительная техника (№ 224 тех/дс от 27.03.2000),
- бакалавров 552800 Информатика и вычислительная техника (№ 35 тех/бак от 13.03.2000).
Программу составил:
___________________ Н.Г. Типикин, доцент кафедры АСУ, к.т.н., доцент
Программа рассмотрена на заседании кафедры АСУ (протокол № 6-у от 25.01.2008 г.)
Заведующий кафедрой АСУ
___________________ А.Н. Анохин
«____»_____________ 200__ г.
СОГЛАСОВАНО
| Начальник учебно-методического управления ___________________ Ю.Д. Соколова | Декан факультета кибернетики ___________________ А.В. Антонов «____»_____________ 200__ г. |
| | Декан факультета заочного отделения ___________________ А.А. Росляков «____»_____________ 200__ г. |
1. Цели и задачи дисциплины
Целью изучения дисциплины «Организация ЭВМ и систем» является ознакомление студентов с основными принципами организации аппаратного обеспечения ЭВМ и систем, принципами работы периферийных устройств и их взаимодействия в составе системы.
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины
В результате изучения дисциплины студент должен
знать: основные принципы организации и функционирования отдельных устройств вычислительных систем, комплексов и сетей ЭВМ; характеристики, возможности и области применения наиболее распространенных классов и типов ЭВМ в информационных системах, иметь представление о современном состоянии и тенденциях развития архитектур ЭВМ;
уметь: использовать возможности вычислительных систем при построении информационных систем различного назначения;
иметь навыки: опыт программирования на языке ассемблера и разработки программного обеспечения нижнего уровня для управления аппаратными средствами ЭВМ.
Входные дисциплины: Дискретная математика, Программирование на языке высокого уровня, Информатика, Информационные технологии, Электротехника и электроника.
Выходные дисциплины : Операционные системы, Базы данных, Сети ЭВМ и телекоммуникации, Сетевые технологии, Технологии программирования, Проектирование АСОИУ, Учебно-исследовательская работа, Дипломное проектирование.
3. Содержание дисциплины
| Дидактические единицы (темы) для направления 230100 «Информатика и вычислительная техника» | Раздел программы |
| Основные характеристики, области применения ЭВМ различных классов | 3.1, тема 1 |
| Функциональная и структурная организация процессора | 3.1, тема 2,3 |
| Организация памяти ЭВМ | 3.1, тема 7 |
| Основные стадии выполнения команды | 3.1, тема 2,3 |
| Организация прерываний в ЭВМ | 3.1, тема 4,5 |
| Организация ввода-вывода | 3.1, тема 5 |
| Периферийные устройства | 3.1, тема 15 |
| Архитектурные особенности организации ЭВМ различных классов | 3.1, тема 10,11,12 |
| Параллельные системы | 3.1, тема 13 |
| Понятие о многомашинных и многопроцессорных вычислительных системах (ВС) | 3.1, тема 13 |
3.1. Лекции
| Номер темы | Тема | Число часов (очное) | Число часов (заочн.) |
| 1 | Введение | 3 | 2 |
| 2 | Структура и функционирование минимальной ЭВМ | 5 | 4 |
| 3 | Архитектура микропроцессора 8086 фирмы Intel и основы программирования на языке ассемблера | 8 | - |
| 4 | Подпрограммы и стеки | 3 | 2 |
| 5 | Структуры ввода-вывода, прерывания | 3 | 2 |
| 6 | Макроязык и макропроцессор | 2 | - |
| 7 | Иерархическая полупроводниковая память | 6 | - |
| 8 | Архитектура процессора iAPX386 фирмы Intel | 6 | - |
| 9 | Микропроцессор 80x87 фирмы Intel | 2 | - |
| 10 | Характеристики вычислительных систем | 3 | 2 |
| 11 | Конвейерная обработка данных | 5 | 2 |
| 12 | Современные универсальные микропроцессоры | 10 | - |
| 13 | Многопроцессорные вычислительные системы | 2 | 2 |
| 14 | Высоконадежные и отказоустойчивые системы | 2 | - |
| 15 | Периферийные устройства | 8 | - |
1. Введение [1, 5, 6]. Понятие об ЭВМ, вычислительной системе; прикладное и системное программное обеспечение; Теория вычислительных систем. История появления и развития ЭВМ, поколения ЭВМ. Классификация ЭВМ; классификация вычислительных систем.
2. Структура и функционирование минимальной ЭВМ [1, 5, 6]. Принципы фон-Неймана, понятие об архитектуре ЭВМ. Состав фон-неймановской ЭВМ: устройство управления, арифметико-логическое устройство, память, порты внешних устройств; регистры процессора. Выполнение команд; цикл процессора; команда центрального процессора; классификация команд. Устройства управления с жесткой логикой и микропрограммные устройства. Классификация архитектур процессоров CISC и RISC.
3. Архитектура микропроцессора 8086 фирмы Intel и основы программирования на языке ассемблера [2, 5]. Микропроцессоры семейства 80х86, история развития, технические параметры, основные характеристики. Адресное пространство; сегментация адресного пространства. Регистры процессора. Форматы и типы команд; режимы адресации операндов; форматы и типы данных. Машинный язык и язык ассемблера. Структура программы на ассемблере; строка ассемблера: метки, команды, операнды и комментарии. Константы; константные выражения; директивы ассемблера: описание данных, описание сегментов. Сегментная модель памяти. Простая программа на ассемблере; арифметические и логические команды; обработка массивов на ассемблере.
4. Подпрограммы и стеки [1, 2]. Поток выполнения. Команды управления программой, переходы, ветвления, подпрограммы, сопрограммы. Понятие о подпрограмме; вызов подпрограммы; стек; адрес возврата; рекурсивная подпрограмма; способы передачи параметров в подпрограммы; передача параметров по ссылке и по значению; соглашение о связях системы Pascal и С.
5. Структуры ввода-вывода, прерывания [1, 3, 5, 6]. Понятие о системном интерфейсе ЭВМ; способы обмена данными между процессором и другими устройствами. Контроллер периферийного устройства. Программно-управляемый обмен. Понятие о прерывании; обработка прерываний. Система прерываний микропроцессора 8086; функции контроллера прерываний. Обмен по прерываниям. Исключительные ситуации и прерывания. Программные прерывания. Понятие о прямом доступе к памяти.
6. Макроязык и макропроцессор [2, 5]. Понятие о макрообработке. Блоки повторения, макрокоманды, макроподстановки, описание макрокоманд. Макрокоманды и подпрограммы. Условная трансляция программ.
7. Иерархическая полупроводниковая память [4]. Классификация микросхем полупроводниковой памяти. Постоянные запоминающие устройства. Оперативные запоминающие устройства; статические и динамические ОЗУ. Основные характеристики микросхем полупроводниковой памяти: емкость, время доступа, время цикла, время регенерации, стоимость, потребляемая мощность. Иерархия памяти в ЭВМ; взаимодействие между уровнями иерархии; алгоритмы замещения данных в иерархии памяти. Кэш память и массовая оперативная память; способы организации кэш памяти. Виртуальная память; страничная и сегментная организация памяти.
8. Архитектура процессора iAPX386 фирмы Intel [7]. 32-х битная архитектура. Отладочные и управляющие регистры. Режимы адресации операндов; особенности адресации памяти в реальном режиме. Защищенный режим; формирование адреса памяти в защищенном режиме. Дескрипторные таблицы; дескрипторы; защита памяти; шлюзы вызова. Многозадачность, сегмент состояния задачи, переключение задач; взаимозащита и взаимодействие задач. Страничное преобразование адреса.
9. Микропроцессор 80x87 фирмы Intel [2]. Вычисления с фиксированной и плавающей точкой. Особые ситуации в численных расчетах. Форматы и типы данных сопроцессора 80x87. Архитектура сопроцессора 80x87; команды сопроцессора.
10. Характеристики вычислительных систем [4]. Эффективность; показатели эффективности; критерий эффективности. Характеристики вычислительных систем: время ответа, надежность, стоимость; производительность. Способы оценивания производительности; единицы производительности. Пути повышения производительности. Параллелизм; уровни параллельности; классификация параллельных проектов.
11. Конвейерная обработка данных [1, 4, 5, 6]. Простейший конвейер, организация и функционирование; производительность простейшего конвейера. Конфликты на конвейере. Конфликты по данным; переименование регистров; переупорядочивание команд. Структурные конфликты; функциональные конвейеры; точные прерывания на конвейере. Конфликты по управлению; механизмы предсказания ветвлений. Суперскалярные процессоры и процессоры с длинным командным словом.
12. Современные универсальные микропроцессоры. Структура рынка универсальных микропроцессоров. Микропроцессоры с архитектурой х86: P5: Pentium; Pentium MMX; P6: Pentium Pro, Pentium II, Pentium III; Архитектура NetBurst Pentium IV; Процессоры AMD К5, K6, K6-II, K7. Процессоры Cyrix; архитекрута IA- 64; процессор AMD Slegehammer.
Микропроцессоры с архитектурой Alpha. Микропроцессоры с архитектурой SPARC. Микропроцессоры с архитектурой PA – RISC. Микропроцессоры с архитектурой Power PC. Микропроцессоры MIPS.
13. Многопроцессорные вычислительные системы [5]. Организация многомашинных и многопроцессорных комплексов. Связность в многопроцессорных системах; Проблемы когерентности кэш памяти в многопроцессорных системах. Матричная обработка данных.
14. Высоконадежные и отказоустойчивые системы [5]. Основные понятия; понятие о кластерной архитектуре; VAX – кластер; Alpha – кластер; отказоустойчивые решения компаний IBM, SUN Microsystems. Дисковые массивы RAID.
15. Периферийные устройства [5,6]. Понятия «интерфейс», «магистраль», «протокол». Состав интерфейсов; структура шин адреса, данных, команд, управления; Синхронизация и арбитраж в интерфейсе. Синхронные и асинхронные интерфейсы; системные и приборные интерфейсы. Интерфейсы ПЭВМ: Классификация периферийных устройств; устройства связи с пользователем; устройства массовой памяти; устройства связи с объектом управления; устройства связи с другими ЭВМ. Магнитные носители информации; гибкие и жесткие магнитные диски; формат диска; основные характеристики диска. Компакт диски. Интерфейсы дисковых накопителей IDE и SCSI. Интерфейсы RS-232, ECP, USB.
3.2. Практические и семинарские занятия
| Раздел(ы) | Тема практического или семинарского занятия | Число часов 230102(очное) | Число часов 230102 (заочн.) |
| 2 | Представление информации в памяти ЭВМ: положительные и отрицательные целые числа, двоично-десятичная арифметика | 2 | 2 |
| 3 | Введение в язык ассемблера: описание данных, структура программы, адресация, ссылки назад и вперед | 2 | 2 |
| 3 | Приемы программирования на языке ассемблера: основные управляющие конструкции, ветвления, циклы, вычисления, простейшие программы | 2 | 2 |
| 3 | Приемы программирования на языке ассемблера: обработка массивов и структур | 2 | - |
| 4 | Программирование на ассемблере: подпрограммы, передача параметров в подпрограммы | 2 | - |
| 5 | Прерывания и ввод вывод | 2 | - |
| 9 | Вычисления с фиксированной и плавающей точкой | 2 | - |
| 6 | Приемы программирования на языке ассемблера: использование макрокоманд | 3 | - |
3.3. Лабораторный практикум
| Раздел(ы) | Название лабораторной работы | Семестр, неделя (очное) | Число часов (очное) | Число часов (заочн.) |
| 3 | Первая программа на ассемблере | 4,7 | 4 | 4 |
| 3 | Отладка программы с использованием отладчика Turbo Debugger | 4,10 | 4 | 2 |
| 5 | Обработка аппаратных и программных прерываний. Управление устройствами (клавиатура, звук, таймер, видеосистема) | 4,13 | 4 | 2 |
| 6 | Использование макрокоманд | 4,17 | 5 | 2 |
| 4 | Связывание программ на языке высокого уровня и на ассемблере | 5,5 | 4 | - |
| 15 | Исследование режимов обслуживания запросов на доступ к дисковому накопителю | 5,9 | 4 | - |
| 15 | Пересылка данных с использованием интерфейсов RS-232 и «Сentronix» | 5,13 | 4 | - |
| 9 | Вычисления с фиксированной и плавающей точкой | 5,17 | 5 | - |
3.4. Курсовые проекты (работы) – не предусмотрены.
3.5. Формы текущего контроля
Для очной формы обучения
| Раздел(ы) | Форма контроля | Семестр, неделя |
| 1-2 | Контрольная работа. Архитектура и программирование минимальной ЭВМ. | 4,4 |
| 3-5 | Контрольная работа. Принципы программирования на языке ассемблера. | 4,9 |
| 6-9 | Коллоквиум. Организация памяти, сопроцессор, защищенный режим работы. | 4,15 |
| 11 | Контрольная работа. Конвейерная обработка данных. | 5,3 |
| 10, 12 | Контрольная работа. Современные микропроцессоры | 5,8 |
| 13-15 | Контрольная работа. Многопроцессорные системы, высоконадежные системы. | 5,15 |
Для заочной формы обучения
| Раздел(ы) | Форма контроля | Курс |
| 1-9 | Контрольная работа. Архитектура и программирование минимальной ЭВМ. Принципы программирования на языке ассемблера. Организация памяти, сопроцессор, защищенный режим работы. | 3 |
| 10-15 | Контрольная работа. Конвейерная обработка данных. Современные микропроцессоры. Многопроцессорные системы, высоконадежные системы. | 3 |
3.6. Самостоятельная работа
Студенты самостоятельно по справочным системам и дополнительной литературе изучают следующие темы. Состав BIOS персонального компьютера, функции BIOS, структуры данных DOS и BIOS, используемые при выполнении лабораторных работ. Функционирование, режимы работы и способы программирования интерфейсов RS-232 и Centronix персонального компьютера. Приемы работы с применяемыми в лабораторных работах программными средствами. Контроль освоения материала осуществляется в ходе приема лабораторных работ, выполненных с использованием изученных инструментальных средств.
| Содержание самостоятельной работы | Литература | Объем, час. | Форма контроля |
| Изучение средств BIOS и функций ОС, требуемых для выполнения лабораторных работ | Электронная документация | 4 | Собеседование перед сдачей соответствующей лабораторной работы |
| Изучение способов передачи параметров в подпрограммы для выбранного языка программирования | 6 | ||
| Изучение архитектуры арифметического сопроцессора | 6 | ||
| Изучение методов работы с интерфейсами RS-232 и Centronix | 5 |
Кроме того, студенты, обучающиеся по направлению 230100, самостоятельно изучают вопросы, связанные с принципами программирования на языке ассемблера
| Содержание самостоятельной работы | Литература | Объем, час. | Форма контроля |
| Приемы программирования на языке ассемблера: основные управляющие конструкции, ветвления, циклы, вычисления, простейшие программы | [2, 3] | 5 | Собеседование перед сдачей соответствующей лабораторной работы |
| Приемы программирования на языке ассемблера: обработка массивов и структур | 4 | ||
| Программирование на ассемблере: подпрограммы, передача параметров в подпрограммы | 4 | ||
| Приемы программирования на языке ассемблера: использование макрокоманд | 4 |
Студентами заочной формы обучения самостоятельно изучается тот же материал, что и студентами очной формы, а также теоретические темы Введение в базы данных, Логические и физическое представление данных, Web-технологии и СУБД. Хранилища данных полностью и остальные темы более углубленно.
| Содержание самостоятельной работы | Литература | Объем, час. | Форма контроля |
| Приемы программирования на языке ассемблера: основные управляющие конструкции, ветвления, циклы, вычисления, простейшие программы | [2,3] | 8 | Собеседование перед сдачей соответствующей лабораторной работы |
| Приемы программирования на языке ассемблера: обработка массивов и структур | [2,3] | 6 | |
| Программирование на ассемблере: подпрограммы, передача параметров в подпрограммы | [2,3] | 6 | |
| Приемы программирования на языке ассемблера: использование макрокоманд | [2,3] | 4 | |
| Изучение средств BIOS и функций ОС, требуемых для выполнения лабораторных работ | [2,3] | 6 | |
| Основные характеристики, области применения ЭВМ различных классов | [4] | 4 | Контролируется при сдаче экзамена |
| Функциональная и структурная организация процессора | [1,2] | 6 | |
| Основные стадии выполнения команды | [2,3] | 6 | Контрольная работа |
| Организация прерываний в ЭВМ | [2] | 8 | Контролируется при сдаче экзамена |
| Организация памяти ЭВМ | [1-3] | 6 | |
| Организация ввода-вывода | [1] | 10 | |
| Периферийные устройства | [3] | 10 | |
| Архитектурные особенности организации ЭВМ различных классов | [1] | 10 | Контрольная работа |
| Параллельные системы | [1] | 10 | Контролируется при сдаче экзамена |
| Понятие о многомашинных и многопроцессорных вычислительных системах (ВС) | [1] | 8 |
4.1. Рекомендуемая литература
4.1.1. Основная литература
1. Крылов Е.В., Типикин Н.Г. Принципы функционирования ЭВМ. Уч. Пособие. – Обнинск: ИАТЭ, 1996.
2. Пильщиков В.Н. Программирование на языке ассемблера IBM PC. – М.: Диалог-МИФИ, 1994.
3. Юров В.И. Assembler. Учебник для ВУЗов 2-е изд.. – СПб.: Питер, 2003.
4. Корнеев В.В., Киселев А.В. Современные микропроцессоры. – М: Нолидж, 2000.
5. Танненбаум Э. Архитектура Компьютера. – СПб.: Питер, 2002.
4.1.2. Дополнительная литература
6. Хамахер К., Вранешич З., Заки С. Организация ЭВМ. – СПб.: БХВ, 2002.
7. Григорьев В.Л. Микропроцессор iAPX486. Архитектура и программирование. – М.: Гранал, 1993.
8. Новиков Ю.В., Калашников О.А., Гуляев С.Э. Разработка устройств сопряжения для персонального компьютера типа IBM PC. – М.: Эком, 1997.
9. Морс С.П., Алберт Д.Д. Архитектура микропроцессора 80286. Пер. с англ. – М.: Радио и связь, 1990.
10 Борзенко А.Е. IBM PC: устройство, ремонт, модернизация. – М.: КомпьютерПресс, 1996.
11 Нортон П., Уилтон Р. IBM PC и PS/2. Руководство по программированию. – М.: Радио и связь, 1994.
12. Фролов А.В., Фролов Г.В. Аппаратное обеспечение персонального компьютера. – М: Диалог-МИФИ, 1997.
4.2. Средства обеспечения освоения дисциплины
Используемое программное обеспечение – Turbo Assembler, Turbo Debugger, Borland Pascal, Borland C++.
5. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Для выполнения лабораторных работ используются классы персональных ЭВМ.