Рабочая программа учебной дисциплины опд. Ф. 09 Организация ЭВМ и систем Для специальности (направления)

Вид материала

Рабочая программа

Содержание Содержание рабочей программы 1. Цель и задачи дисциплины 2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины 3. Объем дисциплины и виды учебной работы Общая трудоемкость Самостоятельная работа Классификация ЭВМ по различным признакам. Структура и форматы команд ЭВМ. Типы данных. Функциональная и структурная организация процессора Организация памяти ЭВМ Организация системы прерывания программ. Организация ввода-вывода. Периферийные устройства. Вычислительные системы. Раздел 1. Введение (2 часа) Раздел 2. Классификация ЭВМ по различным признакам. (6 часов) Раздел 3. Структура и форматы команд ЭВМ. Типы данных. (6 часов) Раздел 4. Функциональная и структурная организация процессора (8 часов) Раздел 5. Организация памяти ЭВМ. (4 часа). Раздел 6. Организация системы прерывания программ. Организация ввода-вывода (4 часа). Самостоятельное изучение. ... Полное содержание

Подобный материал:

• Рабочая программа учебной дисциплины опд. Ф. 12 Сети ЭВМ и телекоммуникации Для специальности, 198.41kb.
• Программа дисциплины опд. Ф. 09. Организация ЭВМ и систем для студентов специальности, 243.54kb.
• Рабочая программа учебной дисциплины опд. Ф. 07 Программирование на языках высокого, 151.67kb.
• Рабочая программа учебной дисциплины дс. 01 Моделирование систем Для специальности, 157.98kb.
• Рабочая программа учебной дисциплины «Управленческое консультирование» для специальности, 186.15kb.
• Рабочая программа учебной дисциплины организация и ведение аварийно-спасательных работ, 419.36kb.
• Рабочая программа учебной дисциплины «имитационное моделирование» Направление 080100, 188.9kb.
• Рабочая программа по дисциплине "Организация ЭВМ и систем" для специальности 230102, 93.42kb.
• Рабочая программа учебной дисциплины опд. Р. 01 Гидромашины и компрессоры для специальности, 596.58kb.
• Рабочая программа учебной дисциплины сд. 07 Проектирование ис для специальности (направления), 172.73kb.

ГОУ ВПО

«Воронежский государственный технический университет»


«Утверждаю»

Декан ЕГФ

_____________С.М.Пасмурнов


РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ


ОПД.Ф.09 Организация ЭВМ и систем


Для специальности (направления) _230104 «Системы автоматизированного проектирования»


форма обучения очная

срок обучения нормативный


Воронеж 2007


Рабочая программа составлена в соответствии с государственным образовательным стандартом направления 654600 «Информатика и вычислительная техника» специальности 230104 «Системы автоматизированного проектирования ».


Составитель программы___________________ к.т.н., доц. А.В. Питолин

(подпись)(уч.степень, звание, ФИО)


Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры САПРИС

Протокол № ___ от “___”_____________2005 г.


Зав. кафедрой САПРИС _______________________

(подпись)


Рабочая программа рассмотрена и одобрена методической комиссией

Естественно-гуманитарного факультета

(наименование факультета обучающего студентов)


Председатель МК________________________О.Г. Яскевич


СОДЕРЖАНИЕ РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ

ПРЕПОДАВАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ


Выписка из Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования государственных требований к минимуму содержания уровню подготовки инженера направления 654600 «Информатика и вычислительная техника» по специальности 230104 «Системы автоматизированного проектирования»

Индекс	Наименование дисциплины и ее основные разделы	Всего часов
ОПД.Ф.07	Организация ЭВМ и систем	140
	Основные характеристики, области применения ЭВМ различных классов; функциональная и структурная организация процессора; организация памяти ЭВМ; основные стадии выполнения команды; организация прерываний в ЭВМ; организация ввода-вывода; периферийные устройства; архитектурные особенности организации ЭВМ различных классов; параллельные системы; понятие о многомашинных и многопроцессорных вычислительных системах (ВС).

1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ,


1. Цель преподавания дисциплины

Целью изучения дисциплины является приобретение студентами знаний о принципах построения современных ЭВМ и систем; основ организации ЭВМ и систем, подсистем ЭВМ, их взаимодействия между собой, овладение основными приемами и методами программного управления средствами вычислительной техники. Изучение курса «Организация ЭВМ и систем» опирается на знания, умения и навыки, которые студенты должны получить при изучении дисциплин: «Информатика», «Программирование на языках высокого уровня», «Системное программирование».


2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины

иметь представление о тенденциях развития архитектур ЭВМ, вычислительных систем, комплексов и сетей;

знать принципы организации и функционирования аппаратных средств ЭВМ различного назначения; архитектуру многомашинных и многопроцессорных вычислительных систем;

иметь опыт выбора архитектуры и комплексирования аппаратных средств ЭВМ.


3. Объем дисциплины и виды учебной работы

Форма обучения_очная

Срок обучения нормативный

Курс 3

Вид занятий	Всего часов	Семестры и количество часов
Общая трудоемкость	140	6	140
Аудиторные занятия	68	6	68
Лекции	34	6	34
Лабораторные работы	17	6	17
Практические занятия	17	6	17
Самостоятельная работа	72	6	72
Работа над темами для самостоятельного изучения	32	6	32
Подготовка к практическим, семинарским и лаб.занятиям	16	6	16
Курсовой проект	24	6	24
Рубежи контроля знаний (экзамен)	экзамен	6	экзамен

4. Содержание дисциплины

Введение

Роль и место дисциплины в учебном процессе. Основные принципы построения ЭВМ. Функциональная и структурная организация ЭВМ. Связь между функциональной и структурной организацией ЭВМ. Обобщенная структура ЭВМ и пути её развития.

Классификация ЭВМ по различным признакам.

Основные технико-эксплуатационные характеристики ЭВМ. Классификация ЭВМ по поколениям. Классификация ЭВМ по назначению. Классификация ЭВМ по функциональным возможностям и размерам. Классификация ЭВМ по типам используемой архитектуры. SISD-компьютеры. Компьютеры с CISC архитектурой. Компьютеры с RISC архитектурой. Компьютеры с суперскалярной обработкой. SIMD-компьютеры. Матричная архитектура. Векторно-конвейерная архитектура. ММХ технология. MISD компьютеры. MIMD компьютеры. Многопроцессорные вычислительные системы. Многопроцессорные вычислительные системы с общей шиной. Многопроцессорные вычислительные системы с многовходовыми модулями оперативной памяти. Многомашинные вычислительные системы. ММР архитектура.

Структура и форматы команд ЭВМ. Типы данных.

Форматы команд ЭВМ. Способы адресации. Классификация способов адресации по наличию адресной информации в команде. Явная и неявная адресация. Классификация способов адресации по кратности обращения в память. Непосредственная адресация операнда. Прямая адресация операндов. Косвенная адресация операндов. Классификация по способу формирования исполнительных адресов ячеек памяти. Абсолютная и относительная адресация. Стековая адресация. Основные типы данных. Данные со знаком. Данные без знака. Данные в формате с плавающей точкой. Двоично-десятичные данные. Данные типа строка. Символьные данные. Данные типа указатель. Теги и дескрипторы. Самоопределяемые данные.

Функциональная и структурная организация процессора

Классификация процессоров. Логическая структура центрального процессора (ЦП). Структурная схема процессора. Характеристики процессора. Регистровые структуры центрального процессора. Основные функциональные регистры. Регистры процессора обработки чисел с плавающей точкой. Системные регистры. Регистры отладки и тестирования. Назначение и Классификация центрального устройства управления (ЦУУ). ЦУУ с жесткой логикой. ЦУУ с микропрограммной логикой. Процедура выполнения команд. Арифметико-логическое устройство (АЛУ). Структура и классификация АЛУ. Методы повышения быстродействия АЛУ.

Организация памяти ЭВМ

Иерархическая структура памяти. Организация внутренней памяти процессора. Оперативная память (ОП) и методы управления ОП. Методы управления памятью без использования дискового пространства (без использования внешней памяти). Распределение памяти фиксированными разделами. Размещение памяти с перемещаемыми разделами. Организация виртуальной памяти. Страничное распределение. Сегментное распределение. Странично - сегментное распределение. Свопинг. Методы повышения пропускной способности ОП. Выборка широким словом. Расслоение сообщений. Методы организации кэш-памяти. Типовая структура кэш-памяти. Способы размещения данных в кэш-памяти. Прямое распределение. Полностью ассоциативное распределение. Частично ассоциативное распределение. Распределение секторов. Методы обновления строк в основной памяти. Системы внешней памяти.

Организация системы прерывания программ. Организация ввода-вывода.

Общие принципы организации системы прерывания программ. Характеристики системы прерываний. Программно-управляемый приоритет прерывающих программ. Организация перехода к прерывающей программе. Принципы организации подсистемы ввода/вывода. Каналы ввода-вывода. Интерфейсы ввода-вывода. Классификация интерфейсов. Типы и характеристики стандартных шин.

Периферийные устройства.

Классификация периферийных устройств. Видеосистема ЭВМ. Мониторы. Принтеры. Плоттеры. Сканеры. Принципы построения периферийных устройств различных классов. Характеристики периферийных устройств. Основные тенденции развития периферийных устройств.

Вычислительные системы.

Общие положения. Классификация вычислительных систем. Понятие открытой системы. Кластерные структуры.


4.1.Разделы дисциплины и виды занятий(тематический план)

N n/n	Разделы дисциплины	Лекции (час)	Лабор. занят. (час)	Практич. занятия (час)
1	Введение	2
2	Классификация ЭВМ по различным признакам.	6
3	Структура и форматы команд ЭВМ. Типы данных.	6		17
4	Функциональная и структурная организация процессора	8	8
5	Организация памяти ЭВМ	4	6
6	Организация системы прерывания программ. Организация ввода-вывода.	4	3
7	Периферийные устройства.	2
8	Вычислительные системы.	2

4.2 Содержание разделов дисциплины.

Раздел 1. Введение (2 часа)

Лекция 1

Роль и место дисциплины в учебном процессе. Основные принципы построения ЭВМ. Функциональная и структурная организация ЭВМ. Связь между функциональной и структурной организацией ЭВМ. (2 часа).

Самостоятельное изучение. Основные понятия и определения. Обобщенная структура ЭВМ и пути её развития.

Раздел 2. Классификация ЭВМ по различным признакам. (6 часов)

Лекция 2 Основные технико-эксплуатационные характеристики ЭВМ. Классификация ЭВМ по поколениям. Классификация ЭВМ по назначению (2 часа).

Лекция 3 Классификация ЭВМ по функциональным возможностям и размерам. Классификация ЭВМ по типам используемой архитектуры. (2 часа)

Лекция 4 SISD-компьютеры. Компьютеры с CISC архитектурой. Компьютеры с RISC архитектурой. Компьютеры с суперскалярной обработкой. SIMD-компьютеры (2 часа).

Самостоятельное изучение. Матричная архитектура. Векторно-конвейерная архитектура. ММХ технология. MISD компьютеры. MIMD компьютеры. Многопроцессорные вычислительные системы. Многопроцессорные вычислительные системы с общей шиной. Многопроцессорные вычислительные системы с многовходовыми модулями оперативной памяти. Многомашинные вычислительные системы. ММР архитектура.

Раздел 3. Структура и форматы команд ЭВМ. Типы данных. (6 часов)

Лекция 5 Форматы команд ЭВМ. Способы адресации. Классификация способов адресации по наличию адресной информации в команде. Явная и неявная адресация (2 часа).

Лекция 6 Классификация способов адресации по кратности обращения в память. Непосредственная адресация операнда. Прямая адресация операндов. Косвенная адресация операндов (2 часа).

Лекция 7 Классификация по способу формирования исполнительных адресов ячеек памяти. Абсолютная и относительная адресация. Стековая адресация. (2 часа)

Раздел 4. Функциональная и структурная организация процессора (8 часов)

Лекция 8 Классификация процессоров. Логическая структура центрального процессора (ЦП). Структурная схема процессора. Характеристики процессора (2 часа).

Лекция 9 Регистровые структуры центрального процессора. Основные функциональные регистры (2 часа).

Лекция 10 Назначение и классификация центрального устройства управления (ЦУУ). Процедура выполнения команд (2 часа).

Лекция 11 Арифметико-логическое устройство (2 часа).

Самостоятельное изучение. Регистры процессора обработки чисел с плавающей точкой. Системные регистры. Регистры отладки и тестирования. ЦУУ с жесткой логикой. ЦУУ с микропрограммной логикой. Структура и классификация АЛУ. Методы повышения быстродействия АЛУ.

Раздел 5. Организация памяти ЭВМ. (4 часа).

Лекция 12. Иерархическая структура памяти. Организация внутренней памяти процессора. Оперативная память (ОП) и методы управления ОП. Методы управления памятью без использования дискового пространства (без использования внешней памяти). Распределение памяти фиксированными разделами. Размещение памяти с перемещаемыми разделами (2 часа).

Лекция 13. Организация виртуальной памяти. Страничное распределение. Сегментное распределение. Странично-сегментное распределение (2 часа).

Самостоятельное изучение. Свопинг. Методы повышения пропускной способности ОП. Выборка широким словом. Расслоение сообщений. Методы организации кэш-памяти. Типовая структура кэш-памяти. Способы размещения данных в кэш-памяти. Прямое распределение. Полностью ассоциативное распределение. Частично ассоциативное распределение. Распределение секторов. Методы обновления строк в основной памяти. Системы внешней памяти.

Раздел 6. Организация системы прерывания программ. Организация ввода-вывода (4 часа).

Лекция 14. Общие принципы организации системы прерывания программ. Характеристики системы прерываний. Программно-управляемый приоритет прерывающих программ. Организация перехода к прерывающей программе (2 часа).

Лекция 15 Принципы организации подсистемы ввода/вывода (2 часа).

Самостоятельное изучение. Каналы ввода-вывода. Интерфейсы ввода-вывода. Классификация интерфейсов. Типы и характеристики стандартных шин.

Раздел 7. Периферийные устройства (2 часа).

Лекция 16. Классификация периферийных устройств. Видеосистема ЭВМ. Мониторы. Принтеры. Плоттеры. Сканеры. Принципы построения периферийных устройств различных классов.

Самостоятельное изучение. Характеристики периферийных устройств. Основные тенденции развития периферийных устройств.

Раздел 8. Вычислительные системы (2 часа).

Лекция 17. Общие положения. Классификация вычислительных систем. Понятие открытой системы. Кластерные структуры.


5.Лабораторный практикум.

N n/n	N раздела дисциплины	Наименование лабораторной работы	Кол-во часов
1	Раздел 4	Исследование работы процессора при выполнении команд различных типов	4
2	Раздел 4	Моделирование работы многоконвейерного процессора	4
3	Раздел 5	Страничное распределение памяти	4
4	Раздел 5	Моделирование MESI протоколов КЭШ-согласования в многопроцессорных системах	2
5	Раздел 6	Изучение функций прерываний 21H	3

6.Учебно-методическое обеспечение дисциплины.


6.1. Рекомендуемая литература


а) основная литература

1. Вычислительные машины, комплексы и сети: Учебник / С.Н. Беляев, Г.М. Козырева и др.; Под ред. А.П. Пятибратова. М.: Финансы и статистика, 1991. 344 с.
   
2. Гук М. Энциклопедия ПЭВМ. М.: Мир, 2000. 487 с.
   
3. Каган Б.М. Электронные вычислительные машины и системы. М.: Энергия, 1991. 375 с.
   
4. Фролов Л.В., Фролов Г.В. Аппаратное обеспечение персональных компьютеров. М.: ДИАЛОГ МИФИ, 1997. 304 с.
   
5. Хамахер К., Вранешич З., Заки С. Организация ЭВМ. СПб.: Изд. «Питер», 2003, 541 с.
   

б) дополнительная литература

6. Водяхо А.И., Горнец Н.Н., Пузанков Д.В. Высокопроизводительные системы обработки данных: Учеб. пособие для вузов. М.: Высш. шк., 1997. 243с.
   
7. Гук М., Юров В. Процессоры Pentium III, Athlon и другие. – СПб.: Изд. «Питер», 2000. 327 с.
   
8. Компьютерные системы и сети: Учеб. пособие /В.П. Косарев и др. М.: Финансы и статистика, 1999. 431 с.
   
9. Мячев А.А. Интерфейсы средств вычислительной техники. Справочник. М.: Радио и связь, 1994. 516 с.
   
10. Пятибратов А.П., Гудыко Л.П., Кириченко А.А. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: Учебник / Под ред. А.П. Пятибратова. М.: Финансы и статистика, 1998. 532 с.
    

в) методическая литература

11. Питолин А.В. Функционально-структурная организация ЭВМ и систем: Учеб пособие. Воронеж: ВГТУ, 2005. 115 с.
    
12. Питолин А.В., Хаустович А.В. Организация взаимодействия устройств ЭВМ с использованием функций WIN32 API: Учеб пособие. Воронеж: ВГТУ, 2004. 117 с.
    
13. Иванова Е.М., Жарков С.В. Организация ЭВМ и систем: Учеб. пособие. – М.: МИЭМ, 2001. 147 с.
    
14. Питолин А.В., Яскевич О.Г. Изучение работы с регистрами центрального процессора при помощи команд учебной ЭВМ. Методические указания к лабораторным работам по курсу "ЭВМ и периферийные устройства" для студентов специальностей 071900 "Информационные системы" и 220300 "САПР" – Воронеж, ВГТУ, 2001. – 19
    
15. Питолин А.В., Разинкин К.А. Изучение команд обработки данных микропроцессора на языке ассемблер. Методические указания к лабораторным работам по курсам «Архитектура ЭВМ и систем», «Организация ЭВМ и систем» для студентов специальностей 220300 САПР 071900 «Информационные системы» очной формы обучения – Воронеж, ВГТУ, 2003. – 38 с.
    
16. Питолин А.В. , Разинкин К.А. Изучение системы обработки прерываний и функций обработки файлов на языке ассемблер. Методические указания к лабораторным работам по курсам «Архитектура ЭВМ и систем», «Организация ЭВМ и систем» для студентов специальностей 220300 САПР 071900 «Информационные системы» очной формы обучения – Воронеж, ВГТУ, 2003. – 38 с.
    
17. Питолин А.В, Даньшин И.Л., Крамаренко А.П. Программная реализация функций управления файловой и дисковой системами. Методические указания к лабораторной работе по курсу «Архитектура ЭВМ и систем» для студентов специальности 230201 «Информационные системы и технологии» очной формы обучения – Воронеж, ВГТУ, 2004. -23 с.
    

62. Средства обеспечения освоения дисциплины.

Среды визуального программирования Delphi 6.0, С++Builder, набор прикладных программ.


7. Материально-техническое обеспечение дисциплины.

Лаборатории «Информационных технологий» 217/3, 212/3, 206/3

ЭВМ Pentium IV- 9 шт.


8. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины

8.1. Методические рекомендации для преподавателя

Работа преподавателя по организации изучению дисциплины заключается в чтении лекций в соответствии с рабочей программой, проведении лабораторных занятий и их прием у студентов, проведение промежуточных мероприятий по проверке знаний, проведение итогового контроля в виде экзамена и проведение контроля остаточных знаний. Самостоятельное изучение отдельных разделов дисциплины преподаватель должен организовать в соответствии с планом-графиком самостоятельной работы студентов.. В рамках выполнения лабораторных работ ставится целью развитие практических навыков по освоению современных компьютерных систем, основу которых составляют ЭВМ общего назначения и изучение основных принципов построения функциональных подсистем ПЭВМ.

Основной учебный материал занесён в систему дистанционного обучения Афина.

8.2. Методические рекомендации для студентов

Студенты очной формы обучения нормативного срока обучения изучают дисциплину "Организация ЭВМ и систем" в течение 6 семестра. Виды и объем учебных занятий, формы контроля знаний приведены в табл. 1. Темы и разделы рабочей программы, количество лекционных часов и количество часов самостоятельной работы студентов на каждую из тем приведены в табл. 2. В первой колонке этой таблицы указаны номера тем согласно разделу 4. Организация лабораторного практикума, порядок подготовки к лабораторным занятиям и методические указания к самостоятельной работе студентов, а также порядок допуска к лабораторным занятиям и отчетности по проделанным работам определены в методических указаниях по выполнению лабораторных работ.

Самостоятельная работа студентов в ходе изучения лекционного материала заключается в проработке каждой темы в соответствии с методическими указаниями , а также в выполнении домашних заданий, которые выдаются преподавателем на лекционных занятиях. Необходимым условием успешного освоения дисциплины является строгое соблюдение графика учебного процесса по учебным группам в соответствии с расписанием.


9. Перечень тем практических занятий

Раздел 3. Структура и форматы команд ЭВМ. Типы данных. (17 часов)

Практическое занятие 1. Основные типы данных. Данные со знаком. Данные без знака (4 часа).

Практическое занятие 2. Данные в формате с плавающей точкой. Двоично-десятичные данные (4 часа).

Практическое занятие 3. Данные типа строка. Символьные данные (4 часа).

Практическое занятие 4. Данные типа указатель. Теги и дескрипторы. Самоопределяемые данные (3 часа).

Практическое занятие 5. Контролная работа (2 часа)

10. Курсовое проектирование

Выполнение курсового проекта заключается в разработке программных средств, обеспечивающих реализацию различных функций контроля, управления, и связи с внешними устройствами ЭВМ на основе использования функций WIN32 API. Ориентировочное время выполнения – 24 часа.


Приложение 1.

Календарный план чтения лекций.

Номер и краткое название темы (лекции)	Дата NN недель	Примечание
Лекция 1 Основные принципы построения ЭВМ.	1
Лекция 2 Основные технико-эксплуатационные характеристики ЭВМ.	2
Лекция 3 Классификация ЭВМ по функциональным возможностям, назначению и размерам.	3
Лекция 4 Классификация ЭВМ по типам используемой архитектуры.	4
Лекция 5 Форматы команд ЭВМ. Способы адресации.	5
Лекция 6 Классификация способов адресации по кратности обращения в память.	6
Лекция 7 Классификация по способу формирования исполнительных адресов ячеек памяти	7
Лекция 8 Классификация процессоров. Структура центрального процессора	8
Лекция 9 Регистровые структуры центрального процессора. Основные функциональные регистры	9
Лекция 10 Назначение и классификация центрального устройства управления (ЦУУ). Процедура выполнения команд.	10
Лекция 11 Арифметико-логическое устройство	11
Лекция 12 Иерархическая структура памяти.	12
Лекция 13 Организация виртуальной памяти	13
Лекция 14 Организация системы прерывания программ	14
Лекция 15 Организации подсистемы ввода/вывода	15
Лекция 16 Периферийные устройства	16
Лекция 17 Вычислительные системы	17

Приложение 2.

План-график самостоятельной работы

N Недели	Вид работы	Норматив час/задание	Объем (кол-во заданий)	Всего за неделю (час)
3	Основные понятия и определения. Обобщенная структура ЭВМ и пути её развития.	1	2	2
5	Матричная архитектура. Векторно-конвейерная архитектура. ММХ технология. MISD компьютеры. MIMD компьютеры. Многопроцессорные вычислительные системы. Многопроцессорные вычислительные системы с общей шиной. Многопроцессорные вычислительные системы с многовходовыми модулями оперативной памяти. Многомашинные вычислительные системы. ММР архитектура.	1	8	8
7	Регистры процессора обработки чисел с плавающей точкой. Системные регистры. Регистры отладки и тестирования.	2	3	6
9	ЦУУ с жесткой логикой. ЦУУ с микропрограммной логикой. Структура и классификация АЛУ. Методы повышения быстродействия АЛУ.	2	3	6
11	Свопинг. Методы повышения пропускной способности ОП. Выборка широким словом. Расслоение сообщений. Методы организации кэш-памяти. Типовая структура кэш-памяти. Способы размещения данных в кэш-памяти. Прямое распределение. Полностью ассоциативное распределение. Частично ассоциативное распределение. Распределение секторов. Методы обновления строк в основной памяти. Системы внешней памяти.	2	2	4
13	Каналы ввода-вывода. Интерфейсы ввода-вывода. Классификация интерфейсов. Типы и характеристики стандартных шин.	2	2	4
15	Характеристики периферийных устройств. Основные тенденции развития периферийных устройств	1	2	2