Республики Беларусь «24»
| Вид материала | Пояснительная записка |
- В перечень банков Республики Беларусь, имеющих право обязываться по векселю, утверждаемый, 419.3kb.
- Республики Беларусь 15 августа 2006, 202.35kb.
- Одобрен Советом Республики 8 февраля 1999 года общая часть глава 1 общие положения, 799.65kb.
- Об утверждении Инструкции о порядке взаимодействия государственных органов, ответственных, 157.85kb.
- Республики Беларусь «Об органах внутренних дел Республики Беларусь», 9.85kb.
- Конституции Республики Беларусь Совет Республики Национального собрания Республики, 11.32kb.
- Конституции Республики Беларусь Совет Республики Национального собрания Республики, 11.74kb.
- Совета Министров Республики Беларусь от 31 октября 2001 г. N 1592 "Вопросы Министерства, 1509.5kb.
- Постановление государственного комитета по авиации республики беларусь, 78.75kb.
- Конституции Республики Беларусь Совет Республики Национального собрания Республики, 13.86kb.
Утверждена
УМО вузов Республики Беларусь
по образованию в области информатики
и радиоэлектроники
« 03 » июня 2003 г.
Регистрационный № ТД-40-004/тип.
^ АРХИТЕКТУРА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальности І-40 01 01 Программное обеспечение
информационных технологий
Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР
« 28 » мая 2003 г.
Составитель:
Е.В. Мельникова, ассистент кафедры программного обеспечения информационных технологий Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»
Рецензенты:
С.В. Абламейко, заведующий лабораторией обработки и распознавания изображений Института технической кибернетики Национальной академии наук Беларуси, профессор, доктор технических наук;
^ Кафедра программного обеспечения вычислительной техники и автоматизированных систем Учреждения образования «Белорусский национальный технический университет» (протокол № 15 от 06.05.2002 г.)
^ Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой программного обеспечения информационных технологий Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол № 16 от 18.03.2002 г.);
Научно-методическим советом по направлению І-40 Вычислительная техника УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 2 от 20.06.2002 г.)
Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.112-98.
^ ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Типовая программа «Архитектура вычислительных систем» разработана в соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 02100.5.112-98 для студентов специальности І-40 01 01 Программное обеспечение информационных технологий высших учебных заведений.
Основная цель курса - дать студентам систематизированные сведения об архитектуре и принципах работы современных и перспективных вычислительных комплексов и систем различного назначения, методах их исследования и основах проектирования.
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать:
- основные виды архитектуры вычислительных систем (ВС);
- принципы построения и функционирования вычислительных сетей;
иметь представление:
- об основных направлениях развития архитектуры ВС;
- о наиболее значительных перспективных проектах ВС;
уметь:
- проводить качественное и количественное сравнение систем различных типов, анализируя их производительность и эффективность при решении задач различных классов;
- по заданным техническим требованиям разрабатывать структуру ВС;
- решать задачи топологического проектирования вычислительных сетей.
Изучение курса предполагает знание материала, изложенного в дисциплинах «Организация и функционирование ЭВМ», «Теория вычислительных процессов», «Микропроцессоры и микроЭВМ».
Программа рассчитана на объем 83 учебных часа. Распределение учебных часов по видам занятий: лекций – 51 час, лабораторных работ – 32 часа (см. таблицу).
Распределение учебных часов
| № п.п. | Наименование темы | Лекции, часов | Лабораторные занятия, часов | Всего |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| | Введение. Понятие структуры и архитектуры ВС. Систематика ВС, структурная классификация ВС | 2 | | 2 |
| 1 | Принципы организации и управление памятью в ВС | 8 | | 8 |
| 1.1 | Адресная структура основных видов памяти | 3 | | 3 |
| 1.2 | Проблемы организации памяти мультипрограммных систем | 4 | | 4 |
| 1.3 | Привилегии в вычислительных системах | 2 | | 2 |
| 2 | Программистские модели и структуры команд семейства х86 | 6 | | 6 |
Окончание таблицы
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 2.1 | Элементы 32-разрядной архитектуры Intel x86 (IА-32) | 4 | | 4 |
| 2.2 | Устройство с плавающей точкой (FPU) в процессорах семейства х86 | 2 | | 2 |
| 3 | Вычислительные системы с параллельной обработкой информации | 16 | 32 | 48 |
| 3.1 | Принципы параллельной обработки | 4 | | 4 |
| 3.2 | Структуры ЭВМ с одиночным потоком команд | 4 | 32 | 36 |
| 3.3 | Структуры ЭВМ типа MKMD | 4 | | 4 |
| 3.4 | Структуры процессоров на основе скалярного параллелизма | 4 | | 4 |
| 4 | Интерфейсы | 18 | | 18 |
| 4.1 | Общие положения | 4 | | 4 |
| 4.2 | Система КАМАК | 2 | | 2 |
| 4.3 | Система VME | 2 | | 2 |
| 4.4 | Система Multibus | 2 | | 2 |
| 4.5 | Локальная магистраль персональных компьютеров | 4 | | 4 |
| 4.6 | Расширяемый связный интерфейс | 4 | | 4 |
^ СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
ВВЕДЕНИЕ
Понятие структуры и архитектуры ВС. Систематика ВС, структурная классификация ВС.
Раздел 1. ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЕ
^ ПАМЯТЬЮ В ВС
Тема 1.1. АДРЕСНАЯ СТРУКТУРА ОСНОВНЫХ ВИДОВ ПАМЯТИ
Стековая адресация. Индексация.
Тема 1.2. ПРОБЛЕМЫ ОРГАНИЗАЦИИ ПАМЯТИ МУЛЬТИПРОГРАММНЫХ СИСТЕМ
Защита памяти. Динамическое распределение памяти. Организация виртуальной памяти. Управление памятью в процессорах х86. Поле права доступа (AR). Дескрипторные таблицы. Селекторы сегментов. Формирование адреса. Виртуальная память со страничной организацией в процессорах х86.
Тема 1.3 ПРИВИЛЕГИИ В ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ
Уровни привилегий. Передача управления между уровнями привилегий.
Раздел 2. ПРОГРАММИСТСКИЕ МОДЕЛИ И СТРУКТУРЫ КОМАНД СЕМЕЙСТВА Х86
Тема 2.1.ЭЛЕМЕНТЫ 32-РАЗРЯДНОЙ АРХИТЕКТУРЫ INTEL X86 (IA-32)
Эволюция процессоров семейства х86. Программистская модель процессора x486. Форматы команд.
Тема 2.2. УСТРОЙСТВО С ПЛАВАЮЩЕЙ ТОЧКОЙ (FPU) В ПРОЦЕССОРАХ
^ СЕМЕЙСТВА Х86
Программная модель устройства FPU. Режимы работы и состояние. Система команд.
Раздел 3. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ С ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКОЙ ИНФОРМАЦИИ
Тема 3.1. ПРИНЦИПЫ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ
Формы параллелизма. Организация и эффективность параллельных ЭВМ.
Тема 3.2. СТРУКТУРЫ ЭВМ С ОДИНОЧНЫМ ПОТОКОМ КОМАНД
Конвейерные процессоры для скалярной обработки. Конвейерные процессоры для векторной обработки. Процессорные матрицы. Синтез параллельно-конвейерных ВС.
Тема 3.3. СТРУКТУРЫ ЭВМ ТИПА MKMD
Многопроцессорные ЭВМ с общей и локальной памятью. ЭВМ с управлением от потока данных.
Тема 3.4. СТРУКТУРЫ ПРОЦЕССОРОВ НА ОСНОВЕ СКАЛЯРНОГО ПАРАЛЛЕЛИЗМА
Скалярный параллелизм. Структура суперскалярного процессора.
Раздел 4. ИНТЕРФЕЙСЫ
Тема 4.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Значимость интерфейсов. Терминология.
Тема 4.2. СИСТЕМА КАМАК
Из истории модульных систем. Стандарты КАМАК. Типы крейт-контроллеров КАМАК-комплекс. Fаstcamak.
Тема 4.3. СИСТЕМА VME
Крейт и модули VME. Арбитрация в крейте VME. Прерывания в работе процессоров. Группа служебных линий. Локальная и последовательная магистрали. Виртуальные приборы и их программирование.
Тема 4.4. СИСТЕМА MULTIBUS
Базовый стандарт в системе Multibus 1. Общие характеристики системы Multibus 2.
Магистрали LBX, Multichannel, SBX, Bitbus,PSB.
Тема 4.5. PCI – ЛОКАЛЬНАЯ МАГИСТРАЛЬ ПЕРСОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРОВ
Комплекс микропроцессора и периферийных устройств. Основы логического протокола.
Трансакции. Арбитрация. Конфигурация и инициализация системы.
Тема 4.6. РАСШИРЯЕМЫЙ СВЯЗНЫЙ ИНТЕРФЕЙС
Структура узлов и сетей. Трансакции. Адресация. Форматы трансакций. Основные логические протоколы и форматы.
перечень лабораторных работ
- Формирование графа вычислительного алгоритма реализации математической модели ВС.
- Поиск всех полных путей ГВА и назначение временной иерархии его вершинам.
- Назначение функциональных устройств вершинам ГВА.
- Формирование расширенного графа алгоритма ВС.
- Поиск конвейеризируемых путей, определение степеней конвейера.
- Формирование вектора временной развертки.
- Определение требования к памяти. Проверка реализуемости ВС.
- Формирование графа ВС.
ЛИТЕРАТУРА
- Майерс Г. Архитектура современных ЭВМ: В 2 кн. – М.: Мир, 1985.
- Коуги П.М. Архитектура конвейерных ЭВМ. –М.: Радио и связь, 1985.
- Хокни Р. Архитектура, программирование и алгоритмы. –М.: Радио и связь, 1986.
- Beck Kent. Smalltalk Best Practice Patterns// Prentice Hall. 1996.
- Buscmann Frank. Pattern-Oriented Sofware Architecture// A System of Patterns. 1996.
- Мячев А.А. Интерфейсы средств вычислительной техники: Энцикл. справочник. –М.: Радио и связь, 1993.
- Гук М. Интерфейсы ПК: Справочник. –СПб.: ПитерКом, 1999.
- Корнеев В.В., Киселев А.В. Современные микропроцессоры. –М.: Нолидж, 1998.
- Кобайло А.С. и др. Методическое пособие по дисциплине «Архитектура вычислительных систем» для студентов специальности ПОИТ: В 5 ч. – Мн.: БГУИР, 1997.