Методы проектирования ЭВМ

Министерство образования Российской Федерации Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА дисциплины МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭВМ Для подготовки дипломированных специалистов по направлению 654600 – “Информатика и вычислительная техника” по специальности 220100 – “Вычислительные машины, комплексы, системы и сети”

Санкт-Петербург 2002

2 Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”

“УТВЕРЖДАЮ” Проректор по учебной работе проф. ___________ Ушаков В.Н. “_____”_______________2002 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА дисциплины МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭВМ Для подготовки дипломированных специалистов по направлению 654600 – “Информатика и вычислительная техника” по специальности 220100 – “Вычислительные машины, комплексы, системы и сети” Факультет компьютерных технологий и информатики Кафедра вычислительной техники Курс – 4,5 Семестры – 8,9 Лекции

77 ч.

Практические занятия

15 ч.

Курсовое проектирование

16 ч.

Аудиторные занятия Самостоятельные занятия Всего часов

108 ч. 100 ч. 208 ч.

Экзамен

2002

семестры 8,9

3 Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры вычислительной техники “____”_______________2002 г., протокол №______. Рабочая программа согласована с рабочими программами изученных ранее дисциплин: 1) Высшая математика 2) Моделирование 3) Организация ЭВМ и систем 4) Архитектура ЭВМ 5) Узлы и устройства ЭВМ 6) Компьютерная арифметика Рабочая программа одобрена методической комиссией факультета компьютерных технологий и информатики “____”_____________2002 г.

4 Цель и задачи дисциплины: Цель дисциплины – ознакомление с существующими методами и средствами проектирования ЭВМ, общей организацией процесса проектирования. Требования к уровню освоения дисциплины В результате изучения дисциплины студенты должны: 1) Знать содержание основных задач проектирования ЭВМ, существующих методов и средств их решения. 2) Уметь использовать существующие методы при проектировании средств вычислительной техники. 3) Иметь представление об организации процесса проектирования, перспективах развития методов и средств проектирования ЭВМ, о существующих стандартах в области проектирования средств вычислительной техники. Содержание рабочей программы ВВЕДЕНИЕ Предметная область дисциплины, ее содержание, объем и связь с другими дисциплинами учебного плана. Роль дисциплины в подготовке инженеров по специальности 220100, ее цели, задачи и формы изучения. Обзор рекомендуемой литературы. Стандарты в системе проектирования средств вычислительной техники. Раздел 1. ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ И МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭВМ Тема 1. Объект проектирования Особенности проектирования ЭВМ как сложной системы. Аппаратные и программные компоненты объекта проектирования. Уровни описания (документирования) объекта. Стандарты описания. Основные принципы проектирования: системный подход, агрегатирование, автономность, преемственность. Тема 2. Организация процесса проектирования Процесс проектирования ЭВМ как системная задача. Организационное обеспечение ее решения. Техническое задание на проектирование ЭВМ. Типовые стадии проектирования: техническое предложение, эскизный проект, технический проект, разработка рабочей документации. Основные этапы проектирования: внешний (системный), структурный, логический, монтажно-коммутационный (технический). Задачи, решаемые на каждом этапе, и их математическое обеспечение. Взаимосвязь этапов и стадий проектирования.

5 Тема 3. Обобщенная схема проектирования Математические модели процесса проектирования. Доминирующая роль функции над структурой. Обобщенная схема проектирования. Формальные и содержательные процедуры в процессе проектирования. Динамика процесса проектирования. Методы проектирования сложных систем: синтез, анализ, оптимизация. Раздел 2. МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ОСНОВНЫХ ЗАДАЧ СИНТЕЗА СРЕДСТВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ Тема 4. Функция объекта проектирования Понятие функции. Виды функций, реализуемых типовыми средствами вычислительной техники. Функции операционных, управляющих и запоминающих устройств. Функции числовых преобразоваий. Области определения и значений функции. Способы задания отношений между ними. Разработка процедурного описания функции. Тема 5. Аппаратная интерпретация алгоритма Метод прямой интерпретации как наиболее конструктивный метод синтеза средств вычислительной техники. Аппаратная интерпретация объектов алгоритма: переменных, констант, операторов. Составление описаний результатов интерпретации. Тема 6. Математическое обеспечение процедур синтеза Системы искусственного интеллекта, используемые для решения задач синтеза средств вычислительной техники: информационно-поисковые системы, интеллектуальные программно-методические комплексы, экспертные системы. Формализация сведений об объектах синтеза, правилах и процедурах синтеза. Постановка задач параметрической оптимизации. Методы их решения. Раздел 3. МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ОСНОВНЫХ ЗАДАЧ АНАЛИЗА СРЕДСТВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ Тема 7. Математическое моделирование как основной метод анализа Принципы и методология моделирования средств вычислительной техники и их функционирования. Примеры выбора концептуальной модели. Моделирование на уровне системы, на уровне регистровых передач, на схемотехническом уровне. Краткие сведения о языках моделирования и типовых системах моделирования. Оценка метода моделирования и границы его использования. Численные методы анализа. Одновариантный и многовариантный анализ аппаратных средств вычислительной техники.

6 Тема 8. Моделирование на языке VHDL VHDL - универсальный язык описания аппаратных средств. Основные конструкции языка. Модели типовых объектов вычислительной техники на языке VHDL. Особенности моделирования цифровых структур с использованием языка VHDL. Раздел 4. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭВМ Тема 9. Организация систем автоматизированного проектирования Понятие о системе проектирования. Использование ЭВМ в процессе проектирования. Системы автоматизированного проектирования (САПР) и их составные части: техническое, математическое, программное, лингвистическое, информационное и организационно-методическое обеспечения. Подсистемы САПР. Примеры типовых задач проектирования, обслуживаемых отдельными подсистемами. Принципы построения САПР: участие человека – оператора в процессе проектирования, информационная согласованность программ проектирования и подсистем САПР, открытость, совместимость автоматизированного и неавтоматизированного проектирования. Примеры существующих САПР средств вычислительной техники, их возможности и характеристики. Тема 10. Техническое обеспечение САПР Требования к техническому обеспечению САПР. Назначение и состав технических средств САПР. Организация комплекса технических средств. Рабочие станции. Состав терминальных комплексов. Режимы работы аппаратуры в комплексе технических средств САПР. Тема 11. Математическое обеспечение САПР Требования к математическому обеспечению (МО) САПР. Состав МО САПР ЭВМ. Общее и специальное МО САПР ЭВМ. Состав специального МО САПР ЭВМ на примере задач одного из этапов проектирования ЭВМ. Пути повышения эффективности использования МО САПР ЭВМ. Тема 12. Лингвистическое, программное и информационное обеспечения САПР Состав лингвистического обеспечения САПР. Языки программирования и языки проектирования. Входные языки: языки описания объекта и языки, отображающие последовательность выполнения проектных процедур (маршрут проектирования). Проблемы расширения входных языков и их универсализация. Требования к программному обеспечению (ПО) САПР. Состав ПО САПР: общее и специальное ПО САПР. Функции общесистемного и базового ПО. Состав и организация пакетов прикладных программ типовой САПР (Cadence, Mentor Graphic и т.п.). Аппаратная поддержка таких пакетов. Подготовка информации для САПР. Организация банков справочной информации и архива проектных решений в САПР.

7

Раздел 5. ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Тема 13. Анализ качества спроектированного объекта Способы оценки качества проекта. Методы сбора и обработки компьютометрии в процессе опытной эксплуатации спроектированного объекта. Достоверность результатов. Интерпретация результатов. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Основные тенденции и перспективы дальнейшего развития и совершенствования методов проектирования. Перспективы расширения технической базы и развития математического обеспечения, ориентированного на решение задач проектирования. Пути и методы углубления знаний студентов по дисциплине в период дальнейшего обучения в университете. Перечень практических занятий: №

1 2,3 4 5,6, 7

Наименование темы занятия

Номер темы программы

Задание функции объекта проектирования. Разработка процедурного описания функции объекта проектирования Аппаратная интерпретация данных и констант. Аппаратная интерпретация решающих и условных операторов алгоритма.

4 4 5 5

Цели и содержание курсового проекта Освоение методов проектирования одной из функциональных частей ЭВМ и приобретение навыков по составлению технических документов проектирования В процессе выполнения курсового проекта разрабатывается комплект документов проектирования: техническое задание, функциональное (процедурное) и структурное описание объекта; определяются технические параметры объекта и выполняется частичное моделирование (верификация) полученных результатов. Проект выполняется на 9-м семестре после освоения разделов 1 – 3 дисциплины.

8 Распределение учебных часов по темам и видам занятий № темы

1 2 3

4 5 6

7 8

9 10 11 12

13

Название разделов и тем ВВЕДЕНИЕ Раздел 1. ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ И МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭВМ

1 10

Объем учебных часов Практич. Аудитор. Самост. занятия занятия работа 1 0,5 10 9

Объект проектирования Организация процесса проектирования Обобщенная схема проектирования

3 4

3 4

2 4

5 8

8 8

3

3

3

6

8

Раздел 2. МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ОСНОВНЫХ ЗАДАЧ СИНТЕЗА СРЕДСТВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

20

15

35

20

55

8

Функция объекта проектирования Аппаратная интерпретация алгоритма Математическое обеспечение процедур синтеза

4

6

10

4

14

8

10

8

18

12

30

8

6

1

6

4

10

8

14

14

10

24

8

4

4

2

6

8

10

10

8

18

8

24

24

16

40

9

2

2

1

3

9

4

4

2

6

9

12

12

10

22

9

6

6

3

9

9

6

6

4

10

9

6

6

4

10

9

2

22 16 108

0.5 40 100

2.5 56 208

9 9

Лекции

Раздел 3. МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ОСНОВНЫХ ЗАДАЧ АНАЛИЗА СРЕДСТВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ Математическое моделирование как основной метод анализа Моделирование на языке VHDL Раздел 4. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭВМ Организация систем автоматизированного проектирования Техническое обеспечение САПР Математическое обеспечение САПР Лингвистическое, программное и информационное обеспечения САПР. Раздел 5. ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Анализ качества спроектированного объекта ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Курсовое проектирование ИТОГО:

77

Лаборат. занятия

15

Всего

Семестр

1,5 19

8 8

9

ЛИТЕРАТУРА Основная

№

Название, библиографическое описание

1

Проектирование цифровых вычислительных машин: Учеб. пособие для студентов вузов. Под ред. С.А. Майорова. - М.: Высш. школа,1972 Специализированные ЦВМ: Учеб. для вузов/Смолов В.Б., Барашенков В.В., Байков В.Д. и др.; Под ред. В.Б. Смолова. – М.: Высш. школа,1981. Норенков И.П., Маничев В.Б. Основы теории и проектирования САПР: Учеб. для втузов по спец. "Вычислительные маш., компл., сист. и сети". - М.: Высш. школа, 1990 Папков В.И., Степашкин Г.И. Методы проектирования и САПР ЭВМ. Функциональное описание вычислительных устройств: Учеб. пособие /ГЭТУ. – СПб., 1993 Папков В.И., Степашкин Г.И. Методы проектирования и САПР ЭВМ. Аппаратная интерпретация алгоритмов: Практикум/ ГЭТУ. – СПб., 1995. Папков В.И., Степашкин Г.И. Методы проектирования и САПР ЭВМ. Проектирование управляющих автоматов: Учеб. пособие/ СПб ГЭТУ (ЛЭТИ). СПб., 1998. Методические указания к курсовому проекту по дисциплине «Методы проектирования и САПР ЭВМ»/ Сост.: В.И. Папков, Г.И. Степашкин; ЛЭТИ. – Л., 1990. Драммонд М. Методы оценки и измерений дискретных вычислительных систем. - М.: Мир, 1977

2 3 4 5 6 7 8

Л

Пз (С).

К-во экз. в библ. (на каф.)

Кп (р)

8 8,9

Гриф

0 252

9

9

11

8,9

9

9

161

8,9

9

9

94

8,9

9

9

118

9

9

9

ч/з 16

9

9

8

Дополнительная №

Название, библиографическое описание

1

Системы автоматизированного проектирования: Учеб.пособие для втузов: В 9 кн. -М.: Высш. школа, 1986 Методы и средства проектирования ЭВМ: Учеб. пособие/ЛЭТИ, - Л., 1989. Папков В.И., Степашкин Г.И. Разработка алгоритмического описания ЭВМ: Учеб. пособие /ЛЭТИ. -Л., 1991 Методы проектирования и САПР ЭВМ: Методические указания к выполнению практических работ для студентов специальностей 0648, 0705, 0608 / Сост. А.И. Водяхо и др. – Йошкар-Ола: Мар ПИ, 1998. Амстронг Жд. Р. Моделирование цифровых систем на языке VHDL: Пер. с англ. – М.: Мир, 1992. Феррари Д. Оценка производительности вычислительных систем. Пер. с англ. М.: Мир, 1987

2 3 4 5 6

К-во экз. в библ. (на кафедре) 141; 142; 150 в 6 кн.

231 238 ч/з 16 ф/б 2 0

10

Автор к.т.н., доцент

Степашкин Г.И.

Рецензент к.т.н., доцент кафедры МО ЭВМ

Романцев В.В.

Зав. кафедрой вычислительной техники д.т.н., профессор

Пузанков Д.В.

Декан факультета компьютерных технологий и информатики д.т.н., профессор

Герасимов И.В.

Программа согласована: Зав. кафедрой вычислительной техники д.т.н., профессор

Пузанков Д.В.

Зав. отделом учебной литературы

Киселева Т.В.

Председатель методической комиссии факультета компьютерных технологий и информатики к.т.н., доцент

Чугунов Л.А.

Руководитель методического отдела к.т.н., доцент

Марасина Л.А.