Организация ЭВМ и систем

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

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА дисциплины Организация ЭВМ и систем Для подготовки дипломированных специалистов по направлениям: 1)

654600 -“ИНФОРМАТИКА И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА” по специальности 220400 --“Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем”,

2)

657100 – “ПРИКЛАДНАЯ МАТЕМАТИКА” по специальности 07300 – “Прикладная математика”

Для подготовки бакалавров по направлению 510200 - "Прикладная математика и информатика":

Санкт - Петербург 2001

1

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”

“УТВЕРЖДАЮ” Проректор по учебной работе д.т.н., проф. Ушаков В.Н. “____”____________ 2001 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА дисциплины Организация ЭВМ и систем Для подготовки дипломированных специалистов по направлениям: 1)

654600 -“ИНФОРМАТИКА И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА” по специальности 220400 --“Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем”,

2)

657100 – “ПРИКЛАДНАЯ МАТЕМАТИКА” по специальности 07300 – “Прикладная математика”

Для подготовки бакалавров по направлению 510200 - "Прикладная математика и информатика" Факультет компьютерных технологий и информатики Кафедра математического обеспечения и применения ЭВМ Курс –2 Семестр – 4 Лекции

45 ч.

Экзамен

4 семестр

Лабораторные занятия

15 ч.

Зачет

4 семестр

Аудиторные занятия Самостоятельные занятия Всего часов

60 ч. 66 ч. 126 ч.

2001

2

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры математического обеспечения и применения ЭВМ “____”_______________2001 г., протокол №______. Рабочая программа составлена в соответствии с государственным образовательным стандартом по направлению 657100 - "Прикладная математика" по специальности 073000 - "Прикладная математика" и по направлению 654600 "Информатика и вычислительная техника" по специальности 220400 "Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем". Рабочая программа согласована с рабочими программами изученных ранее дисциплин: 1) Информатика 2) Программирование и основы алгоритмизации Рабочая программа одобрена методической комиссией факультета компьютерных технологий и информатики “____”_____________2001г.

3

Цель и задачи дисциплины: Организация ЭВМ и систем - дисциплина, изучающая основные принципы организации и методы управления аппаратными и программными средствами в вычислительных машинах (ВМ) и системах (ВС). В результате изучения курса студенты должны хорошо ориентироваться в принципах построения современных ВМ и ВС,, архитектурных решениях, направленных на повышение производительности вычислительных машин, областях применения машин и систем с различной архитектурой и направлениях их развития. Требования к уровню освоения дисциплины В результате изучения курса студенты должны: 1. ЗНАТЬ принципы построения и структурную организацию аппаратных и программных средств ЭВМ, взаимосвязь этих средств и описание функционирования на ассемблерном уровне, архитектуру основных типов современных ВМ, методы управления вычислительными процессами; 2. УМЕТЬ осуществлять анализ структур ВМ и ВС с позиций инженерасистемотехника, оценивать целесообразность их применения для решения конкретных задач, использовать в своей работе стандартные термины, определения и обозначения; 3. ИМЕТЬ представление об основных технических характеристиках аппаратных и программных средств современных ВМ и ВС, основных операционных и языковых средах и тенденциях их развития. Содержание рабочей программы Раздел 1. Архитектура и организация ВМ Тема 1. Архитектура ЭВМ. Основные понятия. Вычислительная система (ВС) как совокупность аппаратных и программных средств. Принцип программного управления фон Неймана. Понятие о многоуровневой организации ЭВМ. Языки, уровни и виртуальные машины. Характеристика основных уровней современной ЭВМ. Определение понятия "архитектура ЭВМ". Элементы архитектуры. Тема 2.Общая структура аппаратных и программных средств ЭВМ Базовая структура аппаратных средств ЭВМ. Основные компоненты структуры, стандартная терминология и определения. Организация связей между устройствами ЭВМ. Состав программных средств ЭВМ. Основные понятия и терминология. Операционные системы и системы программирования. Основные функции. Взаимосвязь аппаратных и программных средств ЭВМ. Тема 3. Структурная организация процессоров Представление данных и команд в ЭВМ. Особенности машинной арифметики над числами с фиксированной и плавающей запятой. Функциональные компоненты процессора. Типовая структура и основной цикл работы процессора. Аппаратный и микропрограммный способы формирования управляющих сигналов. Особенности организации. Достоинства и недостатки. Примеры структур процессоров Intel 8086,

4

80386, 80586. Организация процессора Intel 8086 на уровне машинных команд. Программно-доступные регистры процессора и их назначение. Форматы и общая характеристика системы команд процессора. Особенности организации процессоров с сокращенным набором команд (ПСНК). Базовая архитектура ПСНК. Формат команды. Примеры структур процессоров PA-RISC 7100, Alpha21064, РowerPC601. Тема 4. Функциональная организация памяти. Память ЭВМ - основные понятия, терминология, характеристики. Классификация видов запоминающих устройств (ЗУ). Иерархия систем памяти ЭВМ. Основная (оперативная) память. Адресная структура памяти. Логические и физические адреса. Организация оперативной памяти Intel 8086 на уровне машинных команд. Сегментирование памяти. Формирование физического адреса. Режимы адресации. Сверхоперативные запоминающие устройства (СОЗУ). Стековая память. КЭШ-память. Принцип использования. Реализация по ассоциативному принципу. Кэш с прямым отображением. Стратегии записи и проблемы синхронизации информации. Тема 5. Управляющие функции процессора. Процессы и процессоры. Понятие процесса. Последовательные, совмещенные и параллельные процессы. Состояние процесса. Понятие о прерывании процесса. Система прерываний и обработка прерываний. Причины прерываний. Приоритет в прерывании. Уровень и глубина прерываний. Механизмы реализации прерываний. Фазы прерываний. Тема 6. Структура ЭВМ на ассемблерном уровне. Назначение ассемблерного уровня ЭВМ. Его связь с уровнем машинных команд и языками высокого уровня. Организация трансляции и компоновки программ, представленных на Ассемблере. Абсолютные и перемещаемые программные модули. Структуры загрузочных модулей COM и EXE типов в MS DOS. Тема 7. Управление памятью и виртуальная память. Задача управления памятью. Принципы распределения и защиты памяти. Организация оперативной памяти Intel 80Х86. Виртуальная память (ВП) - назначение и принципы реализации. Страничный и сегментный способы организации ВП. Организация и защита памяти в микропроцессоре 80386. Раздел 2. Внешняя память и управление вводом-выводом. Тема 8. Внешняя память ЭВМ. Основные виды устройств внешней памяти и их технические характеристики. Организация запоминающей среды в устройствах внешней памяти. Физический уровень организации информации на дисках на примере MS DOS. Назначение и структура таблицы размещения файлов (FAT). Устройства с прямым и последовательным доступом к данным. Доступ к файлам на основе управляющего блока файла и на основе дескриптора файлов. Тема 9. Представление и преобразование данных в ЭВМ Кодирование информации в ЭВМ: команды, числа, алфавитно-цифровые символы. Типы шрифтов. Преобразования форм представления информации при ее вводе и выводе.

5

Тема 10. Структура системы ввода-вывода (СВВ) и режимы управления вводом-выводом. Основные принципы организации ввода-вывода. Контроллеры, внешние устройства. Особенности архитектур ЭВМ с канальной и шинной организацией. Программные способы управления вводом-выводом. Несовмещенный ввод-вывод и обмен данными в режиме программного прерывания. Режим прямого доступа в память. Cостав и характеристика программных средств СВВ. Организация ввода-вывода в IBM PC - совместимых ЭВМ. Два способа адресации внешних устройств (ВУ). Команды ввода- вывода IN,OUT,INS и OUTS. Способы подключения ВУ. Назначение и способы реализации драйверов внешних устройств. Раздел 3. Понятие об архитектуре ВС и сетей ВМ Тема 11. Основные типы архитектур ВС Понятие о многомашинных и многопроцессорных ВС. Методы и средства организации многомашинных ВС. Классификация многопроцессорных ВС. ВС с контроллерным управлением. ВС с управлением потоком данных, ВС с управлением по запросам, ВС с общим полем памяти. Матричные процессоры. Тема 12. Основные типы сетей ВМ и их архитектура Архитектура вычислительных сетей. Локальные и глобальные сети. Связные устройства. Модемы. Протоколы обмена. Состав программного обеспечения вычислительных сетей. Проблемы эксплуатации локальных вычислительных сетей. Тенденции дальнейшего ЭВМ и ВС.

Заключение. совершенствования аппаратных и программных средств

Перечень лабораторных работ № Наименование работы Трансляция, отладка и выполнение программ на языке Ассемблера. 1 Использование директив определения данных и сегментации.

Номер темы 6

2

Изучение режимов адресации и формирования исполнительного адреса.

4

3

Организация ветвящихся процессов.

3

4

Представление и обработка целых, вещественных чисел и символьной информации. Простейшие программы обработки данных. Создание собственного прерывания в MS DOS. Директивы определения процедур. Передача параметров в процедуру и из нее. Связь Ассемблера с языками высокого уровня на примере Паскаля. Анализ используемой конфигурации компьютера и вывод на экран информации об имеющихся ресурсах. Организация функционирования сетей ЭВМ

9

5 6 7 8

5 6 8,9 12

6

Распределение учебных часов по темам и видам занятий № те мы

Название разделов и тем

Лек

Лаб. раб.

Объем учебных часов Прак. Ауд. Сам. занят Занят Раб.

Всего

4

Раздел 1. Архитектура и организация ВМ. 1 2 3 4 5 6 7

8 9 10

11 12

Архитектура ЭВМ. Основные понятия. Общая структура аппаратных и программных средств ЭВМ Структурная организация процессоров Функциональная организация памяти Управляющие функции процессора Структура ЭВМ на ассемблерном уровне Управление памятью и виртуальная память. Раздел 2. Внешняя память и управление вводом-выводом.

2 2

Внешняя память ЭВМ Представление и преобразование данных в ЭВМ Структура системы ввода-вывода и режимы управления вводом-выводом Раздел 3. Понятие об архитектуре ВС и сетей ВМ

4 2

Основные типы архитектур ВС Основные типы сетей ВМ и их архитектура Заключение.

4 4

2

1 45

15

ИТОГО:

Сем.

4 6 4 4 4

2 2 2 3

2 2

2 2

4 4

4 4

6 8 6 7 4

6 8 4 10 4

12 16 10 17 8

4 4 4 4 4 4

2 2

4

6 4

6 6

12 10

4

4

6

10

4 4

-

4 6

6 6

10 12

4 4

1 60

66

1 126

4

7

ЛИТЕРАТУРА Основная

№ 1

2

3

Название, библиографическое описание Скляров В.А. Применение ПЭВМ. В 3-х кн. Кн.1,2. Организация и управление ресурсами ПЭВМ: Практ. пособие.- М.: Высш. шк., 1992. Анисимов А.В. и др. Основы организации вычислительных комплексов для решения задач автоматизации и управления: Учеб.пособие / ГЭТУ – СПб.,1995. А.И.Водяхо и др. Вычислительные системы с массовым параллелизмом: Учебное пособие.- СПб: Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2000.

Л

4

4

4

Лр

К-во экз. в библ. (на каф.)

4

Кн1:уч 49, ф 1; Кн2:уч 48, ф 2;

4

Уч 244, ф4

Уч 98, ф 4

Гриф Ком. по ВШ Мин. науки ГосКом РФ по высш. обр. Мин.обр . РФ

Дополнительная № 1 2 3 4 5 6

Название, библиографическое описание Ахметов К.С., Борзенко А.Е. Современные персональные компьютеры М.:КомпьютерПресс, 1995. Фролов А.В., Фролов Г.В. Аппаратное обеспечение IBM PC, т.33, М.: Диалог-МИФИ, 1997. Таненбаум Э. Многоуровневая организация ЭВМ.-М.:Мир, 1979.

К-во экз. в библ. Уч 0, ф2 0 42

Компьютеры на СБИС: В 2-х кн. Кн.1: Пер. с япон./Мотоока Т., Томита С., Уч 12, ф2 Танака Х. и др.- М.:Мир, 1988. Фрир Дж. Построение вычислительных систем на базе перспективных Уч 13, ф4 микропроцессоров.- М.:Мир, 1990. Уч 0, Зубков C.В. Assembler. Для DOS, Windows, UNIX. М.: ДМК,1999 – ф2 640с.,ил.

8

Автор к.т.н., доцент

Кирьянчиков В.А.

Рецензент к.т.н., доцент

Павлов С.М.

Зав. кафедрой МОЭВМ д.т.н., профессор

Лисс А.Р.

Декан факультета КТИ д.т.н., профессор

Герасимов И.В.

Программа согласована: Зав.отделом учебной литературы Председатель методической комиссии факультета КТИ к.т.н., доцент Руководитель методического отдела, к.т.н., доцент

Смирнова О.Н.

Чугунов Л.А. Марасина Л.А.

9