Министерство образования Российской Федерации Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”
...
19 downloads
216 Views
171KB Size
Report
This content was uploaded by our users and we assume good faith they have the permission to share this book. If you own the copyright to this book and it is wrongfully on our website, we offer a simple DMCA procedure to remove your content from our site. Start by pressing the button below!
Report copyright / DMCA form
Министерство образования Российской Федерации Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА дисциплины КОМПЬЮТЕРНАЯ АРИФМЕТИКА Для
подготовки дипломированных специалистов по направлению 654600 – “Информатика и вычислительная техника” по специальности 220100 – “Вычислительные машины, комплексы, системы и сети”.
Санкт-Петербург 2002
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”
“УТВЕРЖДАЮ” Проректор по учебной работе проф. ___________ Ушаков В.Н. “_____”_______________2002 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА дисциплины КОМПЬЮТЕРНАЯ АРИФМЕТИКА 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 – 3 Семестр –5 Лекции
48 ч.
Практические занятия
16 ч.
Аудиторные занятия Самостоятельные занятия Всего часов
Экзамен
семестр 5
64 ч. 60 ч. 124 ч.
Санкт-Петербург 2002 2
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры Вычислительной техники “____”_______________2002 г., протокол №______. Рабочая программа составлена в соответствии с государственным образовательным стандартом по направлению 654600 – “Информатика и вычислительная техника” и специальности 220100 – “Вычислительные машины, комплексы, системы и сети”.
Рабочая программа согласована с рабочей программой изученной ранее дисциплины: 1) Организация ЭВМ и систем. Рабочая программа одобрена методической комиссией факультета Компьютерных технологий и информатики “____”_____________2002г.
3
Цели и задачи дисциплины 1. Изучение основ представления данных, теории арифметических кодов, элементарных приемов обработки чисел с фиксированной и плавающей точкой, теории и практики мониторинга арифметических погрешностей, стандарта IEEE (P-754) и его реализации, арифметических аспектов языков программирования, направлений специализации арифметических систем 2. Формирование навыков анализа и синтеза программно-аппаратных арифметических объектов. Требования к уровню освоения дисциплины В результате изучения дисциплины студенты должны: 1. ЗНАТЬ основы представления данных, теорию арифметических кодов на базе понятия модели числа, элементарные приемы обработки чисел с фиксированной и плавающей точкой, теорию и практику мониторинга арифметических погрешностей, стандарт IEEE (P-754) и его реализацию, арифметические аспекты языков программирования, направления специализации арифметических систем; 2. УМЕТЬ проводить анализ и синтез программно-аппаратных арифметических объектов на базе четкого понимания механизма отображения данных на структуру; 3. ИМЕТЬ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ о современном состоянии и проблематике компьютерной реализации математических операций на всех уровнях иерархии вычислительных систем. Содержание рабочей программы Введение Цель курса "Машинная арифметика и микропрограммное управление". Структура курса. Понятие компьютерной арифметики. Данные и информация. Количественные меры. Тема 1. Понятие операционного устройства. Общие сведения об иерархии управления и иерархии аппаратуры. Уровни рассмотрения операционных устройств: архитектура, организация, структура, реализация. Тема 2. Числа как объект машинной обработки. Понятие системы счисления. Модель числа. Понятие системы счисления и производные понятия. Инструментарий. Двоичная система счисления. Тема 3. Арифметические коды. Коды: натуральный, прямой, дополнительный, обратный. Их обоснование. Ключевая таблица формул количественного эквивалента. Принцип инвариантности представления положительных чисел. Тема 4. Элементарные приемы арифметической обработки. Алгебраическое сложение и проблема переполнения. Расширение разрядной сетки и арифметические сдвиги.
4
Тема 5. Представление данных с фиксированной точкой. Вариантность положения двоичной точки. Характерные форматы. Базовая арифметика с фиксированной точкой. Каноническое АЛУ. Схемы формирования признаков результата. Понятие функционально полного набора арифметических операций. Тема 6. Представление данных с плавающей точкой. Введение в предметную область. Система нотации. Иерархия моделей данных вещественного типа. Обзор типичных форматов. Начальные сведения о стандарте IEEE (P754). Базовая арифметика с плавающей точкой. Машинный нуль как особый объект обработки. Тема 7. Арифметические погрешности. Обзор типов вычислительных погрешностей: методическая, трансформированная, инструментальная. Способы измерения и количественные оценки. Взаимовлияние погрешностей. Теория и практика мониторинга трансформированной и инструментальной погрешностей. Вероятностные оценки результатов арифметических операций. Тема 8. Методы и способы округления. Классификация методов округления, инструментарий, графоаналитическая интерпретация, сравнительный анализ, области преимущественного использования. Тема 9. Стандарт IEEE (P-754). Обзор стандарта IEEE (P-754) на представление данных с плавающей точкой, его анализ и обоснование. Характерные объекты формата: формализованные и денормализованные числа, не-числа, актуальная бесконечность. Тема 10. Реализация стандарта IEEE (P-754) на примере математического сопроцессора К1810ВМ87 (i8087). Концепция и архитектура сопроцессора; его регистровая модель. Обзор системы инструкций. Тема 11. Арифметические инструкции сопроцессора К1810ВМ87. Пооперационный анализ арифметических инструкций. Примеры реализации расширенного набора элементарных и специальных функций. Особенности ассемблерного программирования. Тема 12. Арифметические аспекты языков программирования. Арифметические аспекты языков высокого уровня. Арифметика ассемблерного уровня. Тема 13. Функциональная ориентация операционных блоков. Классификация и обзор вычислительных систем с точки зрения функциональной ориентации их операционных блоков. Арифметические расширители, специализированные процессоры, функционально ориентированные процессоры, проблемноориентированные вычислительные системы, универсальные вычислительные системы. Обзор нетрадиционных арифметических систем. Тема 14. Алгоритмы арифметических операций и схемы арифметических устройств. Алгоритмы арифметических операций (сложение, умножение, деление) и комбинационные и микропрограммные схемы арифметических устройств. Тема 15. Способы повышения производительности арифметических устройств. Обзор основных направлений повышения производительности: функциональная специализация, распараллеливание, конвейеризация. 5
Перечень практических занятий № 1
2
3
4
Наименование темы занятия Элементарные приемы арифметической обработки План занятия: 1) преобразование чисел из одного арифметического кода в другой; 2) алгебраическое сложение и фиксация переполнения; 3) расширение разрядной сетки и арифметические сдвиги. Базовые операции с фиксированной точкой. План занятия: 1) канонические способы выполнения сложения, умножения и деления; 2) влияние положения двоичной точки на форматирование результата. Базовые операции с плавающей точкой. План занятия: 1) практические следствия качественного разнообразия форматов; 2) канонические способы выполнения сложения, умножения и деления. Математический сопроцессор К1810ВМ87. План занятия: 1) пооперационный анализ арифметических инструкций сопроцессора; 2) реализация различных элементарных и специальных функций.
Номер темы программы 4
5
6
11
6
Распределение учебных часов по темам и видам занятий № темы 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Название разделов и тем Введение. Понятие операционного устройства Числа как объект машинной обработки. Понятие системы счисления. Арифметические коды Элементарные приемы арифметической обработки Представление данных с фиксированной точкой Представление данных с плавающей точкой Арифметические погрешности Методы и способы округления Стандарт IEEE (P-754) Реализация стандарта IEEE (P-754) на примере математического сопроцессора К1810ВМ87 (i8087). Арифметические инструкции сопроцессора К1810ВМ87 Арифметические аспекты языков программирования Функциональная ориентация операционных блоков Алгоритмы арифметических операций и схемы арифметических устройств Способы повышения производительности арифметических устройств
Курсовое проектирование Индивидуальное домашнее задание Реферат ИТОГО:
Объем учебных часов Аудит. занятия
Самост. работа
Всего
Семестр
2 2
2 2
4 4
6 6
5 5
3 3
4
3 7
4 4
7 11
5 5
4
4
8
4
12
5
4
4
8
4
12
5
3 3 3 3
4 4 4 4
7 7 7 7
5 5 5 5
7
4
11
5
2
2
4
6
5
3
3
4
7
5
6
6
4
10
5
4
4
4
8
5
*
* * * 60
124
Лекции
Лабор. занятия
Практ. занятия
3 3 3 3 3
48
4
16
64
7
ЛИТЕРАТУРА Основная
№
Название, библиографическое описание
1
Грушин В.В. Выполнение математических операций в ЭВМ. Основы представления данных: Учеб. пособие /ГЭТУ.- СПб, 1994. Грушин В.В. Выполнение математических операций в ЭВМ. Погрешности компьютерной арифметики: Учеб.пособие /СПбГЭТУ.СПб, 1999. Карцев М.А. Арифметика цифровых машин.- М.: Наука, 1969
2
3 4 5
Каган Б.М., Каневский М.М. Цифровые вычислительные машины и системы. / Учеб. пособие для вузов. М. Энергия, 1973, 1985. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. / Учеб. пособие для вузов. СПб. BHV, 2001.
К-во экз. в Пз Кп Инд. Л Лр библ. (С) (р) зад. (на каф.)
Гриф Ф 3973.23 __________
5
151
5
80
5
58
621.399 __________
5
215
К 27 621.399 __________
5
68
У Г 91 Ф 3973.23 __________ У
Г 91
К 12 621.399 __________ К 12
Дополнительная №
Название, библиографическое описание
1 2
Кнут Д. Искусство программирования для ЭВМ.- Т.2.- М.: Мир, 2001. Угрюмов Е.П. Проектирование элементов и узлов ЭВМ. / Учеб. пособие для вузов. М. Высшая школа, 1987.
К-во экз. в библ. (на каф.)
7 216
8
Авторы: к.т.н., доц. Рецензент д.т.н., проф.
Миронов С.Э. Водяхо А.И.
Зав. кафедрой Вычислительной техники д.т.н., проф
Пузанков Д.В.
Декан факультета Компьютерных технологий и информатики д.т.н., проф.
Герасимов И.В.
Программа согласована: Зав. кафедрой Вычислительной техники д.т.н., проф
Пузанков Д.В.
Зав. отделом учебной литературы
Киселева Т.В.
Председатель методической комиссии факультета компьютерных технологий и информатики к.т.н., доц.
Чугунов Л.А.
Руководитель методического отдела к.т.н., доцент
Марасина Л.А.
9