Архитектура вычислительных систем
АРХИТЕКТУРА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
П р о г р а м м а
Заведующий Кафедрой ВС
чл.-корр. РАН
профессор____________В. Г. Хорошевский
Новосибирск – 2009
Программакурсасоставлена в соответствии с государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлениям подготовки бакалавра (магистра):
252800 – Информатика и вычислительная техника,
дипломированного специалиста:
654600 – Информатика и вычислительная техника.
Цель курса ”Архитектура вычислительных систем” состоит в изучении:
– основных архитектурных концепций построения средств обработки информации (от неймановских ЭВМ до параллельных вычислительных систем);
– моделей функциональной организации ЭВМ и вычислительных систем (ВС) и принципов их построения;
– канонических функциональных структур и наиболее интересных промышленных реализаций конвейерных, матричных, мультипроцессорных и распределенных вычислительных систем.
Особое внимание уделено архитектуре наиболее совершенных ВС – систем с программируемой структурой и мультиархитектуре современных суперВС.
В курсе изучаются также инженерные методы анализа производительности и надежности ЭВМ.
СОДЕРЖАНИЕ КУРСА
ВВЕДЕНИЕ
Цель и задачи курса. Структура курса и его связь с другими дисциплинами. Методика изучения курса. Очерк истории вычислительной техники. Роль российских и сибирских ученых в развитии вычислительной техники. Достижения научной школы по параллельной информатике Сибирского отделения Российской академии наук. Работы сотрудников Кафедры вычислительных систем СибГУТИ в области распределенных вычислительных систем с программируемой структурой. Рекомендуемый список литературы.
РАЗДЕЛ 1. ПРЕДЫСТОРИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
1.1. Эволюция вычислительной техники.Простейшие вычислительные инструменты (абак, логарифмическая линейка). Основные этапы развития цифровой вычислительной техники: арифмометры, универсальная вычислительная машина Ч. Беббеджа, семейство машин К. Цузе. Анализ механических и электромеханических вычислительных машин.
1.2. Вычислительные машины на электронных лампах.Машина Colossus. Машина ABC (Atanasoff-Berry Computer). Принципы построения, архитектурные возможности и состав машины ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer). Анализ машины ENIAC.
1.3. Первые электронные вычислительные машины.Предпосылки создания ЭВМ с хранимой программой. ЭВМ M - Mark 1 (Manchester Mark 1). Машина EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator). Функциональная структура и принципы построения машины EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer). Анализ машины EDVAC.
1.4. Путь развития отечественных электронных средств вычислительной техники.ЭВМ и вычислительные системы с программируемой структурой.
1.5. Современный уровень вычислительной техники. Микропроцессоры и высокопроизводительные вычислительные системы (суперВС).
РАЗДЕЛ 3. АРХИТЕКТУРА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
3.1. Модель коллектива вычислителей.Принципы построения вычислительных систем. Структура ВС: распространенные структуры сетей межвычислительных связей. Алгоритм функционирования ВС. Модель вычислительной системы.
3.2. Параллельные алгоритмы.Элементарные понятия параллельного программирования; локальное и глобальное (крупноблочное) распараллеливание задач. Параллельный алгоритм умножения матриц. Показатели эффективности параллельных алгоритмов: коэффициенты накладных расходов, ускорения и эффективности. “Парадокс” параллелизма. Понятие о сложных задачах. Схемы обмена информацией между ветвями параллельных алгоритмов. Опыт применения методики крупноблочного распараллеливания сложных задач.
3.3. Концептуальное понятие о вычислительных системах. Понятие о вычислительных системах. Типы архитектур ВС: MISD, SIMD, MIMD. Классификация ВС и направления развития их архитектуры.
Анализ матричных вычислительных систем.
Анализ мультипроцессорных вычислительных систем.
РАЗДЕЛ 7. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ С ПРОГРАММИРУЕМОЙ
СТРУКТУРОЙ
7.1. Понятие о вычислительных системах с программируемой структурой.Определение ВС. Сосредоточенные и распределенные ВС.
Анализ вычислительных систем с программируемой структурой.
Архитектура Internet.
8.3. Распределенные вычислительные системы. Определение, архитектурные принципы, классификация систем. Пространственно-распределенные мультикластерные ВС и GRID-системы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Перспективы развития вычислительной техники. СуперВС (из списка Top500). Квантовые компьютеры.
ЛИТЕРАТУРА
- Хорошевский В.Г. Архитектура вычислительных систем. Учебное пособие. – М., МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. – 2-е издание, 2008.
- Смирнов А.Д. Архитектура вычислительных систем. Учебное пособие. – М., ”Наука”, 1990.
- Головкин Б.А. Параллельные вычислительные системы. – М., ”Наука”, 1980.
- Димитриев Ю.К., Хорошевский В.Г. Вычислительные системы из мини-ЭВМ.
–М., ”Радио и связь”, 1982.
- Ортега Дж. Введение в параллельные и векторные методы решения линейных систем. – М., ”Мир”, 1991.
- Хорошевский В.Г. Инженерный анализ функционирования вычислительных машин и систем. – М., ”Радио и связь”, 1987.
- Хорошевский В.Г. Архитектура вычислительных систем. Конспект лекций. – Новосибирск, 2009.
- Ресурсы Internet.
АРХИТЕКТУРА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
П р о г р а м м а
Заведующий Кафедрой ВС
чл.-корр. РАН
профессор____________В. Г. Хорошевский
Новосибирск – 2009
Программакурсасоставлена в соответствии с государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлениям подготовки бакалавра (магистра):
252800 – Информатика и вычислительная техника,
дипломированного специалиста:
654600 – Информатика и вычислительная техника.
Цель курса ”Архитектура вычислительных систем” состоит в изучении:
– основных архитектурных концепций построения средств обработки информации (от неймановских ЭВМ до параллельных вычислительных систем);
– моделей функциональной организации ЭВМ и вычислительных систем (ВС) и принципов их построения;
– канонических функциональных структур и наиболее интересных промышленных реализаций конвейерных, матричных, мультипроцессорных и распределенных вычислительных систем.
Особое внимание уделено архитектуре наиболее совершенных ВС – систем с программируемой структурой и мультиархитектуре современных суперВС.
В курсе изучаются также инженерные методы анализа производительности и надежности ЭВМ.
СОДЕРЖАНИЕ КУРСА
ВВЕДЕНИЕ
Цель и задачи курса. Структура курса и его связь с другими дисциплинами. Методика изучения курса. Очерк истории вычислительной техники. Роль российских и сибирских ученых в развитии вычислительной техники. Достижения научной школы по параллельной информатике Сибирского отделения Российской академии наук. Работы сотрудников Кафедры вычислительных систем СибГУТИ в области распределенных вычислительных систем с программируемой структурой. Рекомендуемый список литературы.