Задания для самостоятельной работы студентов (СРС). Ошский государственный университет (ОшГУ)
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ КЫРГЫЗСКОЙ РЕСПУБЛИКИ
Ошский государственный университет (ОшГУ)
Факультет математики и информационных технологий
Кафедра “Информационные технологии и автоматизированные системы”
Утверждена
на заседании кафедры ИТАС
от «___» ________2016г., протокол № _1__
Зав. каф., доц. М.Ч. Чамашев
ПРОГРАММА ОБУЧЕНИЯ СТУДЕНТОВ
СИЛЛАБУС (SYLLABUS)
Дисциплина: ЭВМ и периферийные устройства
Направление подготовки: 710100 «Информатика и вычислительная техника»
Профили подготовки: Программное обеспечение вычислительной техники и
Автоматизированных систем
Автоматизированные системы обработки информации
И управления
Квалификация (степень) выпускника: Бакалавр
Форма обучения: Очная
Расчет часов по учебному плану
| ЭВМ и периферийные устройства | Количество часов | СРС | Отчетность | |||
| Всего (в кредитах) | Аудиторные занятия | |||||
| Всего ауд. занятий | Лекции | Лаборатор. | ||||
| 1-курс, 2 сем. | 120 ч. (4 кр.) | Экзамен | ||||
| 2-курс, 3 сем. | 60 ч. (2 кр.) | Экзамен |
Программа дисциплины «ЭВМ и периферийные устройства» составлена на основе Республиканского ГОС ВПО (14.05.12., № гос. рег. 116) в соответствии с требованиями к структуре и результатам освоения основных образовательных программ бакалавриата по «профессиональному» циклу (базовая часть) по направлению подготовки 710100 «ИНФОРМАТИКА И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА» а также задачами, стоящими перед Ошским государственным университетом по реализации Программы развития ОшГУ.
(Для студентов дневного обучения)
Составитель: к.ф.-м.н., доцент ____________________Осмоналиев А. Б.
2016-2017 учебный год
г. Ош
Сведения о преподавателе
Лектор:
Осмоналиев Абдикамил Бурканович - к.ф.-м.н., доцент каф. ИТАС, ОшГУ, Факультет математики и информационных технологий. Трудовой стаж – 34 года. Образование – высшее, окончил физико-математический факультет Ошского государственного педагогического института в 1981 году.
Место работы – г. Ош, 723500, главный корпус ОшГУ, ул. Ленина 331, каб. 205.
Моб. тел. – 0559-71-40-80, Е-mail: [email protected]
0772-64-85-92
Пояснительная записка
Дисциплина «ЭВМ и периферийные устройства» входит в цикл элективных дисциплин рабочего учебного плана государственного общеобязательного стандарта образования по разным специальностям.
Цели освоения дисциплины
Освоение бакалаврами дисциплины «ЭВМ и периферийные устройства» преследует следующие цели: знакомство с эволюцией архитектуры ЭВМ, направленной на преодоление узких мест архитектуры фон-Неймана по мере развития СБИС-технологий и языков программирования, систематизация теоретических знаний о системной организации классических ЭВМ и периферийных устройств, изучение особенностей архитектур ЭВМ и их влияния на производительность на заданном классе задач, формирование практических навыков оптимизации прикладных программ под заданную архитектуру ЭВМ, изучение архитектур современных ЭВМ и спецвычислителей, знакомство с тенденциями развития ЭВМ и периферийных устройств.
3. Связь дисциплины «ЭВМ и периферийные устройства» с другими дисциплинами
Данная дисциплина является базовой частью профессионального цикла ООП по направлению подготовки 230100 «Информатика и вычислительная техника». С другими частями образовательной программы соотносится следующим образом:
Дисциплины, предшествующие по учебному плану:
Цифровая схемoтехника, Программирование на ЯВУ, Информатика, Матлогика.
Дисциплины, последующие по учебному плану:
ООП, Операционные системы, Основы параллельного программирования. Учебная производственная практика.
Техническое обеспечение
Занятия проводятся в классах, оборудованных персональными компьютерами моделей не ниже Pentium IV с установленными ОС Windows 2000, Windows XP или последующих версий ОС Windows. На компьютерах должны быть установлены один из языков Ассемблера, один из отладчиков (желательно AFDPro), язык Си, Си++ или С# и компьютеры должны быть подключены к локальной и глобальной сети.
Технологическая карта
Семестр
| Всего | Ауд. часы | СРС | 1модуль (60 ч., 30 б.) | 2 модуль (60 ч., 30 б.) | Итог. контроль. (40 б.) | Всего | ||||||
| Ауд. часы | СРС | 1-рубежный контр. (РК-1) | Ауд. часы | СРС | 2-рубежный контр.(РК-2) | Лекции | Лаборатория | СРС | Итоговый контр. (ИК) | |||
| Лекции | Лаборато-рия | Лекции | Лаборато-рия | |||||||||
| 16 ч. | 14 ч. | 30ч. | 14ч. | 16 ч. | 30ч. | |||||||
| Баллы | 30 б. | 30 б. | ||||||||||
| Итоги модулей | К1=16+10+4=30 б. | К2=16+10+4=30 б. | К3=20+12+8=40 б. |
Семестр
| Всего | Ауд. часы | СРС | 1модуль (60 ч., 30 б.) | 2 модуль (60 ч., 30 б.) | Итог. контроль. (40 б.) | Всего | ||||||
| Ауд. часы | СРС | 1-рубежный контр. (РК-1) | Ауд. часы | СРС | 2-рубежный контр.(РК-2) | Лекции | Лаборатория | СРС | Итоговый контр. (ИК) | |||
| Лекции | Лаборато-рия | Лекции | Лаборато-рия | |||||||||
| 8 ч. | 8 ч. | 16ч. | 8ч. | 6 ч. | 14ч. | |||||||
| Баллы | 30 б. | 30 б. | ||||||||||
| Итоги модулей | К1=16+10+4=30 б. | К2=16+10+4=30 б. | К3=20+12+8=40 б. |
Тематический план
II семестр
Тематический план лекционного курса
| № | Названия разделов и тем лекционных занятий | Часы |
| 1 Модуль | ||
| Введение. Цели и задачи курса. Определение архитектуры компьютера. Уровни детализации структуры вычислительной машины. | ||
| Концепция машины с хранимой в памяти программой. Фон-неймановская архитектура. Типы структур вычислительных машин и систем. | ||
| Архитектура системы команд. Классификация архитектур системы команд. Классификация по составу и сложности команд. Классификация по месту хранения операндов. | ||
| Стековая архитектура. Аккумуляторная архитектура. Регистровая архитектура. Архитектура с выделенным доступом к памяти. | ||
| Типы и форматы операндов. Числовая информация. Размещение числовых данных в памяти. | ||
| Символьная информация. Логические данные. Строки. | ||
| Прочие виды информации. Видеоинформация. Аудиоинформация. | ||
| Типы команд. Форматы команд. Длина команды. Разрядность полей команды | ||
| 2 Модуль | ||
| Количество адресов в команде. Выбор адресности команд. | ||
| Способы адресации в командах управления потоком команд. Система операций. Иерархия систем операций. | ||
| Функциональная организация фон-неймановской ВМ. Микрооперации и микропрограммы. Цикл команды. | ||
| Основные показатели вычислительных машин. Быстродействие. Критерии эффективности вычислительных машин | ||
| Организация шин. Типы шин. Вычислительная машина с одной шиной. Вычислительная машина с двумя видами шин. Физическая реализация шин. | ||
| Арбитраж шин. Схемы арбитража. Протокол шины. Методы повышения эффективности шин. | ||
| Методы повышения эффективности шин. Конвейеризация транзакций. Ускорение транзакций. |
III семестр
| № | Названия разделов и тем лекционных занятий | Часы |
| 1 модуль | ||
| Память. Характеристики систем памяти. Иерархия запоминающих устройств. Основная память. Синхронные и асинхронные запоминающие устройства. | ||
| Постоянные запоминающие устройства. Однократно и многократно программируемые ПЗУ. Специальные типы оперативной памяти. | ||
| Кэш-память. Способы отображения оперативной памяти на кэш-память. Смешанная и разделенная кэш-память. Дисковая кэш-память. | ||
| Понятие виртуальной памяти. Страничная организация памяти | ||
| 2 модуль | ||
| Устройства управления. Функции центрального устройства управления Структура устройства управления | ||
| Операционные устройства вычислительных машин. Структуры операционных устройств. Базис целочисленных операционных устройств | ||
| Системы ввода/вывода. Адресное пространство системы ввода/вывода. Внешние устройства. Модули ввода/вывода. Методы управления вводом/выводом. | ||
| Параллелизм как основа высокопроизводительных вычислений. Закон Амдала. Закон Густафсона. Классификация параллельных вычислительных систем. |
Тематический план лабораторных занятий
II семестр
| № | Названия разделов и тем лабораторных занятий | Часы |
| 1 модуль Внутреннее представление символьных данных | ||
| Внутреннее представление целочисленных данных | ||
| Внутреннее представление вещественных данных | ||
| Определение времени работы прикладных программ | ||
| Изучение оптимизирующего компилятора | ||
| 2 модуль Введение в архитектуру x86/x86-64 | ||
| Введение в архитектуру ARM | ||
| Высокоуровневая работа с периферийными устройствами | ||
| Работа с периферийными устройствами с использованием библиотеки libusb |
III семестр
| № | Названия разделов и тем лабораторных занятий | Часы |
| 1 модуль | ||
| Векторизация вычислений | ||
| Влияние КЭШ-памяти на время обработки массивов | ||
| 2 модуль | ||
| Измерение степени ассоцитивности КЭШ-ПАМЯТИ |
Задания для самостоятельной работы студентов (СРС)
1. Становление и эволюция цифровой вычислительной техники
2. Перспективы совершенствования архитектуры ВМ и ВС
3. Перспективные направления исследований в области архитектуры
4. Машинный цикл с косвенной адресацией
5. Машинный цикл с прерыванием
6. Распределение линий шины
7. Выделенные и мультиплексируемые линии
8. Протокол шины. Особенности синхронного и асинхронного протоколов
9. Протокол с расщеплением транзакций
10. Увеличение полосы пропускания шины
11. Стандартизация шин
12. Блочная организация основной памяти
13. Организация микросхем памяти
14. Энергонезависимые оперативные запоминающие устройства
15. Обнаружение и исправление ошибок
16. Стековая память
17. Ассоциативная память
18. Емкость кэш-памяти
19. Понятие виртуальной памяти. Сегментно-страничная организация памяти
20. Внешняя память. Массивы магнитных дисков с избыточностью.
21. Внешняя память. Оптическая память.
22. Устройства управления. Модель устройства управления
23. Микропрограммный автомат с жесткой логикой
24. Микропрограммный автомат с программируемой логикой
25. Принцип управления по хранимой в памяти микропрограмме
26. Кодирование микрокоманд.
27. Обеспечение последовательности выполнения микрокоманд
28. Организация памяти микропрограмм
29. Ускорение целочисленного умножения
30. Целочисленное деление. Ускорение целочисленного деления
31. Ввод/вывод по прерываниям
32. Основные направления в архитектуре процессоров. Суперскалярные процессоры
33. Метрики параллельных вычислений
34. Организация памяти вычислительных систем. Мультипроцессорная когерентность КЭШ памяти