Задача 1.2.2_4 - Чувашский государственный университет

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Чувашский государственный университет имени И.Н.Ульянова»
Факультет информатики и вычислительной техники
Кафедра вычислительной техники
«УТВЕРЖДАЮ»
Проректор по учебной работе
______________________А.Ю. Александров
" 27"
декабря
2013 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
ЭВМ И ПЕРИФЕРИЙНЫЕ УСТРОЙСТВА
Направление подготовки 230100 Информатика и вычислительная техника
Квалификация выпускника 62 – бакалавр
Профиль – 05 – Программное обеспечение автоматизированных систем
Форма обучения – очная
Учебный план 2013 года приема
Цикл дисциплин – Профессиональный
Компонент цикла дисциплин – Базовая часть, обязательные дисциплины (Б3.Б.5)
Курс – 2, 3
Семестры – 4, 5
Всего часов – 324 (9 зач. ед.)
Чебоксары – 2013
Рабочая программа основана на требованиях Федерального государственного
образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению
подготовки 230100 «Информатика и вычислительная техника», утвержденного приказом
Минобрнауки 09 ноября 2009 г. № 553, и в соответствии с рабочим учебным планом,
утвержденным проректором по учебной работе 13 декабря 2013 г.
СОСТАВИТЕЛЬ:
кандидат технических наук, доцент
________________________
А.А. Андреева
________________________
С.В. Соколов
ОБСУЖДЕНО:
на заседании кафедры вычислительной техники «13» декабря 2013 г., протокол № 3
заведующий кафедрой
________________________
Б.М. Калмыков
ОДОБРЕНО:
методической комиссией факультета информатики и вычислительной техники
«13» декабря 2013 г., протокол № 3
декан факультета
________________________
СОГЛАСОВАНО:
Начальник учебно-методического управления
Б.М. Калмыков
_________________ М.Ю. Харитонов
1. Цель освоения учебной дисциплины
Цель освоения дисциплины: изучение основ построения и функционирования аппаратных
средств вычислительной техники.
Задачами преподавания дисциплины являются:
выработать представление об архитектуре современной ЭВМ, характеристиках,
особенностях организации и области применения ЭВМ различных классов, характеристиках и
функциях основных компонентов аппаратных средств;
сформировать знания об организации персонального компьютера IBM PC на ассемблерном
уровне;
обеспечить получение практического опыта применения языка ассемблера для управления
компонентами аппаратных и средств IBM PC в операционных системах MS DOS и Windows.
2. Место учебной дисциплины в структуре ООП ВПО
Дисциплина входит в базовую часть профессионального цикла образовательной
программы бакалавра.
Основные характеристики, области применения ЭВМ различных классов; функциональная и
структурная организация процессора; организация памяти ЭВМ; основные стадии выполнения
команды; организация прерываний в ЭВМ; организация ввода-вывода; периферийные устройства;
архитектурные особенности организации ЭВМ различных классов; параллельные системы;
понятие о многомашинных и многопроцессорных вычислительных системах (ВС).
Изучение данной дисциплины базируется на следующих курсах:
«Информатика» – знать формы и способы представления данных в персональном
компьютере; уметь пользоваться сетевыми средствами для обмена данными, в том числе с
использованием глобальной информационной сети Интернет; владеть навыками работы с
офисными приложениями;
«Электротехника, электроника и схемотехника» – знать типовые схемотехнические
решения основных узлов и блоков электронной аппаратуры;
«Программирование» – знать язык программирования высокого уровня.
Студент должен уметь использовать основные законы естественнонаучных дисциплин
для понимания преподаваемой дисциплины, иметь навыки работы с компьютером как
средством управления информацией. Дисциплина является предшествующей для следующих
дисциплин: «Операционные системы», «Сети и телекоммуникации», «Микропроцессорные
средства и системы», «Архитектура вычислительных систем».
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
а) общекультурными (ОК):
- владеет культурой мышления, способен к обобщению, анализу, восприятию информации,
постановке цели и выбору путей ее достижения (ОК–1);
- умеет логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь (ОК-2);
- стремится к саморазвитию, повышению своей квалификации и мастерства (ОК-6);
- осознает социальную значимость своей будущей профессии, обладает высокой мотивацией
к выполнению профессиональной деятельности (ОК- 8);
- использует основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной
деятельности, применяет методы математического анализа и моделирования, теоретического и
экспериментального исследования (ОК-10);
- осознает сущность и значение информации в развитии современного общества; владеет
основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации
(ОК-11);
- имеет навыки работы с компьютером как средством управления информацией (ОК-12);
б) профессиональными (ПК):
- разрабатывать бизнес-планы и технические задания на оснащение отделов, лабораторий,
офисов компьютерным и сетевым оборудованием (ПК-1);
- сопрягать аппаратные и программные средства в составе информационных и
автоматизированных систем (ПК-10);
- инсталлировать программное и аппаратное обеспечение для информационных и
автоматизированных систем (ПК-11).
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Иметь представление об архитектуре современной ЭВМ, характеристиках, особенностях
организации и области применения ЭВМ различных классов, характеристиках и функциях
основных компонентов аппаратных и программных средств;
Знать: организацию ЭВМ типа IBM PC на ассемблерном уровне включая регистры,
организацию памяти в реальном и защищенном режимах, формат представления данных, способы
адресации операндов, систему команд, организацию прерываний микропроцессоров семейства х86
(Pentium) фирмы Intel,
управление вводом-выводом данных с использованием клавиатуры, мыши, видеомонитора,
дисковых накопителей информации.
Уметь: выбирать, комплексировать и эксплуатировать программно-аппаратные средства в
создаваемых вычислительных и информационных системах.
Владеть: программированием оборудования персонального компьютера на языке
ассемблера в операционных системах DOS и Windows.
Вопросы, связанные с проектированием систем памяти и ввода-вывода данных
рассматриваются в дисциплине «Микропроцессорные средства системы», изучаемой в 6 семестре.
Параллельные вычислительные системы подробно изучаются в 6 семестре в дисциплине
«Архитектура вычислительных систем».
4. Структура и содержание учебной дисциплины
4.1. Структура дисциплины
№
п/п
1
Наименование
раздела
дисциплины
Введение в
архитектуру
ЭВМ
Содержание раздела
Формируемые
компетенции
Определение понятия "архитектура ЭВМ". ОК-1, ОК-2, ОК-6,
Элементы архитектуры. Принцип программного ОК-8, ОК-10, ОК-11,
управления
фон
Неймана.
Понятие
о ОК-12
многоуровневой
организации
ЭВМ.
Характеристика основных уровней современной
ЭВМ.
Базовая структура аппаратных средств ЭВМ.
Основные компоненты структуры: процессор,
память, устройства ввода-вывода. Организация
связей между устройствами ЭВМ. Структура
программного обеспечения ЭВМ. Операционные
системы и системы программирования. Основные
функции.
Взаимосвязь аппаратных и программных средств
ЭВМ.
Типовая структура процессора. Основной цикл
работы
процессора.
Аппаратная
и
микропрограммная
реализация
процессора.
№
п/п
2
Наименование
раздела
дисциплины
Ассемблерный
уровень
архитектуры
ЭВМ
Содержание раздела
Формируемые
компетенции
CISС и RISС процессоры.
Структурная схема процессоров Intel 8086, Intel
Pentium.
Регистры процессора Intel Pentium в реальном ОК-10, ОК-11, ОК-12,
режиме, назначение и функции. Организация ПК-10, ПК-11
памяти. Логический и физический адреса.
Источники логического адреса при разных типах
обращения к памяти. Структура программы на
языке ассемблера.
Формат команд. Префиксы команд. Прямая,
косвенная и непосредственная адресация.
Регистровая адресация. Базовая и индексная
адресация.
Базово-индексная
адресация
с
масштабированием.
Команды пересылки данных. Базовые команды.
Стековые операции. Ввод-вывод. Команды
загрузки адресов. Табличное преобразование.
Арифметические команды. Сложение, вычитание,
умножение и деление. Многобайтные операции.
Десятичная коррекция. Логические команды и
команды сдвига. Команды работы с битами.
Команды
передачи
управления.
Внутрисегментная и межсегментная передача
управления. Безусловный и условный переход.
Вызов подпрограмм. Организация циклов.
Команды прерываний.
Строковые команды. Команды управления
состоянием процессора.
Архитектура
и
программирование
арифметического сопроцессора. Формат данных.
Особые случаи и их кодирование. Регистры.
Слово управления. Слово состояния. Основные
команды. Примеры программирования.
Особенности
языка
ассемблера.
Формат
оператора.
Псевдокоманды
ассемблера.
Определение символических имен. Переменные.
Подпрограммы.
Передача
параметров
в
подпрограммы. Макрокоманды.
Сегменты. Объединение программных модулей и
сегментов. Упрощенная сегментация. Модели
памяти tiny, small, flat.
Программирование в ОС Windows. Консольные и
графические
приложения.
Динамические
библиотеки.
Система программирования на языке ассемблера
(ассемблеры MASM и TASМ, редактор связей
LINК/TLINK, отладчик TD)
COM- и ЕХЕ-программы MS DOS. Префикс
программного сегмента. Блок окружения. "Хвост"
№
п/п
3
Наименование
раздела
дисциплины
Управление
вводомвыводом.
Периферийные
устройства
Содержание раздела
Формируемые
компетенции
командной строки. ЕХЕ-программы Windows
Защищенный режим процессоров Intel x86.
Линейное и физическое адресное пространство.
Селекторы,
дескрипторы,
дескрипторные
таблицы. Байт прав доступа. Регистры для
формирования адреса. Команды управления
памятью.
Механизмы защиты. Уровень привилегий
селектора, дескриптора, текущей выполняемой
программы. Защита доступа к данным.
Привилегированные
команды.
Команды,
чувствительные к флагу IOPL. Передача
управления между кольцами защиты. Шлюз
вызова. Подчиненные сегменты.
Прерывания и особые случаи защищенного
режима. Дескрипторная таблица прерываний.
Шлюзы прерывания и специального прерывания.
Код ошибки. Зарезервированные прерывания
защищенного режима. Особенности перехода в
защищенный режим.
Многозадачность. Сегмент состояния задачи
(TSS): 16- и 32-битный. Регистр задачи.
Дескриптор TSS и шлюза задачи. Переключение
задач по командам JMP, CALL, IRET.
Страничная адресация памяти. Формат элементов
каталога разделов и таблицы страниц. Защита на
уровне страниц.
Средства отладки. Регистры отладки. Флажки
ловушки Т и возобновления RF. Виды
контрольных точек.
Основные принципы организации ввода-вывода. ОК-10, ОК-11, ОК-12,
Контроллеры. Периферийные устройства. Шины ПК-1, ПК-10, ПК-11
расширений и локальные шины. Основные
характеристики шин EISA, PCI, AGP, USB.
Управление вводом-выводом по опросу флага
готовности. Ввод-вывод с использованием
системы прерываний. Прямой доступ к памяти.
Причины прерываний. Система прерываний и
обработка прерываний. Прерывания в системе на
базе процессора Intel 80x86.
Программируемый контроллер прерываний Intel
8259A. Регистры. Инициализация. Работа в
режиме векторных прерываний. Каскадное
включение. Пример программирования.
Программируемый контроллер прямого доступа в
память
Intel
8237.
Структурная
схема.
Инициализация. Режимы работы. Пример
программирования.
Программируемый интервальный таймер Intel
№
п/п
4
Наименование
раздела
дисциплины
Состояние и
тенденции
развития ЭВМ
Содержание раздела
Формируемые
компетенции
8253/8254. Структурная схема. Управляющие
слова. Режимы работы. Чтение состояния.
Прерывания от таймера. Управление динамиком.
Параллельные
интерфейсы.
Стандарты.
Программируемый параллельный периферийный
адаптер Intel 8255 (К580ВВ55). Структурная
схема. Режимы работы. Управляющие слова.
Примеры применения.
Последовательные интерфейсы. Асинхронный и
синхронный
режимы передачи данных.
Стандарты V24 (С2) и ИРПС. Программируемый
связной адаптер UART 16550A. Структурная
схема. Режимы работы. Управляющие слова.
Последовательность
программирования.
Примеры применения. USB-порт.
Организация
клавиатуры.
Контроллер
клавиатуры. Порты клавиатуры. Прерывание от
клавиатуры. Буфер клавиатуры. Скан-коды
клавиш. ASCII-коды символов. Функции BIOS,
DOS, Win32 API для работы с клавиатурой.
Структура видеосистемы ЭВМ. Видеоадаптер.
Видеобуфер. Представление текстовых данных в
видеобуфере. Байт атрибута. Дисплейные
страницы. Загрузка шрифтов. Основные функции
DOS, BIOS, Win32 API для вывода на экран в
текстовом
режиме.
Прямая
работа
с
видеопамятью.
Физическая
структура
диска.
Логическая
структура диска. Контроллер накопителя на
дисках. Управление распределением диска.
Основные функции DOS, BIOS, Win32 API для
работы с каталогами и файлами.
Другие периферийные устройства. Устройства
ввода данных: механические манипуляторы:
мышь (механическая, оптическая, индукционная,
гироскопическая), трекбол, сенсорная панель,
джойстик; сканеры. Устройства вывода данных:
принтеры (матричные, струйные, лазерные, с
твердыми чернилами, с восковыми чернилами,
сублимационные).
Классификация ЭВМ: по принципу действия, по ОК-1, ОК-2, ОК-6,
этапам создания, по назначению, по размерам и ОК-8, ОК-10, ОК-11,
функциональным возможностям.
ОК-12
Современное состояние основных классов ЭВМ:
больших ЭВМ (мейнфреймов), малых ЭВМ
(мини-ЭВМ и супермини-ЭВМ), персональных
компьютеров,
суперЭВМ.
Параллельные
системы. Понятие о многомашинных и
многопроцессорных вычислительных системах.
№
п/п
Наименование
раздела
дисциплины
Формируемые
компетенции
Содержание раздела
Заключение. Тенденции развития ЭВМ и систем.
4.2. Объем дисциплины и виды учебной работы
Аудиторные занятия
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Лекци
и
Пр
акт
.
зан
Лабор. зан. КСР
*
4 семестр
1.Введение в
архитектуру ЭВМ
Архитектура ЭВМ.
Основные понятия
Аппаратные и
программные средства
ЭВМ
Структурная организация
процессоров ЭВМ
II. Ассемблерный
уровень архитектуры
ЭВМ
Структура ЭВМ на
ассемблерном уровне
Формат команд и
способы адресации
данных
Основные команды ЭВМ
Обработка данных с
плавающей запятой
Введение в
программирование на
языке ассемблера в ОС
MS DOS и Windows
Структура загрузочных
модулей
Экзамен
32
5 семестр
Защищенный режим
процессоров Intel x86
III. Ввод-вывод данных
Периферийные
устройства
Структура системы
ввода-вывода и режимы
управления вводом-
48
48
10
24
32
2
СРС
**
Всего
80
144
2
4
2
Из
ауд.
зан. в
интер
форме
32
2
4
2
2
8
2
2
4
4
10
4
2
4
4
10
4
6
8
8
22
8
4
4
6
14
4
8
8
8
24
8
2
2
4
8
2
42
42
82
180
10
44
2
4
2
2
24
Аудиторные занятия
Лекци
и
Пр
акт
.
зан
Лабор. зан. КСР
*
СРС
**
Всего
Из
ауд.
зан. в
интер
форме
выводом
Организация прерываний
4
4
4
12
4
в ЭВМ
13 Прямой доступ в память
2
2
4
14 Параллельный и
последовательный
8
4
10
интерфейсы
15 Системный таймер и звук
2
4
4
10
4
16 Ввод данных с
2
4
4
10
4
клавиатуры
17 Вывод на экран
видеомонитора в
2
4
4
12
4
текстовом режиме
18 Дисковые накопители
информации. Файловые
4
4
4
12
4
системы
19 Другие периферийные
4
4
4
12
4
устройства
IV. Состояние и
тенденции развития
ЭВМ
20 Классификация ЭВМ.
Архитектурные
8
2
4
14
особенности ЭВМ
различных классов
Экзамен
36
36
80
80
2
162
324
80
Итого
* КСР – контроль самостоятельной работы
** СРС – самостоятельная работа студента
Вид промежуточной аттестации: зачет по лабораторным работам и экзамен в 4 семестре,
экзамен в 5 семестре.
12
4.3. Темы занятий и краткое содержание
Тема 1. Архитектур ЭВМ. Основные понятия
Лекция 1. Определение понятия "архитектура ЭВМ". Элементы архитектуры. Принцип
программного управления фон Неймана. Понятие о многоуровневой организации
ЭВМ.
Характеристика основных уровней современной ЭВМ.
Тема 2. Общая структура аппаратных и программных средств ЭВМ
Лекция 2. Базовая структура аппаратных средств ЭВМ. Основные компоненты структуры:
процессор, память, устройства ввода-вывода. Организация связей между устройствами ЭВМ.
Структура программного обеспечения ЭВМ. Операционные системы и системы
программирования. Основные функции. Взаимосвязь аппаратных и программных средств ЭВМ.
Тема 3. Структурная организация процессоров ЭВМ
Лекция 3. Типовая структура процессора. Основной цикл работы процессора. Аппаратная и
микропрограммная реализация процессора.
Лекция 4. CISС и RISС процессоры. Структурная схема процессоров Intel 8086, Intel Pentium.
Тема 4. Структура ЭВМ на ассемблерном уровне
Лекция 5 Регистры процессора Intel Pentium в реальном режиме, назначение и функции.
Организация памяти. Логический и физический адреса. Источники логического адреса при разных
типах обращения к памяти. Структура программы на языке ассемблера.
Лабораторное занятие 1. Подготовка, трансляция и отладка простой программы на
ассемблере. Ввод/вывод с использованием функций DOS ( метод. указания [6], работа 1).
Тема 5. Формат команд и способы адресации данных
Лекция 6. Формат команд. Префиксы команд. Прямая, косвенная и непосредственная
адресация. Регистровая адресация. Базовая и индексная адресация. Базово-индексная адресация с
масштабированием.
Тема 6. Основные команды ЭВМ
Лекция 7. Команды пересылки данных. Базовые команды. Стековые операции. Ввод-вывод.
Команды загрузки адресов. Табличное преобразование.
Лекция 8. Арифметические команды. Сложение, вычитание, умножение и деление.
Многобайтные операции. Десятичная коррекция. Логические команды и команды сдвига.
Команды работы с битами.
Лекция 9. Команды передачи управления. Внутрисегментная и межсегментная передача
управления. Безусловный и условный переход. Вызов подпрограмм. Организация циклов.
Команды прерываний.
Строковые команды. Команды управления состоянием процессора.
Лабораторное занятие 2. Макросредства. Вывод с использованием функций BIOS (метод.
указания [6], работа 2).
Лабораторное занятие 3. Организация внешних подпрограмм на ассемблере. Передача
параметров в подпрограмму через стек (метод. указания [6], работа 3).
Лабораторное занятие 4. Работа со сложными структурами данных (метод. указания [6],
работа 4).
Тема 7. Архитектура и программирование арифметического сопроцессора
Лекция 10. Архитектура арифметического сопроцессора. Формат данных. Особые случаи и
их кодирование. Регистры. Слово управления. Слово состояния.
Лекция 11. Основные команды. Примеры программирования.
Лабораторное занятие 5. Программирование арифметического сопроцессора (метод.
указания [6], работа 5).
Тема 8. Введение в программирование на языке ассемблера в ОС MS DOS и Windows
Лекция 12. Особенности языка ассемблера. Формат оператора. Псевдокоманды ассемблера.
Определение символических имен. Переменные. Подпрограммы. Передача параметров в
подпрограммы. Макрокоманды.
Лекция 13. Сегменты. Объединение программных модулей и сегментов. Упрощенная
сегментация. Модели памяти tiny, small, flat.
Лекция 14. Программирование в ОС Windows. Консольные и графические приложения.
Лекция 15. Динамические библиотеки.
Тема 9. Структура загрузочных модулей
Лекция 16. COM- и ЕХЕ-программы MS DOS. Префикс программного сегмента. Блок
окружения. "Хвост" командной строки. ЕХЕ-программы Windows.
Лабораторное занятие 6. Простейшая программа в Win32. Функции Win API (метод.
указания [7], работа 1).
Лабораторное занятие 7. Создание динамических библиотек (метод. указания [7], работа 4).
Тема 10. Управление памятью в защищенном режиме Механизмы защиты
Лекция 17. Логическое, линейное и физическое адресное пространство. Селекторы,
дескрипторы, дескрипторные таблицы. Байт прав доступа.
Лабораторное занятие 8. Особенности реального режима (метод. указания [8], работа 1).
Лекция 18. Регистры для формирования адреса. Команды управления памятью. Уровень
привилегий селектора, дескриптора, текущей выполняемой программы. Защита доступа к данным.
Привилегированные команды. Команды, чувствительные к флагу IOPL. Передача управления
между кольцами защиты. Шлюз вызова. Подчиненные сегменты.
Лекция 19. Дескрипторная таблица прерываний. Шлюзы прерывания и специального
прерывания. Код ошибки. Зарезервированные прерывания защищенного режима.
Лабораторное занятие 9. Защищенный режим (метод. указания [8], работа 2).
Лекция 20. Многозадачность. Сегмент состояния задачи (TSS): 16- и 32-битный. Регистр
задачи. Дескриптор TSS и шлюза задачи. Переключение задач по командам JMP, CALL, IRET.
Переключение численных задач.
Лабораторное занятие 10. Мультизадачность (метод. указания [8], работа 3)
Лекция 21. Страничная адресация памяти. Формат элементов каталога разделов и таблицы
страниц. Защита на уровне страниц. Средства отладки. Регистры отладки. Флажки ловушки Т и
возобновления RF. Виды контрольных точек.
Тема 11. Структура системы ввода-вывода и режимы управления вводом-выводом
Лекция 22 Основные принципы организации ввода-вывода. Контроллеры. Периферийные
устройства. Шины расширений и локальные шины. Основные характеристики шин EISA, PCI,
AGP, USB. Управление вводом-выводом по опросу флага готовности. Ввод-вывод с
использованием системы прерываний. Прямой доступ к памяти.
Тема 12. Организация прерываний в ЭВМ
Лекция 23. Причины прерываний. Система
прерываний и обработка прерываний.
Прерывания в системе на базе процессора Intel 80x86.
Лекция 24. Программируемый контроллер прерываний Intel 8259A. Регистры.
Инициализация. Работа в режиме векторных прерываний. Каскадное включение. Пример
программирования.
Тема 13. Прямой доступ в память
Лекция 25. Программируемый контроллер прямого доступа в память Intel 8237. Структурная
схема. Инициализация. Режимы работы. Пример программирования.
Тема 14. Параллельные и последовательные интерфейсы
Лекция 26. Параллельные интерфейсы. Стандарты. Программируемый параллельный
периферийный адаптер Intel 8255 (К580ВВ55). Структурная схема. Режимы работы. Управляющие
слова. Примеры применения.
Лекция 27. Асинхронный и синхронный режимы передачи данных. Стандарты V24 (С2) и
ИРПС.
Лекция 28. Программируемый связной адаптер UART 16550A. Структурная схема. Режимы
работы. Управляющие слова. Последовательность программирования.
Лекция 29.
USB – универсальная последовательная шина. Основные свойства и
характеристики. Организация шины. Древовидная структура. Кадры управления, изохронные
кадры, кадры передачи больших массивов данных и кадры прерывания. Типы пакетов: маркеры,
пакеты данных, пакеты квитирования и специальные пакеты.
Тема 15. Системный таймер и звук
Лекция 30. Программируемый интервальный таймер Intel 8253/8254. Структурная схема.
Управляющие слова. Режимы работы. Чтение состояния. Прерывания от таймера. Управление
динамиком.
Тема 16. Ввод данных с клавиатуры
Лекция 31. Организация клавиатуры. Контроллер клавиатуры. Порты клавиатуры.
Прерывание от клавиатуры. Буфер клавиатуры. Скан-коды клавиш. ASCII-коды символов.
Функции BIOS, DOS, Win32 API для работы с клавиатурой.
Тема 17. Вывод данных на экран в текстовом режиме
Лекция 32. Структура видеосистемы ЭВМ. Видеоадаптер. Видеобуфер. Представление
текстовых данных в видеобуфере. Байт атрибута. Дисплейные страницы. Загрузка шрифтов.
Основные функции DOS, BIOS, Win32 API для вывода на экран в текстовом режиме. Прямая
работа с видеопамятью.
Лабораторное занятие 11. Изучение программы-обработчика прерывания клавиатуры.
Прямой доступ в видеопамять (метод. указания [10]).
Тема 18. Дисковые накопители информации
Лекция 33. Магнитные диски. Физическая структура диска. Логическая структура диска.
Контроллер накопителя на дисках. Управление распределением диска.
Лекция 34. Основные функции DOS, BIOS, Win32 API для работы с каталогами и файлами.
Лабораторное занятие 12. Файловый ввод-вывод в операционной системе Windows (метод.
указания [8], дополнительная информация по работе с файлами).
Тема 19. Другие периферийные устройства
Лекция 35. Устройства ввода данных: механические манипуляторы: мышь (механическая,
оптическая, индукционная, гироскопическая), трекбол, сенсорная панель, джойстик; сканеры.
Лекция 36. Устройства вывода данных: принтеры монохромные и цветные (матричные,
струйные, лазерные, с твердыми чернилами, с восковыми чернилами, сублимационные).
Лабораторное занятие 13. Ввод-вывод в консольном приложении Win32 (метод. указания [8],
работа 2).
Тема 20. Классификация ЭВМ. Особенности ЭВМ различных классов
Лекция 37. Классификация ЭВМ: по принципу действия, по этапам создания, по назначению,
по размерам и функциональным возможностям. Современное состояние основных классов ЭВМ:
больших ЭВМ (мейнфреймов), малых ЭВМ (мини-ЭВМ и супермини-ЭВМ), персональных
компьютеров, суперЭВМ.
Лекция 38. Параллельные системы. Внутрипроцессорный параллелизм. Суперскалярные
процессоры и VLIW-процессоры (с очень длинным командным словом). Многопоточность.
Многоядерность (гомогенная и гетерогенная). Сопроцессоры.
Лекция 39. Понятие о многопроцессорных и многомашинных вычислительных системах
(мультипроцессоры и мультикомпьютеры). Классификация параллельных вычислительных систем
по Флинну. Конвейерная (магистральная) обработка. Векторная обработка. Матричные системы.
Многопроцессорные вычислительные системы с общей памятью: с однородным доступом к
памяти (UMA), неоднородным доступом (NUMA) и доступом только к кэш-памяти (COMA).
Массово-параллельные и кластерные многокомпьютерные системы. Закон Амдала. Понятие о
грид-технологиях и облачных вычислениях.
Лекция 40. Заключение. Тенденции развития ЭВМ и систем. Новые направления в
разработке вычислительной техники.
5. Образовательные технологии
В соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению подготовки реализация
компетентностного подхода предусматривает широкое использование в учебном процессе
интерактивных форм проведения занятий: консультации во время выполнения лабораторных
работ и их защита, консультации по выполнению расчетно-графических работ.
Удельный вес занятий, проводимых в интерактивных формах, составляет 50 % аудиторных
занятий
6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной
аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение
самостоятельной работы студентов
6.1. Примерный перечень вопросов к зачету
Промежуточная аттестация включает в себя зачет в 4 семестре и экзамены в 4 и 5 семестрах.
Зачет проставляется по итогам выполнения и защиты лабораторных работ.
6.2. Примеры вопросов и задач к экзаменам
4 семестр
Вопросы к экзамену:
1. Определение понятия "архитектура ЭВМ". Элементы архитектуры.
2. Принцип программного управления фон Неймана.
3. Понятие о многоуровневой организации ЭВМ. Характеристика основных уровней
современной ЭВМ.
4. Базовая структура аппаратных средств ЭВМ. Основные компоненты структуры:
процессор, память, устройства ввода-вывода. Организация связей между устройствами
ЭВМ.
5. Структура программного обеспечения ЭВМ. Операционные системы и системы
программирования. Основные функции. Взаимосвязь аппаратных и программных средств
ЭВМ.
6. Типовая структура процессора.
7. Основной цикл работы процессора.
8. Аппаратная и микропрограммная реализация процессора.
9. CISС и RISС процессоры.
10. Структурная схема процессоров Intel 8086, Intel Pentium.
11. Регистры процессора Intel Pentium в реальном режиме, назначение и функции.
12. Организация памяти. Логический и физический адреса. Источники логического адреса
при разных типах обращения к памяти.
13. Структура программы на языке ассемблера.
14. Формат команд. Префиксы команд.
15. Прямая, косвенная и непосредственная адресация. Регистровая адресация. Базовая и
индексная адресация. Базово-индексная адресация с масштабированием.
16. Команды пересылки данных. Базовые команды. Стековые операции. Ввод-вывод.
Команды загрузки адресов. Табличное преобразование.
17. Арифметические команды. Сложение, вычитание, умножение и деление. Многобайтные
операции. Десятичная коррекция.
18. Логические команды и команды сдвига.
19. Команды работы с битами.
20. Команды передачи управления. Внутрисегментная и межсегментная передача
управления. Безусловный и условный переход. Вызов подпрограмм. Организация циклов.
Команды прерываний.
21. Причины прерываний. Система прерываний и обработка прерываний. Прерывания в
системе на базе процессора Intel 80x86.
22. Строковые команды. Команды управления состоянием процессора.
23. Архитектура арифметического сопроцессора. Формат данных. Особые случаи и их
кодирование. Регистры. Слово управления. Слово состояния.
24. Основные команды. Примеры программирования.
25. Особенности языка ассемблера. Формат оператора. Псевдокоманды ассемблера.
Определение символических имен. Переменные.
26. Подпрограммы. Передача параметров в подпрограммы.
27. Макрокоманды.
28. Сегменты. Объединение программных модулей и сегментов. Упрощенная сегментация.
Модели памяти tiny, small, flat.
29. COM- и ЕХЕ-программы MS DOS. Префикс программного сегмента. Блок окружения.
"Хвост" командной строки.
30. ЕХЕ-программы Windows.
31. Программирование в ОС Windows. Консольные и графические приложения
32. . Динамические библиотеки.
Примеры задач
1. Считая, что VAR является переменной, CON – именем константы, назовите способ
адресации памяти для каждого из следующих операндов: а) VAR[BX]; б) CON+63H; в)
VAR; г) VAR[BX+6]; д) VAR[BX][SI]; е) VAR[BX+3] [DI+9].
2. Пусть до выполнения команды (IP)=2BC0H, (CS)=0200Н, (BX)=1200Н, (DS)=212АН,
М(224А0Н)=0600Н. Найти физический адрес перехода в команде jmp word ptr [bx].
3. Какие из приведенных ниже команд являются недопустимыми? Считать все имена
переменными, которые определены как слова: а) MOV BP, AL; б) MOV WORD_OP
[BX+4*3], SP; в) MOV WORD_OP1, WORD_OP2; г) MOV AX, WORD_OP [DX]; д) MOV
CS, AX; е) MOV SP, SS:DATA_WORD [BX] [SI]; ж) MOV [BX] [SI], 2.
4. Записать команду микропроцессора Pentium для обнуления 3-х старших бит регистра DH
без изменения других бит.
5. Записать оператор языка ассемблера, который резервирует 30 байт памяти для массива
LIST.
6. Записать команду микропроцессора Pentium для выполнения сдвига регистра DI на 3
бита вправо с обнулением 3-х старших бит?
7. Каково будет содержимое регистров стека сопроцессора ВМ87 (Intel 8087) после
выполнения команды FSTP ST(3), если до выполнения ST(0)=0.1, ST(1)=0.2, ST(2)=0.3,
ST(3)=0.4, ST(4)=0.5?
5 семестр
Вопросы к экзамену:
1. Логическое, линейное и физическое адресное пространство.
2. Селекторы, дескрипторы, дескрипторные таблицы защищенного режима.
3. Байт прав доступа.
4. Регистры для формирования адреса. Команды управления памятью.
5. Уровень привилегий селектора, дескриптора, текущей выполняемой программы.
6. Защита доступа к данным.
7. Привилегированные команды. Команды, чувствительные к флагу IOPL.
8. Передача управления между кольцами защиты. Шлюз вызова. Подчиненные сегменты.
9. Дескрипторная таблица прерываний. Шлюзы прерывания и специального прерывания.
Код ошибки.
10. Зарезервированные прерывания защищенного режима.
11. Многозадачность. Сегмент состояния задачи (TSS): 16- и 32-битный. Регистр задачи.
Дескриптор TSS и шлюза задачи.
12. Переключение задач по командам JMP, CALL, IRET. Переключение численных задач.
13. Страничная адресация памяти. Формат элементов каталога разделов и таблицы страниц.
Защита на уровне страниц.
14. Средства отладки. Регистры отладки. Флажки ловушки Т и возобновления RF. Виды
контрольных точек.
15. Основные принципы организации ввода-вывода. Контроллеры. Периферийные
устройства. Шины расширений и локальные шины. Основные характеристики шин EISA,
PCI, AGP, USB.
16. Управление вводом-выводом по опросу флага готовности. Ввод-вывод с использованием
системы прерываний. Прямой доступ к памяти.
17. Причины прерываний. Система прерываний и обработка прерываний. Прерывания в
системе на базе процессора Intel 80x86.
18. Программируемый контроллер прерываний Intel 8259A. Регистры. Инициализация.
Работа в режиме векторных прерываний. Каскадное включение. Пример
программирования.
19. Программируемый контроллер прямого доступа в память Intel 8237. Структурная схема.
Инициализация. Режимы работы. Пример программирования.
20. Параллельные интерфейсы. Стандарты.
21. Программируемый параллельный периферийный адаптер Intel 8255 (К580ВВ55).
Структурная схема. Режимы работы. Управляющие слова. Примеры применения.
22. Асинхронный и синхронный режимы передачи данных. Стандарты V24 (С2) и ИРПС.
23. Программируемый связной адаптер UART 16550A. Структурная схема. Режимы работы.
Управляющие слова. Последовательность программирования.
24. USB – универсальная последовательная шина. Основные свойства и характеристики.
Организация шины. Древовидная структура. Кадры управления, изохронные кадры,
кадры передачи больших массивов данных и кадры прерывания. Типы пакетов: маркеры,
пакеты данных, пакеты квитирования и специальные пакеты.
25. Программируемый интервальный таймер Intel 8253/8254. Структурная схема.
Управляющие слова. Режимы работы. Чтение состояния. Прерывания от таймера.
Управление динамиком.
26. Организация клавиатуры. Контроллер клавиатуры. Порты клавиатуры. Прерывание от
клавиатуры. Буфер клавиатуры. Скан-коды клавиш. ASCII-коды символов.
27. Функции BIOS, DOS, Win32 API для работы с клавиатурой.
28. Структура видеосистемы ЭВМ. Видеоадаптер. Видеобуфер. Представление текстовых
данных в видеобуфере. Байт атрибута. Дисплейные страницы.
29. Основные функции DOS, BIOS, Win32 API для вывода на экран в текстовом режиме.
30. Прямая работа с видеопамятью.
31. Магнитные диски. Физическая структура диска. Логическая структура диска. Контроллер
накопителя на дисках. Управление распределением диска.
32. Основные функции DOS, BIOS, Win32 API для работы с каталогами и файлами.
33. Устройства ввода данных: механические манипуляторы: мышь (механическая,
оптическая, индукционная, гироскопическая), трекбол, сенсорная панель, джойстик;
сканеры.
34. Устройства вывода данных: принтеры монохромные и цветные (матричные, струйные,
лазерные, с твердыми чернилами, с восковыми чернилами, сублимационные).
35. Классификация ЭВМ: по принципу действия, по этапам создания, по назначению, по
размерам и функциональным возможностям.
36. Современное состояние основных классов ЭВМ: больших ЭВМ (мейнфреймов), малых
ЭВМ (мини-ЭВМ и супермини-ЭВМ), персональных компьютеров, суперЭВМ.
37. Параллельные системы. Внутрипроцессорный параллелизм. Суперскалярные процессоры
и VLIW-процессоры (с очень длинным командным словом). Многопоточность.
Многоядерность (гомогенная и гетерогенная).
38. Сопроцессоры.
39. Понятие о многопроцессорных и многомашинных вычислительных системах
(мультипроцессоры
и
мультикомпьютеры).
Классификация
параллельных
вычислительных систем по Флинну.
40. Многопроцессорные вычислительные системы с общей памятью: с однородным
доступом к памяти (UMA), неоднородным доступом (NUMA) и доступом только к кэшпамяти (COMA).
41. Массово-параллельные и кластерные многокомпьютерные системы.
42. Закон Амдала.
43. Понятие о грид-технологиях и облачных вычислениях.
Примеры задач:
1. Написать программу, меняющую цвет экрана на зеленый, путем изменения битов в
байтах атрибутов видеопамяти в текстовом режиме. При работе программа использует
команды работы с битами непосредственно в памяти.
2. Написать программу, выводящую таблицу векторов прерываний на экран в виде
Сегмент:Смещение для каждого из векторов прерываний. Использовать базовую
индексную адресацию с масштабированием для доступа к каждому вектору. Начальный
адрес таблицы прерываний и ее размер взять из регистра IDTR.
3. Написать обработчик особой ситуации 4, который в реальном режиме выводит
сообщение об ошибке на экран. Для проверки работы программы следует сгенерировать
данную особую ситуацию с помощью команды INTO.
6.3. Распределение самостоятельной работы
Целью самостоятельной работы студента является закрепление полученных теоретических
знаний.
№№
Самостоятельная работа
п/п
1
Типовой
расчет
по
теме
«Арифметические основы ЭВМ»
2
Подготовка к лабораторным занятиям
3
Подготовка к экзамену
4
Расчетно-графическая работа № 1 по
теме «Основные характеристики и
составные части ЭВМ»
5
Расчетно-графическая работа № 2 по
теме
«ЭВМ
и
периферийные
устройства»
6
Контроль самостоятельной работы
Итого часов самостоятельной работы
Всего
часов
10
78
2
164
Семестр 4
Семестр 5
10
18
42
26
36
10
10
10
80
2
84
Типовой расчет по теме «Арифметические основы ЭВМ» выполняется в 4 семестре с
целью самостоятельного повторения студентами основных сведений по арифметике ЭВМ,
полученных при изучении дисциплины «Информатика»: системы счисления, используемые при
представлении данных в ЭВМ, форматы целых и дробных чисел с фиксированной точкой,
выполнение арифметических операций, признаки результата операции (нулевого, отрицательного,
четного результата, переполнения, переноса), форматы чисел с плавающей точкой, Срок сдачи
типового расчета – 4 неделя 4 семестра. Задание находится в файле «Задание к типовому расчету»,
расположенному на сервере кафедры в каталоге Z:\FOR ALL\Преподаватели\Андреева\ ЭВМ и
ПУ\. Содержание типового расчета:
1. Перевести целое число из десятичной системы счисления в двоичную, шестнадцатеричную,
восьмеричную.
2. Записать в двоичной системе счисления прямой, обратный и дополнительный коды
отрицательного числа, модуль которого задан в таблице. Формат – 1 байт. Результат
представить также в 16-ричной записи.
3. Перевести дробное число из десятичной системы счисления в двоичную. Формат
результата – 1.7: старший бит – знаковый, после которого подразумевается двоичная
запятая, далее дробное число в дополнительном коде. Результат представить также в 16ричной записи. Какова ошибка округления?
4. Сложить целые числа в формате 8 бит в дополнительном коде. Как установятся флаги
переноса, дополнительного переноса, переполнения, четного, отрицательного и нулевого
результата и почему?
5. Сложить дробные числа в формате 1.7. Проверьте, не произошло ли переполнение.
6. Умножить целые числа в формате 8 бит. Как установятся флаги переноса и переполнения и
почему?
7. Представить дробное число в формате с плавающей точкой: одинарной точности (4 байта),
двойной точности (8 байт), расширенной точности (10 байт). Проверить результат в
листинге программы на ассемблере.
Расчетно-графическая работа (РГР) №1 по теме «Основные характеристики и составные
части ЭВМ» выполняется в 5 семестре для ознакомления студентов с реально существующими на
современном рынке процессорами и настольными компьютерами. Работа включает в себя 2
задания:
1. Процессор (микропроцессор) – центральное обрабатывающее устройство, выполняющее
операции над данными в соответствии с программой, поступающей на его входы, содержащее
арифметико-логическое устройство, устройство управления, набор регистров и средства
интерфейса, выполненное в виде одной или нескольких больших интегральных схем.
Основные характеристики процессора:
 разрядность – количество двоичных разрядов, которые могут обрабатываться или
пересылаться одновременно;
 тактовая частота – количество тактов, равное количеству элементарных действий,
которое процессор совершает в секунду.
Характеристики процессоров обусловливаются целым набором параметров: технология
производства, архитектура ядра (система команд, набор регистров, объем встроенной кэшпамяти), размерность шин, напряжение питания, рабочая температура, тип корпуса.
Например, характеристики процессора CPU AMD Core 2 Duo E4300 1,8 GHZ (800 MHZ,
2MB, Allendale) OEM имеют вид:
фирма-изготовитель
AMD;
тип и кодовое обозначение модели двухъядерный процессор AMD Core 2 Duo E4300;
тактовая частота
1,80 ГГц;
ядро
Conroe;
частота шины
800 МГц;
гнездо процессора
Socket LGA 775;
кэш 2-го уровня
2 Мбайт;
кэш 1-го уровня
64 Кбайт×2;
напряжение питания
1,225 … 1.325 В;
рассеиваемая мощность
65 Вт;
критическая температура
61,4 °С;
технология
0,065 мкм;
размеры
3,75 × 0,55 × 3,75 см4
масса
0,023 кг;
дополнительно
поддерживаются дополнительные наборы инструкций:
SSE, SSE2, SSE3, AMD64, поддерживается технология
EVP (Enhanced Virus protection)
По наименованию процессора в прайс-листе с помощью сети Интернет выпишите его
характеристики. Вариант задания получите у преподавателя.
2. К основным техническим характеристикам персональных ЭВМ относятся:
1) быстродействие (тактовая частота и разрядность процессора);
2) объем оперативной памяти и возможность его наращивания;
3) объем внешней памяти, количество и типы встроенных дисководов;
4) объем видеопамяти;
5) тип монитора, его размер и разрешающая способность;
6) номенклатура и типы портов ввода-вывода;
7) состав дополнительного оборудования (звуковая и сетевая карты, модем и др.);
8) надежность (наработка на отказ).
В технической аннотации (прайс-листе) для конкретной ПЭВМ приводится сокращенная
буквенно-цифровая запись (наименование модели), по которой могут быть прочитаны следующие
технические характеристики:
 тип ПЭВМ;
 фирма-изготовитель, кодовое обозначение модели;
 марка процессора, его рабочая частота (в МГц или ГГц);
 объем ОЗУ (в Мбайт), объем жесткого диска (в Гбайт);
 объем видеопамяти (в Мбайт), тип видеоадаптера;
 тип оптического дисковода, наличие других накопителей;
 наличие встроенных звуковой и сетевой карт;
 присутствие в комплектации клавиатуры и мыши;
 марка установленной операционной системы.
По краткому описанию модели компьютера (персонального компьютера, ноутбука,
нетбука) в прайс-листе определите его основные характеристики, комплектацию и
установленное программное обеспечение. Вариант задания получите у преподавателя.
Срок сдачи РГР № 1 – 8 неделя 5 семестра. Задание находится в файле «Задания к РГР 2»,
расположенному на сервере кафедры в каталоге Z:\FOR ALL\Преподаватели\Андреева\ ЭВМ и
ПУ\.
Расчетно-графическая работа № 2 «ЭВМ и периферийные устройства» выполняется в 4 и
5 семестрах для углубления знаний и самостоятельного изучения отдельных тема курса,
предусматривает самостоятельную работу студента с проработкой отдельных вопросов в процессе
индивидуальных консультаций с преподавателем и защиту работы. Задание предполагает подбор с
помощью сети Интернет необходимой информации и создание компьютерного проекта
(презентации, Flash-проекта, Web-сайта) на одну из заданных тем. Срок сдачи работы – 15-16
недели 5 семестра. Задание находится в файле «Задания к РГР 2», расположенному на сервере
кафедры в каталоге Z:\FOR ALL\Преподаватели\Андреева\ ЭВМ и ПУ\. Примеры тем:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
Классификация ЭВМ.
Аналоговые ЭВМ и их применение
Вычислительные устройства Древнего мира.
Первые механические вычислительные машины и их создатели.
Электромеханические вычислительные машины и их создатели.
Электронные вычислительные машины 1-го поколения и их конструкторы.
Электронные вычислительные машины 2-го поколения и их конструкторы.
История создания и развития ЭВМ 3-го поколения.
История создания и развития ЭВМ 4-го поколения.
Вклад отечественной науки в мировую историю вычислительной техники.
Перспективы развития вычислительной техники.
Эволюция процессора.
Современные модели микропроцессоров.
х86 совместимые микропроцессоры фирм Intel и AMD.
Программное определение типа и возможностей процессора.
64-битные микропроцессоры.
Технологии производства микропроцессоров.
Новейшие разработки микропроцессоров и перспективы.
Оценка производительности ЭВМ.
USB-порт.
Sim-карты.
Смарт-карты.
Типы мониторов. Новейшие технологии мониторов.
Типы принтеров. Новейшие технологии печатающих устройств.
Сканирующие устройства.
Современные дисковые накопители: оптические диски, RAID-массивы, диски Blu-
27.
28.
29.
Обзор компактных персональных компьютеров.
Современные средства мультимедиа.
Компьютеры фирмы Apple.
Ray.
30.
Современные суперЭВМ.
31.
Мейнфреймы.
32.
Ассоциативные вычислительные системы
33.
Многопроцессорные вычислительные системы: системы с общей памятью
34.
Грид-технологии.
35.
Облачные вычисления и хранилища данных.
36.
Потоковые и редукционные вычислительные системы.
37.
Систолические и волновые массивы.
38.
Оптические ЭВМ.
39.
Молекулярные ЭВМ.
40.
Криогенные ЭВМ.
41.
Квантовые ЭВМ.
Темы повышенной сложности:
1.
Архитектуры ЭВМ. (Рассмотреть архитектуры фон Неймана, гарвардскую,
супергарвардскую, потоковую, систолическую и другие. Сделать сравнительный анализ
архитектур различых типов, указать их достоинств, недостатки и сферы применения)
2.
Структура современных микропроцессоров. (Рассмотреть структуру современных
микропроцессоров: PentiumIII, Pentium IV, PowerPC, Athlon, Alpha, UltraSPARC. Провести
сравнительный анализ структур микропроцессоров, указать их достоинства и недостатки)
3.
Анализ наборов команд современных микропроцессоров. (Рассмотреть систему
команд микропроцессоров Pentium IV, PowerPC, Alpha, UltraSPARC. Провести сравнительный
анализ систем команд, насколько системы команд соответствуют заявленному классу
микропроцессора (CISC, RISC). Отметить достоинства и недостатки систем команд
микропроцессоров с точки зрения программиста и с точки зрения возможностей по обработке
данных и управлению системой)
4.
Организация кэш-памяти процессоров. (Назначение кэш-памяти, ее место в
архитектуре ЭВМ. Деление кэш-памяти на уровни. Организация и устройство кэш-памяти
первого, второго и третьего уровней. Влияние характеристик кэш-памяти на производительность
ЭВМ)
5.
RISC – архитектура микропроцессоров. (Причины появления RISC-архитектуры,
основные характеристики RISC-процессоров, сравнение RISC и CISC архитектуры. Рассмотреть
устройство и работу RISC-процессоров (MIPS, UltraSPARC, ARM7). Сравнить рассмотренные
процессоры по характеристикам, возможностям, быстродействию и областям применения)
6.
Арифметико-логические устройства современных микропроцессоров. (Типы и
структуры типовых АЛУ. Классификация. Методы повышения производительности АЛУ. АЛУ с
конвейерной обработкой операндов. Структура АЛУ современных процессоров (Pentium IV,
PowerPC, Alpha, NeuroMatrix). Сравнительный анализ АЛУ рассмотренных процессоров по
возможностям и производительности. (Включая блоки операций с плавающей запятой и блоки
весторных операций – MMX, SSE, AltiVec и т.д.))
7.
Алгоритмы обработки данных с фиксированной и плавающей запятой. (Форматы
чисел с фиксированной и плавающей запятой. Алгоритмы обработки данных с фиксированной
запятой, отдельно рассмотреть алгоритмы, позволяющие ускорить выполнение операций с
фиксированной запятой, особое внимание обратить на алгоритмы умножения и деления.
Рассмотреть алгоритмы допускающие конвейеризацию арифметических операций. То же по
алгоритмам обработки данных с плавающей запятой)
8.
Конвейеризация, как средство повышения производительности ЭВМ. (Назначение,
построение и принцип работы конвейера команд, проблемы, возникающие при работе конвейера
команд. Вопрос предсказания ветвлений в программах. Рассмотреть структуру и работу
конвейера команд и блока предсказания ветвлений в современных микропроцессорах PentiumIII,
Pentium IV, PowerPC, Athlon, Alpha, UltraSPARC)
9.
Суперсклярные
микропроцессоры.
(Понятие
суперскалярного
(ССП)
микропроцессора, назначение, типы современных суперскалярных микропроцессоров.
Рассмотреть организацию суперскалярных миропроцессоров на примере Pentium IV, Athlon, Power
PC. Структура блоков регистров ССП, переназначение регистров. Организация поиска
зависимостей по данным и распараллеливании команд. Организация изменения
последовательности выполнения команд. Другие блоки суперскалярных микропроцессоров.
Сравнительный анализ производительности ССП МП на различных классах задач и между собой)
10.
Система прерываний. (Назначение и принцип действия ситемы прерываний
Многоуровневые прерывания. Программный поллинг ,аппаратный поллинг прерываний.
Прерывания по вектору. Системы прерываний в процессорах Pentium IV, PowerPC, Alpha,
UltraSPARC, ARM7. Особенности организации работы системы прерываний в многозадачных
средах и системах реального времени).
11.
Организация многоядерных микропроцессоров. (Рассмотреть организацию
микропроцессоров содержащих более одного ядра на кристалле: Pentium D (Core2Duo), Athlon,
Power4. Особенности взаимодействия ядер с системной шиной и между собой. Организация кэшпамяти в многоядерных МП. Сравнительный анализ преимуществ и недостатков различных
подходов к построению многоядерных микропроцессоров. Сравнение производительности
многоядерных процессоров различных архитектур)
12.
Технология
организации
параллельного
выполнения
потоков
команд
HyperThreading. (Назначение и принцип работы. Организация микропроцессоров Pentium IV с
технологией HyperThreading. Преимущества и недостатки данной технологии в сравнении с
многоядерными процессорами. Анализ производительности микропроцессоров с поддержкой
технологии HyperThreading)
13.
Организация оперативных запоминающих устройств ЭВМ. (Иерархия памяти ЭВМ.
Место ОЗУ в этой иерархии. Требования, предъявляемые к ОЗУ. Элементная база ячеек ОЗУ.
Сравнение статических и динамических ОЗУ. Устройство микросхем и модулей памяти.
Организация процессов регенерации в модулях динамической памяти. Основные типы
высокопроизводительных динамических ЗУ с произвольным доступом: RAMBUS, SDRAM, DDR
SDRAM, DDR2, DDR3 организация и принцип действия. Сравнение быстродействия разных типов
памяти. Организация контроллеров памяти в современных чипсетах и процессорах)
14.
Поддержка многозадачного режима работы ЭВМ в современных процессорах.
(Мультизадачность и управление задачами на аппаратном уровне. Управление прерываниями в
многозадачных средах. Управление памятью и защита памяти в многозадачных средах.
Требования к аппаратному обеспечению процессоров для управления мультизадачностью.
Реализация аппаратного управления мультизадачностью в микропроцессорах Pentium и PowerPC.
Сравнение реализации поддержки мультипрограммирования в данных микропроцессорах)
15.
Организация ввода-вывода в современных ЭВМ. (Ввод-вывод в ЭВМ с разделяемой
оперативной памятью. Каналы (сопроцессоры) ввода-вывода, их назначение, классификация.
Управление каналами; логический и физический уровни управления. Рассмотреть реализацию
«интеллектуальных» протоколов ввода-вывода на примере протоколов SCSI, FireWire. Сравнить
их характеристики с аналогичными «неинтеллектуальными» протоколами)
16.
Интерфейсы последовательной связи. (Стандартные интерфейсы: ИРПС, «Токовая
петля», RS–232, RS–422, RS–485, USB, USB 2.0. Организация, технические характеристики,
область применения. Сравнение производительности, дальности связи и помехозащищенности)
17.
Кластерные системы. (Понятие параллельной вычислительной системы. Назначение
параллельных вычислительных систем. Классификация параллельных вычислительных систем.
Место кластерных систем в ряду параллельных вычислительных систем. Архитектура и
организация кластерных систем. Сравнение архитектуры и производительности кластерных
систем ведущих фирм производителей)
18.
Потоковые вычислительные системы. (Принцип действия, назначение, архитектура.
Сравнение потоковых вычислительных систем с традиционными, преимущества и недостатки
каждой из архитектур)
19.
Транспьютеры и транспьютерные системы. (Принцип действия, назначение, области
применения. Архитектура транспьютера Inmos. Архитектура и организация транспьютерной
системы. Сравнение транспьютерных вычислительных систем с традиционными, преимущества и
недостатки каждой из архитектур)
20.
Матричные и векторно – конвейерные ЭВМ. (Принцип действия, назначение,
области применения. Архитектура высокопроизводительных векторно-матричных ЭВМ на
примере систем фирмы Cray)
21.
Цифровые процессоры обработки сигналов. (Принципы обработки сигналов в
цифровых системах. Обобщенная архитектура цифрового процессора обработки сигналов
(ЦПОС). Отличительные особенности построения АЛУ, блока управления и системы команд
ЦПОС. Применение в задачах обработки информации и управления)
22.
Микропроцессоры с архитектурой VLIW/EPIC. (Назначение архитектуры
VLIW/EPIC. Принцип действия данной архитектуры и его влияние на построение аппаратного и
программного обеспечения вычислительной системы. Организация микропроцессоров с
архитектурой VLIW/EPIC. Преимущества и недостатки архитектуры по сравнению с
архитектурами CISC и RISC. Промышленные процессоры, выполненные по архитектуре
VLIW/EPIC – Itanium, HP PA-RISC, Texas Instruments C68xx).
23.
Нейропроцессоры и нейро-ЭВМ. (Принципы нейронной обработки информации.
Требования, предъявляемые к аппаратному устройству нейропроцессоров и нейроЭВМ.
Архитектурная организация современных нейропроцессоров. Типы нейропроцессоров.
Особенности алгоритмов нейрообработки информации. Нейропроцессоры НТЦ «Модуль»)
Перечень заданий для самостоятельной работы и проведения текущего контроля приводится
в методических указаниях [6, 7, 8, 9] в описании каждой лабораторной работы.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение учебной дисциплины
№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
7.1. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА
Орлов С.А., Цилькер Б.Я. Организация ЭВМ и систем. Учебник для
вузов. СПб.: Питер, 2011 и др. года. 686 с. Гриф МО РФ
Таненбаум Э. Архитектура компьютера. 5-е изд. СПб.: Питер, 2007.
843 с. Серия "Классика computer science"
6-е изд. СПб.: Питер, 2013. 816 с.
Бройдо В.Л., Ильина О.П. Архитектура ЭВМ и систем: учебник для
вузов. СПб.: Питер, 2009. 720 с.
Юров В.И. Assembler: учебник для вузов. СПб.: Питер, 2007 и др. года.
637с. Гриф МО РФ
Юров В.И. Assembler: практикум. Учебное пособие вузов. СПб.: Питер,
2007 и др. года. 399 c. Гриф МО РФ
Андреева А.А. Основы программирования персонального компьютера
на языке ассемблера: лабораторный практикум. Чебоксары. Изд-во
Чуваш. ун-та, 2013. 84 с.
Андреева А.А. и др. Программирование на языке ассемблера в
операционной системе Windows: лабораторный практикум. Чебоксары,
Чуваш. ун-т, 2006. 104 с.
Андреева А.А., Горянкин А.В., Кирпиков О.В., Лапшин Н.Ю.
Программирование микропроцессоров семейства Intel 80х86:
лабораторный практикум. Чуваш. ун-т, Чебоксары, 1996. 144 с.
Использование системных средств BIOS и MS DOS: метод. указания к
лабораторной работе. Сост. А.А. Андреева и др. Чуваш. ун-т,
Чебоксары. 1996. 36 с.
Наличие
в библ. ЧГУ
90
7
Э
15
55
Э
38
Э
150
Э
100
Э
164
Э
100
Э
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
1
2
3
Андреева А.А., Симаков А.Л. Системное программирование.
Последовательный порт: текст лекций. Чебоксары. Изд-во Чуваш. унта, 2002. 60 с.
7.2. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
Зубков С.В. Assembler для DOS, Windows и UNIX. М.: ДМК Пресс,
2013. 638 с.
Пирогов В.Ю. Ассемблер для Windows СПб: BHV-Петербург, 2011 и
др. года. 864 с
Юров В.И. Assembler: специальный справочник. Питер, 2005 и др. года.
399 c.
Гук М. Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия. СПб.: Питер,
2005 и др. года. 816 с.
Брэй Б. Микропроцессоры Intel: 8086/8088…80486, Pentium. СПб: BHVПетербург, 2005. 1328 с
Магда Ю. С. Аппаратное обеспечение и эффективное
программирование: Питер / Магда Ю. С. СПб. и др.: Питер, 2007. 352с.
(Библиотека программиста).
Авдеев В. А.. Периферийные устройства. Интерфейсы, схемотехника,
программирование. М.: ДМК Пресс, 2009. 848 с.
Несвижский В. Программирование аппаратных средств в Windows.
СПб.: BHV-Петербург, 2008 и др. года. 528 с
Хамахер К.и др. Организация ЭВМ. 5-е изд. Учебное пособие для
вузов. СПб.:Питер, 2003. 848 с. Серия "Классика computer science"
Абашев А.А., Жуков И.Ю. и др. Ассемблер в задачах защиты
информации. М: Кудиц-образ, 2004. 544 .с
Крупник А.Б. Ассемблер. Самоучитель. СПб: Питер, 2005. 235 с.
Абель П. Язык ассемблера для IBM PC и программирования. М.:
Высш. шк., 1992. 447 с.
Абель П.. Ассемблер. Язык и программирование для IBM PC. 5-е изд.
М.: Век+, 2009. 736 с.
Григорьев В.Л. Программирование однокристальных
микропроцессоров. М.: Энергоатомиздат, 1987. 288 с.
Лю Ю.-Ч., Гибсон Г. Микропроцессоры семейства 8086/8088.
Архитектура, программирование и проектирование
микрокомпьютерных систем. М.: Радио и связь, 1987. 512 с.
Скэнлон Л. Персональные ЭВМ IBM PC и XT. Программирование на
языке ассемблера. М.: Радио и связь, 1989. 336 с.
Пильщиков В.Н. Программирование на языке Ассемблера IBM PC.
Учебное пособие. Диалог-МИФИ, 2005 и др. года. 288 с.
Еременко Ю.И. Архитектура, принципы функционирования и
управление ресурсами IBM PC. Липецк, Ст. Оскол: ТНТ, 2003. 419 с.
7.2. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И ИНТЕРНЕТ-РЕСУРСЫ
Система программирования на языке ассемблера IBM PC
Сайт фирмы Intel http://www.intel.com/index.htm?ru_RU_05
Сайт фирмы IBM: http://www.ibm.com/ru/ru/
176
Э
Э
31
14
10
10
Э
Э
Э
Э
Э
10
Э
5
5
4
4
25
Примечание:
1. Значок «Э» показывает, что имеется электронный вариант книги на сервере кафедры
8. Материально-техническое обеспечение учебной дисциплины
Аудиторный фонд со специализированным и лабораторным оборудованием:
№ Номер
Наименование
Перечень
п/п аудитор специализированн оборудования
ии
ых аудиторий и
лабораторий
1
Б-304
Компьютерный Персональные
класс
компьютеры,
объединенные в
локальную сеть и
подключенные к
глобальной сети
Интернет;
электронная доска
2
Б-305
Компьютерный Персональные
класс
компьютеры,
объединенные в
локальную сеть и
подключенные к
глобальной сети
Интернет
3
Б-309
Компьютерный Персональные
класс
компьютеры,
объединенные в
локальную сеть и
подключенные к
глобальной сети
Интернет;
проектор, экран
Краткое описание и характеристика состава
установок, измерительно-диагностического
оборудования, компьютерной техники и
средств автоматизации экспериментов.
Pentium4 3.0/1Gb/80Gb/CDROM - LG Flatron
L1730S – 1 шт
Celeron 2.8/256Mb/40Gb/CDROM - Samsung
SyncMaster 510N – 10шт.
Celeron 2.2/256Mb/40Gb - Samsung 151s – 1
шт.
Проектор Mitsubishi XD460U – 1 шт.
Интерактивная доска Smartboard – 1 шт.
Core2Duo E4600/1Gb/250Gb/DVDRW - Aser
AL1917 – 7шт.
Pentium DualCore E5200/1Gb/250Gb/
DVDRW - Aser V193 – 4шт.
Celeron 2.2/256Mb/40Gb - Samsung 151s – 1
шт.
Core2Duo E6300/1Gb/250Gb/DVDRW - Aser
AL1917 – 10 шт.
Core2Duo E6300/2Gb/2x250Gb/DVDRW Aser AL1917 – 1 шт.
Celeron 2.2/256Mb/40Gb - Samsung 151s – 1
шт.
Проектор BENQ MP525P