Реферат: Программа дисциплины опд. Ф. 09. Организация ЭВМ и систем для студентов специальности 230102 Автоматизированные системы обработки информации и управления



Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию



ОБНИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ (ИАТЭ)






УТВЕРЖДАЮ




Проректор по учебной работе


___________________ С.Б. Бурухин





«______»___________ 200__ г.



^ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ


ОПД.Ф.09. ОРГАНИЗАЦИЯ ЭВМ И СИСТЕМ


для студентов специальности

230102 – Автоматизированные системы обработки информации и управления

направления 230100 – Информатика и вычислительная техника


Форма обучения: очная, заочная

Объем дисциплины и виды учебной работы в соответствии с учебными планами


Вид учебной работы

Всего
часов

230102
(очное)

Семестры

Всего
часов
230100 (очное)

Семестры

Всего
часов

230102
(заочн.)

Курс

4

5

4

5

3

Общая трудоемкость дисциплины

140

72

68

140

72

68

140

140

Аудиторные занятия

119

68

51

102

51

51

32

32

Лекции

68

34

34

68

34

34

16

16

Практические занятия и семинары

17

17









6

6

Лабораторные работы

34

17

17

34

17

17

10

10

Курсовой проект (работа)

















Самостоятельная работа

21

4

17

38

21

17

108

108

Расчетно-графические работы

















Вид итогового контроля (зачет, экзамен)

Зач., экз.

Зач.

Экз.

Зач., экз.

Зач.

Экз.

Зач., экз.

Зач., экз.


Обнинск 2008

Программа составлена с соответствии с Государственными образовательными стандартами высшего профессионального образования по направлению подготовки

дипломированного специалиста 654600 Информатика и вычислительная техника (№ 224 тех/дс от 27.03.2000),

бакалавров 552800 Информатика и вычислительная техника (№ 35 тех/бак от 13.03.2000).


Программу составил:


___________________ Н.Г. Типикин, доцент кафедры АСУ, к.т.н., доцент


Программа рассмотрена на заседании кафедры АСУ (протокол № 6-у от 25.01.2008 г.)


Заведующий кафедрой АСУ


___________________ А.Н. Анохин


«____»_____________ 200__ г.


СОГЛАСОВАНО


Начальник учебно-методического
управления


___________________ Ю.Д. Соколова


Декан

факультета кибернетики


___________________ А.В. Антонов


«____»_____________ 200__ г.





Декан

факультета заочного отделения


___________________ А.А. Росляков


«____»_____________ 200__ г.



^ 1. Цели и задачи дисциплины


Целью изучения дисциплины «Организация ЭВМ и систем» является ознакомление студентов с основными принципами организации аппаратного обеспечения ЭВМ и систем, принципами работы периферийных устройств и их взаимодействия в составе системы.


^ 2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины


В результате изучения дисциплины студент должен

знать: основные принципы организации и функционирования отдельных устройств вычислительных систем, комплексов и сетей ЭВМ; характеристики, возможности и области применения наиболее распространенных классов и типов ЭВМ в информационных системах, иметь представление о современном состоянии и тенденциях развития архитектур ЭВМ;

уметь: использовать возможности вычислительных систем при построении информационных систем различного назначения;

иметь навыки: опыт программирования на языке ассемблера и разработки программного обеспечения нижнего уровня для управления аппаратными средствами ЭВМ.

^ Входные дисциплины: Дискретная математика, Программирование на языке высокого уровня, Информатика, Информационные технологии, Электротехника и электроника.

^ Выходные дисциплины : Операционные системы, Базы данных, Сети ЭВМ и телекоммуникации, Сетевые технологии, Технологии программирования, Проектирование АСОИУ, Учебно-исследовательская работа, Дипломное проектирование.


^ 3. Содержание дисциплины


Дидактические единицы (темы) для направления
230100 «Информатика и вычислительная техника»

Раздел программы

Основные характеристики, области применения ЭВМ различных классов

3.1, тема 1

Функциональная и структурная организация процессора

3.1, тема 2,3

Организация памяти ЭВМ

3.1, тема 7

Основные стадии выполнения команды

3.1, тема 2,3

Организация прерываний в ЭВМ

3.1, тема 4,5

Организация ввода-вывода

3.1, тема 5

Периферийные устройства

3.1, тема 15

Архитектурные особенности организации ЭВМ различных классов

3.1, тема 10,11,12

Параллельные системы

3.1, тема 13

Понятие о многомашинных и многопроцессорных вычислительных системах (ВС)

3.1, тема 13


3.1. Лекции


Номер темы

Тема

Число часов

(очное)

Число часов

(заочн.)

1

Введение

3

2

2

Структура и функционирование минимальной ЭВМ

5

4

3

Архитектура микропроцессора 8086 фирмы Intel и основы программирования на языке ассемблера

8

-

4

Подпрограммы и стеки

3

2

5

Структуры ввода-вывода, прерывания

3

2

6

Макроязык и макропроцессор

2

-

7

Иерархическая полупроводниковая память

6

-

8

Архитектура процессора iAPX386 фирмы Intel

6

-

9

Микропроцессор 80x87 фирмы Intel

2

-

10

Характеристики вычислительных систем

3

2

11

Конвейерная обработка данных

5

2

12

Современные универсальные микропроцессоры

10

-

13

Многопроцессорные вычислительные системы

2

2

14

Высоконадежные и отказоустойчивые системы

2

-

15

Периферийные устройства

8

-


1. Введение [1, 5, 6]. Понятие об ЭВМ, вычислительной системе; прикладное и системное программное обеспечение; Теория вычислительных систем. История появления и развития ЭВМ, поколения ЭВМ. Классификация ЭВМ; классификация вычислительных систем.


^ 2. Структура и функционирование минимальной ЭВМ [1, 5, 6]. Принципы фон-Неймана, понятие об архитектуре ЭВМ. Состав фон-неймановской ЭВМ: устройство управления, арифметико-логическое устройство, память, порты внешних устройств; регистры процессора. Выполнение команд; цикл процессора; команда центрального процессора; классификация команд. Устройства управления с жесткой логикой и микропрограммные устройства. Классификация архитектур процессоров CISC и RISC.


^ 3. Архитектура микропроцессора 8086 фирмы Intel и основы программирования на языке ассемблера [2, 5]. Микропроцессоры семейства 80х86, история развития, технические параметры, основные характеристики. Адресное пространство; сегментация адресного пространства. Регистры процессора. Форматы и типы команд; режимы адресации операндов; форматы и типы данных. Машинный язык и язык ассемблера. Структура программы на ассемблере; строка ассемблера: метки, команды, операнды и комментарии. Константы; константные выражения; директивы ассемблера: описание данных, описание сегментов. Сегментная модель памяти. Простая программа на ассемблере; арифметические и логические команды; обработка массивов на ассемблере.


^ 4. Подпрограммы и стеки [1, 2]. Поток выполнения. Команды управления программой, переходы, ветвления, подпрограммы, сопрограммы. Понятие о подпрограмме; вызов подпрограммы; стек; адрес возврата; рекурсивная подпрограмма; способы передачи параметров в подпрограммы; передача параметров по ссылке и по значению; соглашение о связях системы Pascal и С.


^ 5. Структуры ввода-вывода, прерывания [1, 3, 5, 6]. Понятие о системном интерфейсе ЭВМ; способы обмена данными между процессором и другими устройствами. Контроллер периферийного устройства. Программно-управляемый обмен. Понятие о прерывании; обработка прерываний. Система прерываний микропроцессора 8086; функции контроллера прерываний. Обмен по прерываниям. Исключительные ситуации и прерывания. Программные прерывания. Понятие о прямом доступе к памяти.


^ 6. Макроязык и макропроцессор [2, 5]. Понятие о макрообработке. Блоки повторения, макрокоманды, макроподстановки, описание макрокоманд. Макрокоманды и подпрограммы. Условная трансляция программ.


^ 7. Иерархическая полупроводниковая память [4]. Классификация микросхем полупроводниковой памяти. Постоянные запоминающие устройства. Оперативные запоминающие устройства; статические и динамические ОЗУ. Основные характеристики микросхем полупроводниковой памяти: емкость, время доступа, время цикла, время регенерации, стоимость, потребляемая мощность. Иерархия памяти в ЭВМ; взаимодействие между уровнями иерархии; алгоритмы замещения данных в иерархии памяти. Кэш память и массовая оперативная память; способы организации кэш памяти. Виртуальная память; страничная и сегментная организация памяти.


^ 8. Архитектура процессора iAPX386 фирмы Intel [7]. 32-х битная архитектура. Отладочные и управляющие регистры. Режимы адресации операндов; особенности адресации памяти в реальном режиме. Защищенный режим; формирование адреса памяти в защищенном режиме. Дескрипторные таблицы; дескрипторы; защита памяти; шлюзы вызова. Многозадачность, сегмент состояния задачи, переключение задач; взаимозащита и взаимодействие задач. Страничное преобразование адреса.


^ 9. Микропроцессор 80x87 фирмы Intel [2]. Вычисления с фиксированной и плавающей точкой. Особые ситуации в численных расчетах. Форматы и типы данных сопроцессора 80x87. Архитектура сопроцессора 80x87; команды сопроцессора.


^ 10. Характеристики вычислительных систем [4]. Эффективность; показатели эффективности; критерий эффективности. Характеристики вычислительных систем: время ответа, надежность, стоимость; производительность. Способы оценивания производительности; единицы производительности. Пути повышения производительности. Параллелизм; уровни параллельности; классификация параллельных проектов.


^ 11. Конвейерная обработка данных [1, 4, 5, 6]. Простейший конвейер, организация и функционирование; производительность простейшего конвейера. Конфликты на конвейере. Конфликты по данным; переименование регистров; переупорядочивание команд. Структурные конфликты; функциональные конвейеры; точные прерывания на конвейере. Конфликты по управлению; механизмы предсказания ветвлений. Суперскалярные процессоры и процессоры с длинным командным словом.


^ 12. Современные универсальные микропроцессоры. Структура рынка универсальных микропроцессоров. Микропроцессоры с архитектурой х86: P5: Pentium; Pentium MMX; P6: Pentium Pro, Pentium II, Pentium III; Архитектура NetBurst Pentium IV; Процессоры AMD К5, K6, K6-II, K7. Процессоры Cyrix; архитекрута IA- 64; процессор AMD Slegehammer.

Микропроцессоры с архитектурой Alpha. Микропроцессоры с архитектурой SPARC. Микропроцессоры с архитектурой PA – RISC. Микропроцессоры с архитектурой Power PC. Микропроцессоры MIPS.


^ 13. Многопроцессорные вычислительные системы [5]. Организация многомашинных и многопроцессорных комплексов. Связность в многопроцессорных системах; Проблемы когерентности кэш памяти в многопроцессорных системах. Матричная обработка данных.


^ 14. Высоконадежные и отказоустойчивые системы [5]. Основные понятия; понятие о кластерной архитектуре; VAX – кластер; Alpha – кластер; отказоустойчивые решения компаний IBM, SUN Microsystems. Дисковые массивы RAID.


^ 15. Периферийные устройства [5,6]. Понятия «интерфейс», «магистраль», «протокол». Состав интерфейсов; структура шин адреса, данных, команд, управления; Синхронизация и арбитраж в интерфейсе. Синхронные и асинхронные интерфейсы; системные и приборные интерфейсы. Интерфейсы ПЭВМ: Классификация периферийных устройств; устройства связи с пользователем; устройства массовой памяти; устройства связи с объектом управления; устройства связи с другими ЭВМ. Магнитные носители информации; гибкие и жесткие магнитные диски; формат диска; основные характеристики диска. Компакт диски. Интерфейсы дисковых накопителей IDE и SCSI. Интерфейсы RS-232, ECP, USB.


^ 3.2. Практические и семинарские занятия


Раздел(ы)

Тема практического или семинарского занятия

Число часов

230102(очное)

Число часов

230102 (заочн.)

2

Представление информации в памяти ЭВМ: положительные и отрицательные целые числа, двоично-десятичная арифметика

2

2

3

Введение в язык ассемблера: описание данных, стру­ктура программы, адресация, ссылки назад и вперед

2

2

3

Приемы программирования на языке ассемблера: основные управляющие конструкции, ветвления, циклы, вычисления, простейшие программы

2

2

3

Приемы программирования на языке ассемблера: обработка массивов и структур

2

-

4

Программирование на ассемблере: подпрограммы, передача параметров в подпрограммы

2

-

5

Прерывания и ввод вывод

2

-

9

Вычисления с фиксированной и плавающей точкой

2

-

6

Приемы программирования на языке ассемблера: использование макрокоманд

3

-


^ 3.3. Лабораторный практикум


Раздел(ы)

Название лабораторной работы

Семестр, неделя (очное)

Число часов (очное)

Число часов (заочн.)

3

Первая программа на ассемблере

4,7

4

4

3

Отладка программы с использованием отладчика Turbo Debugger

4,10

4

2

5

Обработка аппаратных и программных прерываний. Управление устройствами (клавиатура, звук, таймер, видеосистема)

4,13

4

2

6

Использование макрокоманд

4,17

5

2

4

Связывание программ на языке высокого уровня и на ассемблере

5,5

4

-

15

Исследование режимов обслуживания запросов на доступ к дисковому накопителю

5,9

4

-

15

Пересылка данных с использованием интерфейсов RS-232 и «Сentronix»

5,13

4

-

9

Вычисления с фиксированной и плавающей точкой

5,17

5

-


^ 3.4. Курсовые проекты (работы) – не предусмотрены.


3.5. Формы текущего контроля


Для очной формы обучения

Раздел(ы)

Форма контроля

Семестр, неделя

1-2

Контрольная работа. Архитектура и программирование минимальной ЭВМ.

4,4

3-5

Контрольная работа. Принципы программирования на языке ассемблера.

4,9

6-9

Коллоквиум. Организация памяти, сопроцессор, защищенный режим работы.

4,15

11

Контрольная работа. Конвейерная обработка данных.

5,3

10, 12

Контрольная работа. Современные микропроцессоры

5,8

13-15

Контрольная работа. Многопроцессорные системы, высоконадежные системы.

5,15


Для заочной формы обучения

Раздел(ы)

Форма контроля

Курс

1-9

Контрольная работа. Архитектура и программирование минимальной ЭВМ. Принципы программирования на языке ассемблера. Организация памяти, сопроцессор, защищенный режим работы.

3

10-15

Контрольная работа. Конвейерная обработка данных. Современные микропроцессоры. Многопроцессорные системы, высоконадежные системы.

3


^ 3.6. Самостоятельная работа

Студенты самостоятельно по справочным системам и дополнительной литературе изучают следующие темы. Состав BIOS персонального компьютера, функции BIOS, структуры данных DOS и BIOS, используемые при выполнении лабораторных работ. Функционирование, режимы работы и способы программирования интерфейсов RS-232 и Centronix персонального компьютера. Приемы работы с применяемыми в лабораторных работах программными средствами. Контроль освоения материала осуществляется в ходе приема лабораторных работ, выполненных с использованием изученных инструментальных средств.


Содержание самостоятельной работы

Литература

Объем, час.

Форма
контроля

Изучение средств BIOS и функций ОС, требуемых для выполнения лабораторных работ

Электронная документация

4

Собеседование перед сдачей соответствующей лабораторной работы

Изучение способов передачи параметров в подпрограммы для выбранного языка программирования

6

Изучение архитектуры арифметического сопроцессора

6

Изучение методов работы с интерфейсами RS-232 и Centronix

5

Кроме того, студенты, обучающиеся по направлению 230100, самостоятельно изучают вопросы, связанные с принципами программирования на языке ассемблера


Содержание самостоятельной работы

Литература

Объем, час.

Форма
контроля

Приемы программирования на языке ассемблера: основные управляющие конструкции, ветвления, циклы, вычисления, простейшие программы

[2, 3]

5

Собеседование перед сдачей соответствующей лабораторной работы

Приемы программирования на языке ассемблера: обработка массивов и структур

4

Программирование на ассемблере: подпрограммы, передача параметров в подпрограммы

4

Приемы программирования на языке ассемблера: использование макрокоманд

4



Студентами заочной формы обучения самостоятельно изучается тот же материал, что и студентами очной формы, а также теоретические темы Введение в базы данных, Логические и физическое представление данных, Web-технологии и СУБД. Хранилища данных полностью и остальные темы более углубленно.


Содержание самостоятельной работы

Литература

Объем, час.

Форма
контроля

Приемы программирования на языке ассемблера: основные управляющие конструкции, ветвления, циклы, вычисления, простейшие программы

[2,3]

8

Собеседование перед сдачей соответствующей лабораторной работы

Приемы программирования на языке ассемблера: обработка массивов и структур

[2,3]

6

Программирование на ассемблере: подпрограммы, передача параметров в подпрограммы

[2,3]

6

Приемы программирования на языке ассемблера: использование макрокоманд

[2,3]

4

Изучение средств BIOS и функций ОС, требуемых для выполнения лабораторных работ

[2,3]

6

Основные характеристики, области применения ЭВМ различных классов

[4]

4

Контролируется при сдаче экзамена

Функциональная и структурная организация процессора

[1,2]

6

Основные стадии выполнения команды

[2,3]

6

Контрольная работа

Организация прерываний в ЭВМ

[2]

8

Контролируется при сдаче экзамена

Организация памяти ЭВМ

[1-3]

6

Организация ввода-вывода

[1]

10

Периферийные устройства

[3]

10

Архитектурные особенности организации ЭВМ различных классов

[1]

10

Контрольная работа

Параллельные системы

[1]

10

Контролируется при сдаче экзамена

Понятие о многомашинных и многопроцессорных вычислительных системах (ВС)

[1]

8


^ 4.1. Рекомендуемая литература


4.1.1. Основная литература


1. Крылов Е.В., Типикин Н.Г. Принципы функционирования ЭВМ. Уч. Пособие. – Обнинск: ИАТЭ, 1996.

2. Пильщиков В.Н. Программирование на языке ассемблера IBM PC. – М.: Диалог-МИФИ, 1994.

3. Юров В.И. Assembler. Учебник для ВУЗов 2-е изд.. – СПб.: Питер, 2003.

4. Корнеев В.В., Киселев А.В. Современные микропроцессоры. – М: Нолидж, 2000.

5. Танненбаум Э. Архитектура Компьютера. – СПб.: Питер, 2002.


^ 4.1.2. Дополнительная литература


6. Хамахер К., Вранешич З., Заки С. Организация ЭВМ. – СПб.: БХВ, 2002.

7. Григорьев В.Л. Микропроцессор iAPX486. Архитектура и программирование. – М.: Гранал, 1993.

8. Новиков Ю.В., Калашников О.А., Гуляев С.Э. Разработка устройств сопряжения для персонального компьютера типа IBM PC. – М.: Эком, 1997.

9. Морс С.П., Алберт Д.Д. Архитектура микропроцессора 80286. Пер. с англ. – М.: Радио и связь, 1990.

10 Борзенко А.Е. IBM PC: устройство, ремонт, модернизация. – М.: КомпьютерПресс, 1996.

11 Нортон П., Уилтон Р. IBM PC и PS/2. Руководство по программированию. – М.: Радио и связь, 1994.

12. Фролов А.В., Фролов Г.В. Аппаратное обеспечение персонального компьютера. – М: Диалог-МИФИ, 1997.


4.2. Средства обеспечения освоения дисциплины


Используемое программное обеспечение – Turbo Assembler, Turbo Debugger, Borland Pascal, Borland C++.


5. Материально-техническое обеспечение дисциплины


Для выполнения лабораторных работ используются классы персональных ЭВМ.


еще рефераты
Еще работы по разное