Архитектура ЭВМ

Министерство образования Российской Федерации Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА дисциплины АРХИТЕКТУРА ЭВМ Для подготовки дипломированных специалистов по направлению 654600 – “Информатика и вычислительная техника” по специальности 220100 – “Вычислительные машины, комплексы, системы и сети”

Санкт-Петербург 2002

2 Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”

“УТВЕРЖДАЮ” Проректор по учебной работе проф. ___________ Ушаков В.Н. “_____”_______________2002 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА дисциплины АРХИТЕКТУРА ЭВМ Для подготовки дипломированных специалистов по направлению 654600 – “Информатика и вычислительная техника” по специальности 220100 – “Вычислительные машины, комплексы, системы и сети” Факультет Компьютерных технологий и информатики Кафедра Вычислительной техники Курс 4 Семестр 8 Лекции

60 ч.

Экзамен

семестр 8

Лабораторные занятия

30 ч.

Зачет

семестр 8

Курсовое проектирование

15 ч.

Аудиторные занятия Самостоятельные занятия Всего часов

105 ч. 105 ч. 210 ч. 2002

3 Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры вычислительной техники “____”_______________2002 г., протокол №______. Рабочая программа согласована с рабочими программами изученных ранее дисциплин: 1) Организация ЭВМ и систем; 2) Теория автоматов. Рабочая программа одобрена методической комиссией факультета Компьютерных технологий и информатики “____”_____________2002 г.

4 Цели и задачи дисциплины: Цель дисциплины – дать студентам знания в области архитектур современных систем обработки информации и научить обоснованно выбирать архитектурные решения при проектировании систем обработки информации. Требования к уровню освоения дисциплины: В результате изучения дисциплины студенты должны: 1. Знать: - базовые принципы организации и функционирования аппаратных средств современных систем обработки информации; - основные характеристики, возможности и области применения наиболее распространенных типов ЭВМ. 2. Иметь навыки в области разработки архитектуры ЭВМ. 3. Иметь представление: - о тенденциях развития ЭВМ и систем.

Содержание рабочей программы Введение Современная ЭВМ как многоуровневая иерархическая система. Понятие архитектуры. Обзор ЭВМ различных классов. Основные характеристики, область применения. Тема 1. Архитектура центрального процессора Основные типы архитектур. Форматы и структуры данных, форматы и структуры команд. Согласование форматов команд и данных. Способы адресации. Тема 2. Структурная организация ЭВМ Типовая структура современной ЭВМ. ЭВМ как конвейерная система обработки информации. Организация процессора команд. Операционные устройства. Обобщенные алгоритмы выполнения базовых операций. Базовые варианты организация арифметических устройств. Регистровые файлы. Организация и функционирование конвейерно-параллельных операционных устройств. Организация и функционирование систем памяти. Организация кэш памяти. Виртуальная память. Аппаратные средства поддержки виртуальной памяти. Устройства управления. Устройства управления на жесткой и программируемой логике. Управление конвейерами. Организация ввода-вывода. Прерывания и типовые механизмы их реализации.

5 Тема 3. Архитектура современных процессоров и ЭВМ Архитектуры, представляющие исторический интерес. ЕС ЭВМ. СМ ЭВМ. Векторно-конвейерные ВС. Архитектуры на базе процессоров. SPARC. PA, RIDGE системы. Особенности построения систем с суперскалярной и суперконвейерной архитектурой. Архитектуры на базе микропроцессора Intel 80X86. Регистровая модель. Управление памятью. Модель безопасности. Арифметический сопроцессор. Тема 4. Многомашинные и многопроцессорные ВС Понятие о многомашинных и многопроцессорных ВС. Методы и средства организации многомашинных и многопроцессорных ВС. Классификация многопроцессорных и многомашинных ВС. Мультипроцессоры с общей памятью. Синхронизация кэшей. Системы класса NUMA. Архитектура. Типовые решения. Массивно параллельные процессоры. Типовые решения. Кластерные системы. Типовые решения. Заключение. Перечень лабораторных работ № Наименование работы 1 Моделирование архитектуры RISC процессора на уровне системы команд (Разработка вариантов использования) (8 часов). 2 Моделирование архитектуры RISC процессора на уровне системы команд (Разработка диаграммы классов) (8 часов). 3 Моделирование архитектуры RISC процессора на уровне системы команд (Добавление функциональности) (4 часа). 4 Моделирование архитектуры RISC процессора на уровне системы команд (Разработка тестовых примеров) (4 часа). 5 Моделирование архитектуры RISC процессора на уровне системы команд (Отладка) (6 часов).

Номер темы 1,2,3 1,2,3 1,2,3 1,2,3 1,2,3

Моделирование функционирования фрагментов структуры ЭВМ, разрабатываемой при выполнении курсового проекта. Цели и содержание курсового проекта Для выполнения курсового проекта студентам предлагаются типовые задания. При выполнении курсового проекта требуется разработать структурное и функциональное описание проектируемой ЭВМ. Цель курсового проекта - углубление и закрепление знаний студентов об основных принципах работы ЭВМ. Для выполнения курсового проекта необходимо знание основных разделов дисциплины "Архитектура ЭВМ". Курсовой проект оформляется в виде пояснительной записки (30 -40 с.). Ориентировочное время выполнения курсового проекта - 40 час.

6

Расчет учебных часов по темам и видам занятий

№ темы

1 2 3

4

Название разделов и тем Введение Архитектура центрального процессора Структурная организация ЭВМ Архитектура современных процессоров и ЭВМ

Объем учебных часов Лекции

1 8

Лаборат занятия

Практ. занятия

Аудитор занятия

Самост работа

Всего

Семестр

8 8

8

1 16

14

2 30

20

12

32

24

56

8

20

10

30

20

50

8

Многомашинные и многопроцессорные ВС

10

10

22

32

8

Заключение Курсовое проектирование

1 60

25 105

40 210

8

ИТОГО:

1 15 105

30

7

ЛИТЕРАТУРА Основная

№

Название, библиографическое описание

1

Каган Б.М. Электронные вычислительные машины и системы: Учебное пособие для вузов.М.:Энергоатомиздат,1985. Майерс Г. Архитектура современных ЭВМ: в 2-х кн.М.: Мир, 1985. Коуги П.М. Архитектура конвейерных ЭВМ.-М.: Радио и связь, 1985. Компьютеры на СБИС: в 2-х кн./Мотоока Т., Томита С., Танака Х. и др.-М: Мир, 1988.

2 3 4

Л

Лр

Кп (р)

К-во экз. в библ. (на каф.)

8

8

8

215

8

8

8

Т.1-175 Т.2-173

8

8

8

123

8

8

8

Т.1-11 Т.2-12

Гриф

8

Автор: к.т.н., доцент Рецензент к.т.н., доцент кафедры МОЭВМ

Казак А.Ф. Красюк В.И.

Зав. кафедрой Вычислительной техники д.т.н., профессор

Пузанков Д.В.

Декан факультета Компьютерных технологий и информатики д.т.н., профессор

Герасимов И.В.

Программа согласована: Зав. кафедрой Вычислительной техники д.т.н., профессор

Пузанков Д.В.

Зав. отделом учебной литературы

Киселева Т.В.

Председатель методической комиссии факультета Компьютерных технологий и информатики к.т.н., доцент

Чугунов Л.А.

Руководитель методического отдела, к.т.н., доцент

Марасина Л.А.