Рабочая программа дисциплины «Организация ЭВМ и систем» (стр. 1 )

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный государственный университет путей сообщения»

Естественно-научный институт

полное наименование института/факультета

УТВЕРЖДАЮ

Заведующий кафедрой

подпись, Ф. И.О.

«__» __________ 20___г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

дисциплины  ______________«Организация ЭВМ и систем»

__________________________________________

полное наименование дисциплины

направления подготовки (специальности)______230104.65 Системы____________

________________автоматизированного проектирования_______________________

код и наименование направления подготовки

Составитель (и) __ ст. преподаватель, .________________

_____________________________________________________________________

должность, Ф. И.О.

Обсуждена на заседании кафедры «Системы автоматизированного проектирования»

_____________________________________________________________________

полное наименование кафедры-разработчика

«__» ____________ 20____ г., протокол № ___

Одобрена на заседании методической комиссии  _________________________

______________________Естественно-научного института____________________

полное наименование института/факультета

«__» ____________ 20____ г., протокол № ___

.

2010 г.

1 Цели и задачи дисциплины и ее место в учебном процессе

Предлагаемая рабочая учебная программа по курсу «Организация ЭВМ и систем» соответствует обязательному минимуму по дисциплине «Организация ЭВМ и систем» Государственному Образовательному Стандарту подготовки специалистов по специальности 230104.65 – «Системы автоматизированного проектирования» (квалификация инженер).

1.1 Цели преподавания дисциплины

Дисциплина «Организация ЭВМ и систем» является одной из базовых общепрофессиональных дисциплин, предназначенных для подготовки инженеров по направлению 230100 – «Информатика и вычислительная техника» - специалистов, способных осуществлять производственно-технологическую, проектную, научно-исследовательскую, организационно-управленческую профессиональную деятельность в рамках полученной специальности.

Данная дисциплина закладывает основу для изучения таких курсов как «Операционные системы», «Сети ЭВМ и телекоммуникации», «Методы и средства защиты информации», «Интерфейсные контроллеры периферийных устройств».

Основные цели преподавания дисциплины «Организация ЭВМ и систем»:

– формирование у студентов базовых знаний о принципах организации современных ЭВМ, комплексов и систем;

– овладение студентами основными приемами и методами программного управления средствами вычислительной техники на ассемблерном уровне;

– подготовка специалистов высокой квалификации с широким теоретическим кругозором, с современными знаниями об электронно-вычислительных машинах и способных осваивать новое в науке и технике.

1.2 Задачи изучения дисциплины

Основная задача дисциплины «Организация ЭВМ и систем» состоит в том, чтобы дать студентам комплекс знаний, умений и навыков, связанных с применением средств современной вычислительной техники, необходимых для правильного использования электронно-вычислительных машин и систем и их модернизации.

При изучении дисциплины «Организация ЭВМ и систем», необходимо обучить студентов основным принципам построения ЭВМ, ознакомить с различными видами всех элементов входящих в состав вычислительных машин или систем и особенностями их совместимости, наиболее эффективным их использованием и модернизацией.

В результате усвоения материала настоящего курса студент должен

знать:

– терминологию в данной предметной области;

– основные принципы организации технических средств ЭВМ комплексов и систем;

– функциональную и структурную организацию ЭВМ;

– принципы построения основных устройств ЭВМ;

– организацию и структуру ввода-вывода;

– характеристики ЭВМ и систем;

– возможности и области применения наиболее распространенных классов ЭВМ, систем и комплексов;

уметь:

– самостоятельно оценивать возможности различных вычислительных машин и систем, принимать решения о выборе конкретной модификации машины или системы при решении различного рода задач;

­– разбираться в назначении и устройстве различных блоков ЭВМ;

– настраивать отдельные блоки ЭВМ (при ознакомлении с соответствующей документацией);

– с помощью программных средств организовывать управление ресурсами ЭВМ или вычислительных систем;

– читать структурные схемы устройств ЭВМ и машины в целом;

– осуществлять техническое обслуживание ЭВМ и, в случае необходимости, проектировать отдельные блоки и устройства систем обработки информации;

– программировать на языках ассемблера и машинных кодов;

– использовать блоки ВТ для решения задач проектирования.

1.3 Перечень дисциплин, усвоение которых студентам необходимо для изучения данной дисциплины

Курс охватывает широкий круг вопросов, освещающих устройство, функционирование, структуру, проектирование и эксплуатацию ЭВМ. При изучении ряда его разделов используется материал следующих дисциплин:

Дисциплина	Необходимые разделы (темы)
Математический анализ	– Дифференциальное и интегральное исчисления
Дискретная математика	– Элементы алгебры логики
Физика	– Электричество и магнетизм – Оптика
Информатика	– Понятие информации и ее измерение – Технические и программные средства информационных технологий – Обработка данных – Понятие и свойства алгоритма – Принципы построения ЭВМ (принцип программного управления) – Функциональная и структурная организация компьютера – Типы и структуры данных – Организация данных на устройствах с прямым и последовательным доступом – Носители информации и технические средства для хранения данных – Представление информации в цифровых автоматах: системы счисления, методы перевода чисел, форматы представления целых и вещественных чисел в ЭВМ, коды (прямой, обратный, дополнительный, модифицированный), выполнения арифметических операций в ЭВМ
Программирование на языках высокого уровня	– Основные этапы решения задач на ЭВМ – Способы записи алгоритма – Стандартные типы данных – Представление основных управляющих структур программирования

1.4 Блочное построение дисциплины

Шифр и наименование раздела	№ подраздела (блока)	Содержание блока	Объем в часах
Р1 – Базовая архитектура ЭВМ	1	концепция вычислительной машины (ВМ) с хранимой в памяти программой; фон-неймановская архитектура; типы структур вычислительных систем и ВМ; основные характеристики, области применения ЭВМ различных классов	67
2	архитектура системы команд, классификация архитектур системы команд; типы и форматы операндов; типы команд; форматы команд; система операций
3	функциональная и структурная организация процессора; цикл команды; основные показатели ВМ

Шифр и наименование раздела	№ подраздела (блока)	Содержание блока	Объем в часах
Р2 – Организация шин и систем памяти	1	типы шин; иерархия шин; распределение линий шины; фазы работы шины; арбитраж шин; протокол шин; методы повышения эффективности шин	33
2	характеристики систем памяти; иерархия запоминающих устройств; основная память; оперативные запоминающие устройства (ОЗУ); постоянные запоминающие устройства (ПЗУ)
3	кэш-память; организация виртуальной памяти; внешняя память
Р3 – Системы ввода/вывода	1	адресное пространство системы ввода/вывода; внешние (периферийные) устройства; модули ввода/вывода	17
	2	методы управления вводом/выводом; организация прерываний в ВМ; каналы и процессоры ввода/вывода
Р4 – Архитектура вычислительных систем	1	конвейеризация вычислений; суперскалярные процессоры; параллельные системы	27
2	архитектурные особенности организации ЭВМ различных классов; понятие о многомашинных и многопроцессорных системах

Примечание: распределение часов по разделам выполнено согласно Рабочему учебному плану специальности, в котором на изучение дисциплины отводится 144 часа.

1.5 Распределение часов в семестре

Лекции – 36 часов

Лабораторные работы – 36 часов

Самостоятельная работа – 72 часа

Всего часов – 144

2 Содержание дисциплины

Для достижения целей при совместной и индивидуальной познавательной деятельности студентов при овладении теоретическими знаниями и практическими умениями используются следующие формы занятий: аудиторные (лекции и лабораторный практикум) и внеаудиторная (самостоятельная работа студентов).

Во внеаудиторное время студенты должны выполнять следующие виды работ:

– курсовая работа;

– оформление отчетов по лабораторным работам и подготовка к их защите;

– изучение теоретического материала;

– подготовка к тестированию по окончании изучения каждого раздела.

2.1 Тематическое содержание лекционного курса

Номер занятия	Содержание занятия	Кол-во часов
Л1	Концепция ВМ с хранимой в памяти программой: базовые определения; принципы построения ЭВМ; фон-неймановская архитектура ВМ; типы структур вычислительных машин и вычислительных систем (ВС)	2
Л2	Классификация и основные характеристики ЭВМ: характеристики; классификация ЭВМ, области применения ЭВМ различных классов; уровни организации ЭВМ	2
Л3	Архитектура системы команд: система команд; аспекты, характеризующие систему команд; классификация архитектур системы команд; классификация по составу и сложности операндов; классификация по месту хранения операндов	2
Л4	Машинный уровень организации ЭВМ: типы и форматы данных; форматы команд; адресация данных и команд; система операций; характеристики системы операций	2
Л5	Функциональная схема фон-неймановской ВМ: устройство управления; арифметико-логическое устройство; модуль ввода/вывода; основная память	2
Л6	Командный цикл процессора: стандартный цикл команды; цикл команды с косвенной адресацией; командный цикл с прерыванием; основные показатели вычислительных машин	2
Л7	Организация шин: типы шин; иерархия шин; распределение линий системной шины	2

Номер занятия	Содержание занятия	Кол-во часов
Л8	Режимы работы и методы повышения эффективности шин: фазы работы шины; арбитраж шин; протокол шин; методы повышения эффективности шин	2
Л9	Система памяти ЭВМ и характеристики памяти: характеристики систем памяти; иерархия запоминающих устройств; организация микросхем памяти	2
Л10	Основная память: оперативные запоминающие устройства; постоянные запоминающие устройства; энергонезависимые ОЗУ	2
Л11	Кэш-память: организация системы с основной и кэш-памятью; характеристики кэш-памяти; способы отображения оперативной памяти на кэш; алгоритмы замещения информации в заполненной кэш-памяти; алгоритмы согласования содержимого кэш-памяти и основной памяти	2
Л12	Виртуальная и внешняя память: понятие виртуальной памяти; страничная организация памяти; сегментно-страничная организация памяти; внешние запоминающие устройства	2
Л13 – Л14	Системы ввода/вывода: понятие системы ввода/вывода ВМ; адресное пространство системы ввода/вывода; внешние устройства; модули ввода/вывода; методы управления вводом/выводом; каналы и процессоры ввода/вывода	4
Л15	Подсистема прерываний ВМ: аппаратное обеспечение для поддержки прерываний; запрет и разрешение прерываний; обслуживание нескольких устройств; управление запросами устройств; исключения	2
Л16 – Л17	Основные направления в архитектуре процессоров: конвейеризация вычислений; суперскалярные процессоры; уровни параллелизма; классификация параллельных вычислительных систем	4
Л18	Большие компьютерные системы: архитектура мультипроцессорных систем общего назначения; коммуникационные сети; организация памяти в мультипроцессорных системах	2

Примечание: отдельные темы теоретического курса, по усмотрению лектора, могут быть вынесены на самостоятельное изучение.

2.2 Лабораторные занятия, их наименование, объем в часах

С целью усвоения студентами базовых понятий архитектуры ЭВМ (система команд, цикл команды, способы адресации, уровни памяти, способы взаимодействия центрального процессора с памятью и внешними устройствами) в учебный план дисциплины «Организация ЭВМ и систем» включены лабораторные занятия. Лабораторный практикум выполняется на ЭВМ с применением программной учебной модели вычислительной машины, архитектурные особенности которой соответствуют тенденциям современного развития ЭВМ.

В ходе выполнения лабораторных работ студенты получают навыки программирования на языках низкого уровня, знакомятся с функционированием отдельных устройств ВМ и процессами, протекающими в вычислительной системе.

Формы работы при проведении лабораторных занятий:

– краткий теоретический обзор по теме лабораторной работы;

– методические указания преподавателя по написанию программы или проведению моделирования;

– выполнение студентами задания и первичный анализ результатов;

– проверка преподавателем правильности выполнения задания;

– оформление отчета о проделанной работе с обязательной формулировкой выводов и ответами на контрольные вопросы;

– защита отчета.

Лабораторный практикум

Шифр работы	Наименование работы	Объем в часах
ЛР1	Архитектура ЭВМ и система команд	6
ЛР2	Исследование команд передачи управления	4
ЛР3	Исследование механизма косвенной адресации	4
ЛР4	Подпрограммы и стек	4
ЛР5	Командный цикл процессора	4
ЛР6	Программирование внешних устройств	4
ЛР7	Принципы работы кэш-памяти	4
ЛР8	Исследование эффективности кэш-памяти	6

При подготовке к лабораторному практикуму студенты пользуются конспектами лекций и учебной литературой.