ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»
Согласовано | Утверждаю | |
Зав. кафедрой ИС и ВТ доцент | Зав. кафедрой ИС и ВТ доц. |
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«Архитектура вычислительных систем»
Специальность: 230201 «Информационные системы и технологии»
Квалификация (степень) выпускника: специалист
Форма обучения: очная
Составитель: доцент В. В. Спиридонов
Санкт-Петербург
2012
1. Цель и задачи дисциплины
Целью курса "Архитектура вычислительных систем" является усвоение базовой совокупности знаний о принципах организации современных вычислительных систем, на основе которой студенты могли бы самостоятельно оценивать возможности различных вычислительных систем, принимать решения о выборе типа вычислительной системы и особенностях разработки программного обеспечения в зависимости от класса решаемых задач.
Задачи дисциплины - ознакомление студентов с основными принципами организации и функционирования вычислительных систем; важнейшими этапами и тенденциями в развитии вычислительных систем; методами оценки параметров компонент и систем в целом.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Курс «Архитектура вычислительных систем» входит в состав специальных дисциплин подготовки специалистов по специальности «Информационные системы и технологии» и изучается студентами в течение 7 семестра при очной форме обучения или 9 семестра при очно-заочной и заочной формах обучения.
Для освоения курса обучающийся должен изучить дисциплины «Математика», «Информатика», «Архитектура ЭВМ и систем», «Управление данными», «Теория информационных процессов и систем».
3. Требования к результатам освоения дисциплины:
В результате изучения дисциплины студент должен овладеть основами знаний по дисциплине, формируемыми на нескольких уровнях:
Иметь представление: об общих принципах построения и функционирования вычислительных систем, основных концепциях параллелизма, используемых в ВС, особенностях программного обеспечения для работы в параллельных системах.
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать: архитектуру многомашинных и многопроцессорных ВС, вычислительных сетей, технологии распределенной обработки, основные принципы организации и функционирования вычислительных систем, их компоненты, характеристики, возможности и области применения в информационных системах.
Уметь: уметь самостоятельно разбираться в особенностях организации различных вычислительных систем; применять на практике инженерные методы расчета параметров вычислительных систем и соответствующие математические модели; определять основные технические противоречия в системе (устройстве), мешающие ее совершенствованию, и находить пути их разрешения в процессе модификации и проектирования программного обеспечения информационных систем..
Владеть: математическими моделями вычислительных процессов и структур ВС; методами и средствами программирования распределенных ВС и сетей; методами выбора архитектуры, соответствующей принимаемым концепциям разработки программных средств информационных систем.
4. Объём дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоёмкость дисциплины составляет 100 часов.
Вид учебной работы | Всего часов | Семестр |
7 | ||
Аудиторные занятия (всего) | 32 | 32 |
В том числе: | ||
Лекции | 16 | 16 |
Практические занятия (ПЗ) | 16 | 16 |
Семинары (С) | – | – |
Лабораторные работы (ЛР) | – | – |
Самостоятельная работа (всего) | 68 | 68 |
В том числе: | ||
Курсовой проект (работа) | – | – |
Расчётно-графические работы | – | – |
Реферат | – | – |
Другие виды самостоятельной работы: | 16 | 16 |
Работа с литературой | 52 | 52 |
Вид промежуточной аттестации (зачёт, экзамен) | Экзамен | Экзамен |
Общая трудоёмкость час зач. ед. | 100 | 100 |
5. Содержание дисциплины
5.0. Содержание дисциплины по ГОС (СД.06)
Способы организации и типы ВС; параллельная обработка информации: уровни и способы организации; реализация в многомашинных и многопроцессорных ВС; операционные конвейеры; векторные, матричные, ассоциативные системы; однородные системы и среды; RISC-архитектуры; развитие архитектур, ориентированных на языковые средства и среду программирования; основы метрической теории ВС; технология распределенной обработки данных.
5.1. Содержание разделов дисциплины
№ п/п | Наименование раздела дисциплины | Содержание раздела |
1 | Введение | Цель и задачи курса, его роль в подготовке специалистов по ПОВТ и АС и взаимосвязь с другими дисциплинами специальности. Сложные вычислительные задачи и развитие высокопроизводительных вычислительных систем. Роль отечественных ученых в разработке теории и создании ВС. Взаимосвязь программных и аппаратных средств при разработке и функционировании вычислительных систем. |
2 | Общие сведения о вычислительных системах | Способы организации и типы ВС. Основные показатели вычислительных систем, методы их оценки. Классификация вычислительных систем. Особенности и области применения ВС различных классов. Режимы работы ВС. Параллельная обработка информации: уровни и способы организации. Основные уровни и формы параллелизма. Принципы построения высокопроизводительных ВС. Пути повышения производительности ВС. Закон Амдала. Параллельная обработка: реализация в многомашинных и многопроцессорных ВС. |
3 | Организация параллельной обработки в ВС | Параллелизм уровня операций и команд. Микроархитектура для его поддержки. Конвейерное исполнение команд и операций. Неупорядоченное исполнение команд, основные схемы (scoreboard, Томасуло). Конвейер команд: предсказание переходов, основные схемы. Операционные конвейеры. Векторный параллелизм. Параллелизм независимых ветвей, вариантов и задач. Средства разработки параллельных программ: OpenMP, MPI, конструкции языков параллельного программирования |
4 | Векторные, матричные и ассоциативные ВС | Векторные процессоры: этапы развития. Векторно-конвейерные и векторно-параллельные системы. Векторная вычислительная система STAR-100. Векторные системы CRAY. Матричные процессоры: основные разновидности. Вычислительные системы SOLOMON и ILLIAC-IV. Особенности организации ассоциативных процессоров. Ассоциативные системы STARAN и PEPE. Векторные, матричные и ассоциативные системы: функциональные и структурные особенности |
5 | Многопроцессорные и однородные ВС | Многопроцессорные вычислительные системы: разновидности и развитие архитектуры. Многопроцессорные системы Burroughs, Cray. Отечественные вычислительные системы Эльбрус, МИНИМАКС, МИКРОС, МВС. Современные многопроцессорные системы. Организация доступа к памяти в ВС. Сети межсоединений ВС. Однородные системы и среды. Системы с перестраиваемой структурой. Основы метрической теории ВС. Средства моделирования ВС |
6 | ВС со специальной архитектурой | Специальные архитектуры ВС. Систолические массивы и системы обработки сигналов. Транспьютеры. RISC-архитектуры. Функционально-ориентированные архитектуры. Развитие архитектур, ориентированных на языковые средства и среду программирования. ЛИСП-машины, ПРОЛОГ-машины и др. |
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
№ п/п | Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин | № № разделов данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин | ||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | ||
1 | Дипломное проектирование | – | + | – | + | – | – | – |
2 | Проектирование информационных систем | + | + | + | + | + | + | + |
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№ п/п | Наименование раздела дисциплины | Лекции | Прак. зан. | Лаб. зан. | Семин. | СРС | Всего час. |
1 | Введение | 1 | 8 | 9 | |||
2 | Общие сведения о вычислительных системах | 2 | 2 | 12 | 16 | ||
3 | Организация параллельной обработки в ВС | 5 | 6 | 12 | 23 | ||
4 | Векторные, матричные и ассоциативные ВС | 2 | 10 | 12 | |||
5 | Многопроцессорные и однородные ВС | 4 | 6 | 14 | 24 | ||
6 | ВС со специальной архитектурой | 2 | 2 | 12 | 16 |
6. Лабораторный практикум: не предусмотрен.
7. Практические занятия:
№ п/п | № раздела дисциплины | Наименование практических занятий | Трудо-ёмкость (час.) |
1 | 2 | Оценка производительности ВС с учетом возможных отказов отдельных подсистем | 2 |
2 | 3 | Изучение регистровой архитектуры ЭВМ | 2 |
3 | 3 | Ознакомление с системами параллельного программирования MPI и OpenMP | 4 |
4 | 5 | Программирование задач для решения на нескольких ЭВМ | 2 |
5 | 5 | Оценка параметров сетей межсоединений вычислительных систем | 2 |
6 | 5 | Изучение принципов настройки программируемых структур типа FPGA | 2 |
7 | 6 | Анализ возможностей специализированных архитектур | 2 |
8. Курсовой проект (работа): не предусмотрен.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
а) основная литература
1. Цилькер, ЭВМ и систем: учебник для вузов / , . – СПб.: Питер, 2010. – 668 с.
2. Таненбаум, Э. Архитектура компьютера / Э. Таненбаум. – СПб.: Питер, 2002, 2007.
б) дополнительная литература
3. Хорошевский, вычислительных систем: учеб. пособие для вузов / . – 3-е изд. – М.: Изд-во МГТУ им. , 20с.
4. Хамахер, К. Организация ЭВМ / К. Хамахер, З. Вранешич, С. Заки.- 5-е изд. – СПб.: Питер, 20с.
5. Копейкин, ЭВМ и систем: (память ЭВМ): учеб. пособие / , , . – СПб.: Изд-во СЗТУ, 20с.
в) программное обеспечение: Microsoft Visual Studio, MASM, MPICH2.
г) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы: ресурсы Интернет.
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
a) кафедральный компьютерный центр
_____________________________________________________________________________
Разработчики:
кафедра ИС и ВТ доцент
