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 ИСиВТ доцент |
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«Архитектура ЭВМ и систем»
Направление 230200 – Информационные системы и технологии
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 ЭВМ и систем” является усвоение знаний об организации и принципах построения современных ЭВМ и систем, теоретических основ их анализа и исследования, а также сведений о взаимодействии их программных и аппаратных средств.
Задачи дисциплины - ознакомление студентов с базовыми принципами организации, особенностями построения и взаимосвязью характеристик технических средств современных ЭВМ и систем.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина “Архитектура ЭВМ и систем” относится к федеральному компоненту общепрофессиональной части профессионального цикла дисциплин (ОПД. Ф.10) подготовки специалистов по направлению “Информационные системы” и изучается студентами очной формы обучения в течение 3-го семестра.
Для освоения курса обучающийся должен изучить дисциплины “Математика”, “Информатика”, “Физика”, “Математика (дискретная математика)”, “Технология программирования”, “Математика (математическая логика и теория алгоритмов)”, “Электротехника и электроника”, часть из которых предшествует изучению данной дисциплины, а некоторые – изучаются параллельно.
К основным знаниям, необходимым для изучения дисциплины “ Архитектура ЭВМ и систем”, получаемым из перечисленных дисциплин относятся: основы дискретной математики, систем счисления, двоичной арифметики, булевых функций, математической логики, исчисления предикатов, теории вероятностей и случайных процессов, физических процессов в электрических цепях и электромагнитном поле, основ механики и оптики, основ алгоритмизации и программирования.
Освоение дисциплины необходимо при изучении последующих дисциплин: “Основы коммутации компьютерных сетей ”, ”Объектно-ориентированное программирование ”, “Основы сетевых технологий”, “Операционные системы”, “Управление данными”, “Проектирование информационных систем”, а также в курсовом и дипломном проектировании.
3. Требования к результатам освоения дисциплины:
В результате изучения дисциплины студент должен овладеть основами знаний по дисциплине, формируемыми на нескольких уровнях:
Иметь представление:
- об особенностях архитектуры и принципах построения ЭВМ и систем различных классов, их устройств и блоков;
- о взаимодействии аппаратных и программных средств ЭВМ и систем
- о возможностях применения и перспективах развития ЭВМ и систем.
Знать: основы построения и архитектуры ЭВМ; параметры и характеристики элементов ЭВМ; современные технические и программные средства взаимодействия с ЭВМ; алгоритмы функционирования и структурную организацию основных устройств ЭВМ; методы оценки характеристик ЭВМ и систем и отдельных их устройств; технические характеристики и экономические показатели лучших отечественных и зарубежных образцов ЭВМ и систем.
Уметь: применять полученные знания для решения задач выбора конфигурации, настройки и эксплуатации современных ЭВМ и систем; оценивать производительность отдельных устройств и ЭВМ в целом, зная отдельные ее составляющие; определять класс и конфигурацию ЭВМ, наилучшим образом удовлетворяющую требованиям к функционированию ее в конкретной информационной, вычислительной или управляющей системе; обучать пользователей правилам и необходимым навыкам эксплуатации ЭВМ и систем.
Владеть: методами представления структурных и функциональных схем ЭВМ и систем; умением выбрать устройства и блоки, необходимые для построения вычислительной системы, отвечающей заданным требованиям.
4. Объём дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоёмкость дисциплины составляет 3 зачётные единицы.
Вид учебной работы | Всего часов | Семестры |
3 | ||
Аудиторные занятия (всего) | 50 | 50 |
В том числе: | ||
Лекции | 30 | 30 |
Практические занятия (ПЗ) | 8 | 8 |
Семинары (С) | 0 | 0 |
Лабораторные работы (ЛР) | 12 | 12 |
Самостоятельная работа (всего) | 52 | 52 |
В том числе: | ||
Курсовой проект (работа) | ||
Расчётно-графические работы | ||
Реферат | ||
Другие виды самостоятельной работы: | ||
Работа с литературой | 52 | 52 |
Вид промежуточной аттестации (зачёт, экзамен) | Экзамен | Экзамен |
Общая трудоёмкость час зач. ед. | 102 | 102 |
5. Содержание дисциплины
5.0. Содержание дисциплины по ГОС (ОПД. Ф.08)
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; матричные и ассоциативные вычислительные сети; конвейерные и потоковые вычислительные сети; сети ЭВМ; информационно-вычислительные системы и сети.
5.1. Содержание разделов дисциплины
№ п/п | Наименование раздела дисциплины | Содержание раздела |
1 | Общие сведения об ЭВМ | Цель и задачи курса, его роль в подготовке специалистов по вычислительной технике и взаимосвязь с другими дисциплинами специальности. Цифровая, аналоговая и гибридная формы представления информации. Классификация вычислительных средств по формам представления информации и принципу организации вычислений. Тенденции развития технических средств ЭВМ. Основные виды ЭВМ, обобщенная структура ЭВМ, принцип программного управления, принципы фон Неймана. Основные характеристики ЭВМ. Классификация ЭВМ. Особенности и области применения ЭВМ различных классов. Режимы работы ЭВМ. Системные принципы организации технических средств ЭВМ. Общие сведения о методах оценки производительности и эффективности ЭВМ. |
2 | Запоминающие устройства ЭВМ | Основные понятия и определения. Классификация запоминающих устройств. Организация памяти ЭВМ. Основные характеристики ЗУ. Иерархическая организация многоуровневой памяти ЭВМ. ЗУ с последовательной и произвольной выборкой, адресные и безадресные ЗУ. Назначение, структура и организация работы оперативных ЗУ (ОЗУ). Многоканальный доступ и расслоение обращений. Полупроводниковые ОЗУ. Организация и основные разновидности модулей ЗУ на БИС. Кэш-память Постоянные ЗУ (ПЗУ), их разновидности и организация. Флэш-память. Ассоциативные и многофункциональные ЗУ. ЗУ на жестких и гибких магнитных дисках. ЗУ на оптических дисках. Новые технологии и перспективы развития ЗУ. |
3 | Процессоры ЭВМ | Назначение процессора. Функциональная и структурная организация процессора. Комбинационные и последовательностные схемы. Функционально полный набор логических элементов. Триггеры. Базовые функциональные узлы устройств процессора. Арифметико-логические устройства (АЛУ). Назначение, принципы организации и основные характеристики АЛУ, их классификация. Структура АЛУ и алгоритмы выполнения основных арифметических и логических операций в АЛУ. Основные понятия, назначение и классификация устройств управления (УУ), их функции. Организация управления выполнением последовательности команд и операций. Основные стадии выполнения команды. Взаимодействие узлов УУ при реализации переходов, циклов, обращений к процедурам и др. Системы адресации ЭВМ. Схемные УУ. УУ с жесткой логикой на основе микропрограммных автоматов. Микропрограммные УУ. |
4 | Системные средства ЭВМ | Системы прерывания программ ЭВМ, виды прерываний. Организация прерываний в ЭВМ, основные структурные схемы и характеристики систем прерываний. Приоритетное обслуживание прерываний. Прерывания в персональных ЭВМ. Системы памяти ЭВМ, их классификация и характеристики. Страничная и сегментная организация памяти. Способы защиты памяти. Управление обменом с внешней памятью, дисциплины обслуживания обращений к внешним ЗУ, дисковые массивы. Организация ввода-вывода. Управление вводом-выводом в многопрограммных ЭВМ. Алгоритмы и структура интерфейсов ввода-вывода при различных видах обмена: программно-управляемом, по прерыванию, с прямым доступом к памяти. Организация шин интерфейса. Типовые интерфейсы ЭВМ. Периферийные устройства: основные характеристики, способы подключения к ЭВМ и режимы обмена. |
Организация ЭВМ и систем | Архитектурные особенности организации ЭВМ различных классов. Понятие о многомашинных и многопроцессорных вычислительных системах (ВС). Вычислительные комплексы (ВК). Параллельные системы. Классификация и основные типы вычислительных систем. Матричные и ассоциативные вычислительные сети; конвейерные и потоковые вычислительные сети. Сети ЭВМ. Информационно-вычислительные системы и сети. Основные характеристики аналоговых и гибридных вычислительных машин. |
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 | ||
Управление данными | + | |||||
Основы коммутации компьютерных сетей | + | + | + | |||
Проектирование информационных систем | + | + | ||||
Операционные системы | + | + | ||||
Дипломное проектирование | + | + | + |
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№ п/п | Наименование раздела дисциплины | Лекции | Прак. зан. | Лаб. зан. | Семин. | СРС | Всего час. |
1 | Общие сведения об ЭВМ | 4 | 3 | 9 | 16 | ||
2 | Запоминающие устройства ЭВМ | 6 | 2 | 14 | 22 | ||
3 | Процессоры ЭВМ | 8 | 3 | 8 | 5 | 24 | |
4 | Системные средства ЭВМ | 6 | 12 | 18 | |||
5 | Организация ЭВМ и систем | 6 | 4 | 12 | 22 |
6. Лабораторный практикум:.
№ п/п | № раздела дисциплины | Наименование лабораторных работ | Трудо-ёмкость (час.) |
1. | 3 | Исследование структуры и принципа действия двоичного арифметического устройства | 4 |
2. | 3 | Исследование устройства микропрограммного управления | 4 |
3. | 5 | Определение конфигурации и оценка производительности ПЭВМ | 4 |
7. Практические занятия:
№ п/п | № раздела дисциплины | Наименование практических занятий | Трудо-ёмкость (час.) |
1. | 1 | Оценка времени выполнения микропрограммы | 3 |
2. | 2 | Построение схемы разряда операционного устройства | 2 |
3. | 3 | Разработка алгоритмов управления выполнением команд | 3 |
8. Курсовой проект (работа) на тему: Курсовой проект по дисциплине 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. Бройдо, ЭВМ и систем: учебник для вузов / , . – СПб.: Питер, 2009. – 720 с.
б) дополнительная литература
3. Таненбаум, Э. Архитектура компьютера / Э. Таненбаум. – СПб.: Питер, 2002, 2007.
4. Гук, М. Аппаратные средства IBM PC: энциклопедия / М. Гук. – 3-е изд. – СПб.: Питер, 20с.
5. Спиридонов, структур АЛУ: учеб. пособие / . – СПб.: СЗПИ, 19с.
6. Копейкин, ЭВМ: учеб. пособие / , , . - Л.: СЗПИ, 19с.
7. Копейкин, ЭВМ и систем: (память ЭВМ): учеб. пособие / , , . – СПб.: Изд-во СЗТУ, 20с.
8. Организация ЭВМ и систем: метод. указ. к выполнению лаб. работ / сост.: , , . – СПб.: Изд-во СЗТУ, 20с.
в) программное обеспечение: Microsoft Visual Studio, MASM, проприетарное ПО.
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
