МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Алтайский государственный университет»

Рубцовский институт (филиал)

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО ДИСЦИПЛИНЕ

Архитектура ЭВМ

Специальность - 230101.65 Вычислительные машины, комплексы, системы и сети

Форма обучения – очная

Кафедра – математики и прикладной информатики

Рубцовск - 2011

СОДЕРЖАНИЕ

1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА.. 4

2. ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН.. 5

3. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ.. 7

4. Методические рекомендации по освоению учебной дисциплины 11

5. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ.. 14

6. СПИСОК ОСНОВНОЙ И ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ, ДРУГИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ.. 15

1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Изучение дисциплины рассчитано на 170 часов, при этом не менее половины часов отводится на самостоятельные занятия.

Целью изучения дисциплины «Архитектура ЭВМ» является усвоение базовых знаний о принципах организации современных ЭВМ, на основе которых студенты могли бы самостоятельно оценивать возможности различных вычислительных машин, принимать решения о выборе конкретной модификации машины, осуществлять техническое обслуживание ЭВМ.

Задачи дисциплины:

В результате усвоения материала настоящего курса студенты должны знать:

·  основные принципы организации технических средств ЭВМ и систем;

·  функциональную и структурную организацию ЭВМ;

·  принципы построения основных устройств ЭВМ;

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

·  важнейшие этапы и тенденции в развитии цифровой, аналоговой и гибридной вычислительной техники;

·  методы оценки параметров ЭВМ и отдельных их устройств.

Требования к уровню обучения:

В результате изучения дисциплины студенты должны:

·  владеть сложившейся терминологией в данной области;

·  уметь самостоятельно разбираться в назначении и устройстве различных блоков ЭВМ;

·  определять основные технические противоречия в системе, мешающие ее совершенствованию, и находить пути их разрешения в процессе модификации и проектирования систем;

·  настраивать отдельные блоки ЭВМ, при ознакомлении с соответствующей документацией;

·  использовать средства ВТ для решения задач проектирования.

Дисциплина «Архитектура ЭВМ» относится к циклу ЕН. В.01. Цикл общематематические и естественнонаучные дисциплины. Дисциплина по выбору

Дисциплина базируется на знаниях, умениях и навыках, полученных студентами при изучении такой дисциплины, как «Информатика».

2. ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

(распределение часов курса по разделам и видам работ)

Очная форма обучения

Дидактические единицы (ДЕ)

Наименование тем

Максимальная нагрузка студентов, час.

Количество аудиторных часов при очной форме обучения

Самостоятельная работа студентов, час.

Лекции

Семинары

Лабораторные работы

1

2

3

4

5

6

7

ДЕ 1 (35 баллов)

Тема 1. История развития вычислительной техники

10

2

8

Тема 2. Принципы построения ЭВМ, поколения ЭВМ

12

2

6

4

Тема 3. Функциональная и структурная организация ЭВМ.

16

2

4

10

Тема 4. Интерфейсы ЭВМ.

18

2

2

14

Промежуточный контроль

Зачет лабораторных работ

ДЕ II (40 баллов)

Тема 5. Архитектура современного процессора

16

8

4

4

Тема 6. Cache-память

12

2

6

4

Тема 7. BIOS

8

2

2

4

Тема 8. Организация оперативной памяти

18

6

4

8

Тема 9. Внешние запоминающие устройства

14

4

4

6

Промежуточный контроль

Зачет лабораторных работ

ДЕ III (25 баллов)

Тема 10. Параллельные системы

14

4

10

Тема 11. Современные архитектуры вычислительных систем.

18

4

6

8

Тема 12. Организация обмена в вычислительной системе

14

2

6

6

Промежуточный контроль

Защита лабораторных работ

Итоговый контроль

Экзамен – 40 баллов

Итого часов

170

40

44

86

 

3. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

(дидактические единицы)

ДЕ I (56 часов)

Тема 1. История развития вычислительной техники.

Аудиторное изучение: Основные этапы истории развития СВТ.

Самостоятельное изучение: История развития информатики в СССР.

Тема 2. Принципы построения ЭВМ, поколения ЭВМ

Аудиторное изучение: Архитектура Неймана. Основные характеристики ЭВМ, деление ЭВМ на поколения. Классификация ЭВМ по Флинну.

Самостоятельное изучение: Классификация ЭВМ по различным основаниям.

Тема 3. Функциональная и структурная организация ЭВМ.

Аудиторное изучение: Общие принципы функциональной и структурной организации ЭВМ. Функционирование ЭВМ с магистральной архитектурой. Особенности управления основной памятью ЭВМ. Система прерываний ЭВМ.

Самостоятельное изучение: Способы перехода от функциональной к структурной организации ЭВМ.

Тема 4. Интерфейсы ЭВМ.

Аудиторное изучение: Определение интерфейса, конструктивная, информационная, электрическая совместимость. Канал, шина, сигнал, магистраль, пропускная способность интерфейса.

Самостоятельное изучение: Принципы построения интерфейсов.

ДЕ II (68 часов)

Тема 5. Архитектура современного процессора.

Аудиторное изучение: Программная модель МП. Основные регистры, стековая память, организация прерываний, режимы работы, адресация памяти. Формат команды микропроцессора IA-32. Сегментная адресация, страничная адресация, правила на основе привилегий, применяемые для защиты сегментов кода, стека и данных. Конвейеризация. RISC-архитектура ЦП Pentium Burst-архитектура.

Самостоятельное изучение: Системное ядро ПК. Селектор. Структура микропроцессоров IA-32. Архитектура Core.

Тема 6. Cache-память.

Аудиторное изучение: Организация cache-памяти, кэш прямого отображения, наборно-ассоциативный кэш, принцип записи в кэш.

Самостоятельное изучение: режимы работы кэш.

Тема 7. BIOS

Аудиторное изучение: организация BIOS, программно-аппаратная составляющая BIOS, ACPI, APIC.

Самостоятельное изучение: Система виртуальных прерываний, реализуемые в операционных системах.

Тема 8. Организация оперативной памяти.

Аудиторное изучение: стандарты оперативной памяти. Механизмы адресации памяти. Организация работы оперативных ЗУ в многопрограммных ЭВМ. Секционированные ЗУ. Страничная и сегментная организация памяти. Многоканальные и многоблочные ЗУ. Способы защиты памяти. Управление обменом с внешней памятью, дисциплины обслуживания обращений к внешним ЗУ.

Самостоятельное изучение: Способы взаимодействия с буферной памяти, памятью 3го уровня

Тема 9. Внешние запоминающие устройства.

Аудиторное изучение: Хранение информации на НЖМД, адресация CHS и LBA Постоянные ЗУ (ПЗУ), их разновидности и организация. Флэш-память. Ассоциативные и многофункциональные ЗУ.

Самостоятельное изучение: Новые технологии и перспективы развития ЗУ.

ДЕ III (46 часов)

Тема 10. Параллельные системы.

Аудиторное изучение: основные классы параллельных систем, их характерные особенности, технологии параллельного программирования. Закон Амдала.

Самостоятельное изучение: способы оценки производительности супер-ЭВМ.

Тема 11. Современные архитектуры вычислительных систем.

Аудиторное изучение: VLIW-архитектуры, IA-64 и EPIC, архитектурные решения Е2К, реализованные в суперкомпьютере Эльбрус 3. Аналоговые и гибридные ЭВМ и комплексы.

Самостоятельное изучение: сравнительные характеристики E2K и Alpha 21264.

Тема 12. Организация обмена в вычислительной системе.

Аудиторное изучение: подсистемы, обеспечивающие обмен данными между периферийными устройствами и ЦП. Подсистема обработки аппаратных прерываний и подсистеме прямого доступа к памяти.

Самостоятельное изучение: Ресурсы систем

Содержание лабораторных занятий (семинаров)

Лабораторная работа №1. Анализ состава и оценка производительности аппаратных средств ЭВМ персонального компьютера.

На основе отчетов тестового программного обеспечения (ПО) выполнить техническое описание аппаратных средств ЭВМ персонального компьютера.

Лабораторная работа №2. Системные ресурсы ЭВМ.

Произвести классификацию системных ресурсов персонального компьютера

Лабораторная работа №3. Регистры процессора 8086.

Изучить назначение регистров процессора 8086 и основные принципы использования регистров для управления работой процессора. Изучить способы сегментирования памяти процессора 8086.

Лабораторная работа №4. Система прерываний x86.

Изучить способы использования системы прерываний в архитектуре x86.

Лабораторная работа №5. Задержка памяти ОЗУ.

На основе изменения таймингов памяти получить оптимальную производительность подсистемы памяти.

Лабораторная работа №6. Графическая вычислительная система.

Спроектировать графическую вычислительную систему, подобрать для нее необходимые комплектующие.

Материалы к итоговому контролю

Вопросы к экзамену

1.  Внешние запоминающие устройства. Классификация. Основные характеристики.

2.  Интерфейс системной шины. Классификация. Стандарты.

3.  Интерфейсы внешних запоминающих устройств в ПЭВМ.

4.  Классификация интерфейсов ЭВМ. Способы управления обменом.

5.  Конвейеризация. Конфликты и методы их разрешения.

6.  Логическая структура хранения данных НЖМД.

7.  Назначение и структура процессора.

8.  Накопители на магнитной ленте. Основные характеристики.

9.  НГМД, классификация, основные характеристики.

10.  НЖМД, классификация, основные характеристики.

11.  Общие сведения и классификация устройств памяти

12.  Оптические запоминающие устройства. Классификация. Основные характеристики.

13.  Основные принципы управления внешними устройствами. Понятие интерфейса.

14.  Основные характеристики ЭВМ.

15.  Понятие о состоянии процессора. Вектор состояния.

16.  Последовательный и параллельный порты ввода-вывода. Универсальная последовательная шина.

17.  Прямой доступ к памяти в ЭВМ.

18.  Прямой доступ к памяти. Функции контроллера ПДП.

19.  Система прерывания программ (принципы, характеристики).

20.  Системы визуального отображения информации (видеоадаптеры). Классификация, основные характеристики.

21.  Системы визуального отображения информации (мониторы). Классификация, основные характеристики.

22.  Совместная работа периферийных и центральных устройств. Режимы передачи данных.

23.  Стековая память. Кэш-память

24.  Устройства вывода информации в ЭВМ. Основные характеристики.

25.  Формы представления чисел в ЭВМ

26.  Центральные устройства ЭВМ. Микропроцессоры.

27.  Центральные устройства ЭВМ. Электронная память.

28.  Эволюция развития СВТ.

4. Методические рекомендации по освоению учебной дисциплины

Промежуточная аттестация осуществляется путем оценки отчетов по результатам лабораторных работ.

Учебным планом по данной дисциплине предусмотрено проведение итогового экзамена после изучения всего курса.

Методика изучения дисциплины строится из следующих элементов:

­  теоретическая часть (лекция);

­  лабораторные занятия;

­  самостоятельная работа с учебниками, Интернет-ресурсами и конспектами лекций.

Цель лекции – сообщение новых знаний, систематизация и обобщение накоплен­ных, развитие познавательных и профессиональных интересов.

Лабораторные занятия – как обязательный элемент образовательного процесса по данной дисциплине, призван закрепить полученные теоретические знания и обеспечить формирование основных навыков и умений практической работы с компьютером, а также в области разработки локальных вычислительных сетей. Они проводятся по мере изучения теоретического материала и выполняются индивидуально каждым студентом. При подготовке отчета приветствуется работа в команде, но защита отчета проводится строго индивидуально.

Перечень и содержание лабораторных работ приводится в содержательной части данного учебно-методического комплекса.

Основная работа по курсу выполняет­ся студентами самостоятельно. Лекции и лабораторный практикум способны лишь более конкретно ориентировать студента, показать ключевые направ­ления дисциплины, обеспечивать ознакомление с ключевыми понятиями, и магистральные пути развития знаний в области архитектуры ЭВМ.

Для закрепления теоретических знаний, ознакомления с литературой и приобретения навыков самостоятельного мышления в рамках самостоятельной работы предусмат­ривается выполнение следующих видов заданий:

·  работа с лекционным материалом;

·  подготовка к лабораторным работам, оформление отчетов по выполненным лабораторным работам, подготовка к защите;

·  изучение рекомендованной литературы (основной и дополнительной), работа с библиотечным каталогом, самостоятельный подбор необходимой литературы;

·  поиск необходимой информации через Интернет;

·  составление обзора публикаций по теме из предложенного преподавателем списка литературных источников;

·  подготовка каждым студентом устного сообщения на лабораторном занятии;

·  подготовка к экзамену.

Критерии оценки знаний студентов в целом по дисциплине:

Балльно-рейтинговая технология предполагает, что студенту для получения по данной дисциплине приемлемой оценки необходимо набрать от 61 до 100 баллов.

Максимум 100 баллов студент может набрать в ходе семестра на аудиторных занятиях и промежуточном контроле. Экзамен может дополнительно принести до 40 баллов.

За первый дидактический мод баллов за лабораторные работы и до 15 баллов за самостоятельную работу. Успешная защита каждой лабораторной работы оценивается в 5 баллов. Итого за модуль можно получить 35 баллов.

За второй дидактический мод баллов за лабораторные работы и до 4 баллов за самостоятельную работу. Успешная защита каждой лабораторной работы оценивается в 5 баллов. Итого за модуль можно получить 40 баллов.

За третий дидактический мод баллов за лабораторные работы и до 9 баллов за самостоятельную работу. Успешная защита каждой лабораторной работы оценивается в 5 баллов. Итого за модуль можно получить 25 баллов.

Итоговая оценка за дисциплину выставляется по результатам работы студента в течении семестра и результата сдачи экзамена. Допуск к экзамену осуществляется только после защиты отчетов по всем лабораторным работам. В экзаменационный билет входит два вопроса. При неполных ответах будут задаваться дополнительные вопросы.

Для получения на экзамене оценки «Отлично» необходимо полностью и без ошибок ответить на поставленные вопросы, уметь хорошо ориентироваться в предметной области, знать материал из основной и дополнительной литературы.

Оценка «Хорошо» ставится, если студент не полно отвечает на оба вопроса, либо допускает небольшие неточности в ответе, однако хорошо ориентируется в материале.

Если студент не полностью отвечает на оба вопроса, знание предметной области слабое студент получает оценку «Удовлетворительно».

Во всех остальных случаях оценка «Неудовлетворительно».

По результатам экзамена студент получает дополнительно баллы: за оценку «Отлично» – 40 баллов, «Хорошо» – 30 баллов, «Удовлетворительно» – 10 баллов.

Итоговая оценка выставляется по следующему принципу:

·  от 61 до 75 баллов – удовлетворительно

·  от 76 до 90 – хорошо

·  от 91 до 100 - отлично

Студент, набравший менее 61 баллов, получает оценку «Неудовлетворительно».

5. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Рубцовский институт (филиал) АлтГУ располагает материально-технической базой, соответствующей санитарно-техническим нормам и обеспечивающей проведение всех видов лабораторной, практической подготовки и научно-исследовательской работы студентов, предусмотренных ГОС.

Аудиторный фонд института, оснащенный СВТ, включает 7 компьютерных классов (4 класса по 15 ПК в каждом, 1 – по 17 ПК, 2 – по 18 ПК), и 4 мобильных класса на ноутбуках. 2 класса по 15 ПК используются в режиме свободного доступа студентов. Все компьютеры объединены в единую локальную вычислительную сеть и имеют доступ в Интернет.

Лекционные занятия по дисциплине проводятся в аудиториях, оснащенных мультимедийными проекторами.

Лабораторные работы выполняются в стационарных или мобильных компьютерных классах.

Мобильные классы на ноутбуках используются в учебно-образовательной деятельности, как для учебных занятий, так и для организации доступа к ресурсам корпоративной сети и Internet на всей территории РИ АлтГУ.

В учебном процессе используется лицензионное программное обеспечение. На различных ПК установлено системное программное обеспечение Windows XP Professional Service Pack 3, Windows 7 Enterprise Service Pack 1, Windows 7 Professional Service Pack 1, Windows 8 Enterprise, Windows 8 Pro.

Для оформления отчетов по лабораторным работам, подготовки докладов и презентаций используется пакет прикладных программ: Microsoft PowerPoint 2007, Microsoft PowerPoint 2010, Microsoft Word 2007, Microsoft Word 2010. Также для самостоятельной работы студенты могут по своему усмотрению использовать дополнительно свободно-распространяемое ПО или demo-версии. Для его развертывания на каждом ПК есть специальный раздел Public с необходимыми правами доступа.

6. СПИСОК ОСНОВНОЙ И ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ, ДРУГИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ

Основная литература

1.  С Современный компьютер: устройство, выбор, модернизация / . - СПб: Питер, 2c.

2.  Аппартные средства локальных сетей : Энциклопедия / М. Гук. - СПб: Питер, 2c.

3.  Аппаратные средства IBM PC. / М. Гук. - СПб: Питер, 2c.

4.  Жмакин ЭВМ: Учебное пособие / . - СПб.: БХВ - Петербург, 2c

5.  Компьютерные сети. Модернизация и поиск неисправностей. / К. Закер. - Спб.: БХВ-Петербург, 2c.

6.  Техника сетевых атак : Том 1. Приемы противодействия / К. Касперский. - М.: Солон - Р, 2c.

7.  Олифер сети : Принципы, технологии, протоколы / , . - СПб: Питер, 2c.

Дополнительная литература

1.  Конфигурирование ПК на процессорах Pentium: Пер. с нем. / Р. Вебер. - М.: Мир, 1c

2.  Колесниченко средства РС / , . - СПб.: БХВ - Петербург, 2c.

3.  Все о персональном компьютере: Большая энциклопедия / А. Косцов, В. Косцов. - М.: Мартин, 2c.

4.  Леонтьев энциклопедия персонального компьютера 2003 / . - М.: ОЛМА-Пресс, 2c

5.  А Информационные процессы в компьютерных сетях : Протоколы, стандарты, интерфейсы, модели / . - М.: Кудиц-Образ, 2c.

Базы данных, Интернет-ресурсы,

информационно-справочные и поисковые системы

1.  www. ***** (Новейшие компьютерные технологии)

2.  www. ***** (Последние новости в компьютерном мире)

3.  www. ***** (Достижения суперкомпьютерной техники)

.