Программа вступительного экзамена в аспирантуру по специальности 05.13.15 «Вычислительные машины, комплексы и компьютерные сети»
Введение
В основу настоящей программы положены следующие дисциплины: Организация ЭВМ и систем, информатика, программирование на языках высокого уровня, операционные системы, вычислительные сети и системы.
1. Информатика
История развития информатики и предмет информатики (в узком и широком понимании), основные три ее направления (теоретическая, прикладная и техническая).
Основные понятия информатики – алфавит, слово, информация, сообщение, измерение сообщений и информации, виды и свойства информации, меры количества информации (по Хартли и Шеннону), их свойства и значение, вопросы связанные с информационными системами и управлением в системе.
Понятия и сведения алгебры высказываний и предикатов – высказывания, предикаты, аксиомы, логические выражения и функции, эквивалентные выражения и приведение к эквивалентному выражению, другие сопутствующие понятия и факты логики, а также инфологические задачи.
Основные понятия об алгоритме в программах и алгоритмизации решения задач. Основные понятия о данных к алгоритмам, их базовые типы и структуры, вопросы их использования в алгоритмизации задач. Основные понятия о базовых исполнителях алгоритмов – человеке и конечном автомате, об их управляющих и исполняющих подсистемах, структурах.
2. Принципы организации вычислительных машин
История развития средств вычислительной техники. Роль отечественных ученых в разработке ЭВМ. Классификация ЭВМ. Обобщенные структуры ЭВМ общего назначения. Основные характеристики ЭВМ. Модельный и модельный принципы разработки ЭВМ.
Базовые узлы ЭВМ. Шины передачи данных. Передающие схемы с тремя состояниями. Регистры хранения и сдвига, счетчики, дешифраторы, селекторы, мультиплексоры. Программируемые логические матрицы. Сумматоры, их классификация. Синтез комбинационного сумматора, накапливающий сумматор. Методы ускоренного переноса. Десятичный сумматор. Матричный сумматор. Схемы сравнения и методы их построения.
Запоминающие устройства. Классификация и основные технические характеристики запоминающих устройств (ЗУ). Оперативные ЗУ (ОЗУ). Назначение и принцип работы. Полупроводниковые ОЗУ. Статические и динамические элементы памяти. Организация ЗУ на кристалле. Организация модулей и блоков полупроводниковой оперативной памяти. Организация ОЗУ на ферритовых сердечниках с прямоугольной петлей гистерезиса. Постоянные ЗУ (ПЗУ), их классификация. Организация полупроводниковых ПЗУ. Магнитные ПЗУ.
Расположение и поиск информации на магнитных барабанах, дисках, лентах и картах. Основные методы записи и контроля информации. Принципы сопряжения с ЭВМ.
Машинные носители информации: гибкие магнитные диски, магнитные ленты. Оптические диски. Средства подготовки данных на машинных носителях.
Устройства ввода-вывода. Средства ввода информации с магнитных и оптических носителей. Ввод, вывод и обработка графической информации.
Структура и организация запоминающих устройств. Иерархические, секционированные, адресные, безадресные ассоциативные запоминающие устройства. Структура данных и структура памяти. Страничная и странично-сегментная организация памяти. Защита памяти. Многоканальное управление памятью. Организация кэш-памяти.
Процессоры и организация их работы. Назначение и обобщенная структура процессора, основные характеристики. Операционная и управляющие части процессора. Принципы кодирования управляющей информации и неймановская схема вычислительной машины. Адресные и безадресные системы кодирования. Методы адресации и их связь с характеристиками и структурой памяти машины.
Форматы команд и их связь со структурой процессора. Функциональная организация центрального процессора (ЦП). ЦП с непосредственными связями и ЦП с магистральной структурой. Матричные, конвейерные и ассоциативные процессоры.
Устройства правления (УУ). Аппаратные УУ. Схемы однофазной, двухфазной и многофазной синхронизации. УУ с постоянным и переменным циклом работы. Микропрограммные УУ. Методы кодирования и минимизации объема управляющей памяти. Реализация микропрограммного УУ на основе программируемых логических матриц с репрограммируемыми ПЗУ.
Прерывание программ. Основные уровни прерывания и организация приоритетного обслуживания запросов.
Ввод-вывод и обмен информацией в ЭВМ и вычислительных системах. Каналы ввода-вывода, виды каналов. Понятие канальной программы. Структуры и функционирование селекторного и мультиплексного каналов.
Унифицированные системы связей - интерфейсы, их основные типы и выполняемые функции.
Телеобработка информации, ее организация. Структуры звеньев передачи данных. Абонентские пульты, мультиплексоры передачи данных. Аппаратура передачи данных.
3. Операционные системы
Понятие операционной системы. Виртуальные машины. Операционная система, среда и операционная оболочка. Эволюция операционных систем. Назначение, состав и функции ОС. Архитектура операционной системы. Классификация операционных систем. Эффективность и требования, предъявляемые к ОС. Совместимость и множественные прикладные среды. Виртуальные машины как современный подход к реализации множественных прикладных сред. Эффекты виртуализации.
История семейства операционных систем UNIX/Linux. Генеалогия семейства операционных систем и некоторые известные версии UNIX. Операционные системы фирмы Microsoft. Отличия семейства UNIX/Linux от операционных систем Windows и MS DOS.
Стандарты семейства UNIX. Стандарты языка программирования C. System V Interface Definition (SVID). Комитеты POSIX. X/Open, OSF и Open Group. Лицензии на программное обеспечение и документацию.
Основные понятия, связанные с интерфейсом операционных систем. Графический интерфейс пользователя в семействе UNIX/Linux. К истории X Window system. Основные понятия системы X Window. X Window в Linux. Интегрированная графическая среда KDE. Интегрированная графическая среда GNOME.
Концепция процессов и потоков. Задание, процессы, потоки (нити), волокна. Мультипрограммирование. Формы многопрограммной работы. Управление процессами и потоками. Создание процессов и потоков. Модели процессов и потоков. Планирование заданий, процессов и потоков. Взаимодействие и синхронизация процессов и потоков. Методы взаимоисключений. Семафоры и мониторы. Взаимоблокировки (тупики). Синхронизирующие объекты ОС. Аппаратно-программные средства поддержки мультипрограммирования. Системные вызовы.
Организация памяти современного компьютера. Функции ОС по управлению памятью. Распределение памяти. Страничная организация виртуальной памяти. Оптимизация функционирования страничной виртуальной памяти. Сегментная организация виртуальной памяти. Сегментно-страничная виртуальная память.
Устройства ввода-вывода. Назначение, задачи и технологии подсистемы ввода-вывода. Согласование скоростей обмена и кэширования данных. Разделение устройств и данных между процессами. Обеспечение логического интерфейса между устройствами и системой. Поддержка широкого спектра драйверов. Динамическая загрузка и выгрузка драйверов. Поддержка синхронных и асинхронных операций ввода-вывода. Многослойная (иерархическая) модель подсистемы ввода-вывода. Драйверы. Файловые системы. Основные понятия. Архитектура файловой системы. Организация файлов и доступ к ним. Каталоговые системы. Физическая организация файловой системы. Физическая организация и адресация файла. Физическая организация FAT-системы. Файловые операции. Контроль доступа к файлам.
Вопросы
1. Основные направления информатики.
2. Виды и свойства информации.
3. Меры количества информации.
4. Алгебра предикатов.
5. Понятие алгоритма, базовые типы алгоритмов.
6. Конечные автоматы.
7. Основные узлы ЭВМ.
8. Шины передачи данных.
9. Запоминающие устройства. Классификация и основные технические характеристики.
10. Структура и организация запоминающих устройств.
11. Внешние накопители.
12. Устройства ввода-вывода.
13. Структура машинной команды, форматы команд.
14. Процессорные архитектуры.
15. Прерывания и исключения.
16. Понятие операционной системы и эволюция операционных систем.
17. Требования к операционным системам. Задания, процессы, потоки.
18. Функции ОС по управлению памятью. Виртуальная память.
19. Работа ОС с жесткими дисками.
20. ОС и устройства ввода-вывода. Драйвера.
Основная литература
1. , Орлов ЭВМ и систем: Учебник для ВУЗов. – СПб.: Питер, 2004. Мелехин, машины, системы и сети: учебник для вузов/, . – М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 560 с.
2. , , Кириченко системы, сети и коммуникации: Учебн. пособие. –М. :Финансы и статистика, 2008. – 736 с.
3. , Олифер сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 3-е изд. – СПб.: Питер, 2008. – 958 с.
4. Степанов : Учебник для вузов. – СПб.:Питер, 2010. – 714с.
Дополнительная литература
1. Хорошевский, вычислительных систем: учеб. пособие для вузов. – М: Изд-во МГТУ им. , 2005. – 512 с.
2. , Мартемьянов ЭВМ и логические основы переключательных функций: учеб. пособие / , . - 3-е изд., испр. и доп. М.: Машиностроение-1, 2005, 256 с.
3. Крылов : Алгоритмы, математика эволюции и технологии будущего. – М.: Изд-во ЛКИ, 2008. – 288 с.
4. Иванова программирования. Учебник для вузов. – М.:МГТУ, 2004. – 530с.
