1 Цель изучения дисциплины
1.1 Задача изучения дисциплины. Задачей изучения дисциплины «Архитектура вычислительных систем» (АВС) является изучение архитектуры вычислительных систем, взаимодействия и управления процессами, принципов построения аппаратных и программных средств и взаимодействия их в процессе ввода, обработки и вывода информации в современных ВС.
1.2 В результате изучения дисциплины студент должен знать: принципы организации ВС и основные принципы работы устройств ВС и их взаимодействия, организацию работы мультипроцессорных ВС, перспективные архитектуры ВС.
1.3 Пререквизиты: «Информатика», «Основы дискретной математики» («Дискретная математика»), «Операционные системы», «Электроника и схемотехника».
1.4 Постреквизиты: “Организация микропроцессорных систем” (“Микроконтроллеры”).
2 Система оценки уровня знаний студентов
Для дисциплины АВС устанавливаются следующие виды контроля: текущий контроль, рубежный контроль, итоговый контроль.
Видами текущего контроля являются контрольные работы, выполнение лабораторных и самостоятельных работ. К итоговому контролю относится экзамен. Разбалловка видов контроля по дисциплине приведена в таблице 1.
Таблица 1
Распределение рейтинговых баллов по видам контроля
Вид итогового контроля | Виды контроля | Баллы |
Экзамен | Итоговый контроль | 40 |
Рубежный контроль | 20 | |
Текущий контроль | 40 |
Сроки сдачи результатов текущего контроля определяются календарным графиком учебного процесса по дисциплине (таблица 2). Количество текущих контролей определяется содержанием дисциплины и ее объемом, которое указывается в учебно-методическом комплексе дисциплины.
Таблица 2
Календарный график сдачи всех видов контроля по дисциплине
«Архитектура вычислительных систем»
Недели | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 |
Недельное количество контроля | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
Виды контроля | СР1 | Л1 | Л2 | СР3 | Л3 | РК1 | Л4 | СР10 | Л5 | СР13 | К1 | Л7 | РК2 | ||
Баллы | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 10 | 4 | 3 | 3 | 3 | 4 | 3 | 10 | ||
Виды контроля: Л – лабораторное занятие, К – контрольная, СР - самостоятельная работа, РК – рубежный контроль. |
Студент допускается к сдаче экзамена при наличии рейтингового балла 
30. Экзамен считается сданным в случае набора 
20 баллов. Итоговая оценка по дисциплине определяется по шкале (таблица 3).
Таблица 3
Оценка знаний студентов
Оценка | Буквенный эквивалент | Рейтинговый балл (в процентах %) | В баллах |
Отлично | А | 95-100 | 4 |
А- | 90-94 | 3,67 | |
Хорошо | В+ | 85-89 | 3,33 |
В | 80-84 | 3,0 | |
В- | 75-79 | 2,67 | |
Удовлетворительно | С+ | 70-74 | 2,33 |
С | 65-69 | 2,0 | |
С- | 60-64 | 1,67 | |
D+ | 55-59 | 1,33 | |
D | 50-54 | 1,0 | |
Неудовлетворительно | F | 0-49 | 0 |
3 Содержание дисциплины
3.1 Тематический план курса
Таблица 4
Номер | Наименование темы | Количество академических часов | |||
Лекции | Лабораторные | СРCП | СРC | ||
I | II | III | IV | V | VI |
1 | Введение. Архитектура ВС. Структурная схема ВС. | 2 | 2 | 2 | 3 |
2 | Иерархия аппаратных средств ВС. Модель фон Неймана. | 2 | 2 | 2 | 3 |
3 | Программное обеспечение ВС | 2 | 2 | 2 | 3 |
4 | Организация системы прерывания. | 2 | 2 | 2 | 3 |
5 | Запоминающие устройства ВС. | 2 | 2 | 2 | 3 |
6 | Логическая организация памяти. | 2 | 2 | 2 | 3 |
7 | Внешняя память ВС. | 2 | 2 | 2 | 3 |
8 | Процессоры ВС. | 2 | 2 | 2 | 3 |
9 | Системы ввода-вывода ВС. | 2 | 2 | 2 | 3 |
10 | Персональные компьютеры. Микропроцессоры | 2 | 2 | 2 | 3 |
11 | Организация работы мультипрограммных ВС. | 2 | 2 | 2 | 3 |
I | II | III | IV | V | VI |
12 | Защита памяти в мультипрограммных ВС. | 2 | 2 | 2 | 3 |
13 | Мультипроцессорные ВС. | 2 | 2 | 2 | 3 |
14 | Архитектуры PVP и NUMA. | 2 | 2 | 2 | 3 |
15 | Параллельная обработка данных. Перспективы развития ВС. Заключение. | 2 | 2 | 2 | 3 |
Всего (часов) | 30 | 30 | 30 | 45 |
3. 2 Название и содержание лекционных занятий (30 часов)
3.2.1. Архитектура ВС. Основные понятия, характеристики, классификация, компоненты. Логическая, физическая программная стпуктуры ВС. Функциональные возможности ВС. Система команд ВС. Аппаратные средства. Структурная схема вычислительной системы (2часа)
3.2.2. Иерархия аппаратных средств ВС. Модель фон Неймана. Иерархия аппаратных средств ВС (устройства, узлы, элементы). Классическая структура ВМ - модель фон Неймана. Основные «Неймановские Принципы». Особенности ВМ с архитектурой фон Неймана. Особенности современных вычислительных систем (2 часа).
3.2.3. Программное обеспечение ВС. Системное, инструментальное и прикладное программное обеспечение. Операционные системы. Понятие процесса и состояния. Взаимодействие и управление процессами (2часа).
3.2.4. Организация системы прерывания. Прерывание программы, способы определения допустимого момента прерывания. Приоритетное обслуживание прерываний. Маска прерывания. Слово состояния программы (2часа).
3.2.5. Запоминающие устройства ВС. Запоминающие устройства, их классификация, характеристики, иерархическое построение памяти современных ВС (2часа).
3.2.6. Логическая организация памяти. Сегментация памяти, физические и логические адреса, связывание адресов. Концепция виртуальной памяти. Преобразование виртуальных адресов в реальные (2часа).
3.2.7. Внешняя память ВС. Жесткие диски. Характеристики и интерфейсы НМД. Магнито - оптические диски. Дисковые массивы Raid. Лазерные компакт-диски, CD, DVD (2 часа).
3.2.8. Процессоры ВС. Классификация, состав процессора. Устройство управления с жесткой и программируемой логикой. Микрокоманды. Выполнение операций. Микропроцессорная память (2часа).
3.2.9. Системы ввода-вывода ВС. Интерфейсы. Организация передачи данных. Магистрально-модульный принцип построения ВС. Контроллеры устройств ввода-вывода. (2часа).
3.2.10. Персональные компьютеры. Микропроцессоры. Взаимодействие основных узлов и устройств персонального компьютера при автоматическом выполнении команд (2часа).
3.2.11. Организация работы мультипрограммных ВС. Основные понятия мультипрограммного режима работы ВС, аппаратные и программные средства, показатели, коэффициент мультипрограммирования (2часа).
3.2.12. Защита памяти в мультипрограммных ВС. Требования к системе защиты информации, методы защиты памяти мультипрограммных ВС. Организация защиты памяти в персональной ВМ (2часа).
3.2.13. Мультипроцессорные ВС. Архитектуры многопроцессорных ВС. Отличительные особенности SMP и MPP-архитектур. Достоинства и недостатки (2часа).
3.2.14. Архитектуры PVP и NUMA. Гибридная архитектура (NUMA). Организация когерентности многоуровневой иерархической памяти. PVP-архитектура. Кластерная архитектура (2часа).
3.2.15. Параллельная обработка данных. Перспективы развития ВС. Типы параллелизма, потоки команд и потоки данных. Классификация по Флинну. СуперЭВМ, транспьютеры, интеллектуализация вычислительных систем, нейрокомпьютеры (2часа).
3.3 Название, содержание и количество часов лабораторных занятий (30 часов)
Лабораторное занятие №1. Синтез дешифраторов (4 часа).
Лабораторное занятие №2. Синтез двоичных шифраторов (4 часа).
Лабораторное занятие №3. Моделирование схемы приоритетного обслуживания запросов на прерывание (4 часа).
Лабораторное занятие №4. Построение ОЗУ заданной организации (3 часа).
Лабораторное занятие №5. Изучение системы виртуального моделирования PROTEUS VSM и ее функциональных возможностей (4 часа).
Лабораторное занятие №6. Исследование устройства имитации работы светофора на микроконтроллере PIC16F84A (4 часа).
Лабораторное занятие №7. Синтез микропрограммного устройства управления (МПУУ) выполнением арифметических операций (с использованием модели автомата Мили) (4 часа).
Лабораторное занятие №8. Синтез микропрограммного устройства управления (МПУУ) выполнением арифметических операций (с использованием модели автомата Мура) (3 часа).
3.4 Название темы и количество часов СРС (45 часов)
Таблица 5
№ | Задания | Кол-во часов |
1 | Узлы и элементы аппаратных средств ВС | 3 |
2 | Адресная и ассоциативная организация памяти | 3 |
3 | Стековая организация памяти | 3 |
4 | Сегментная организация памяти | 3 |
5 | Косвенная адресация | 3 |
6 | Понятие виртуальной памяти | 3 |
7 | Файловая система процессора | 3 |
8 | Способы кодирования данных | 3 |
9 | Прямой доступ к памяти (Direct Memory Access – DMA) | 3 |
10 | Логические принципы организации ввода-вывода | 3 |
11 | Структура системы ввода-вывода | 3 |
12 | Буферизация и кэширование | 3 |
13 | BIOS, вход и основные параметры системы | 3 |
14 | Свойства BIOS, стандартная настройка параметров | 3 |
15 | Защита файлов. Контроль доступа к файлам | 3 |
3.5 Название темы и количество часов СРСП (30 часов)
Таблица 6
№ | Задания | Кол-во часов |
1 | Комбинационные узлы и устройства ВС | 2 |
2 | Методы синтеза комбинационных узлов ВС | 2 |
3 | Модели устройств ВС с памятью | 2 |
4 | Принципы приоритетного обслуживания прерываний | 2 |
5 | Физические принципы элементов ЗУ | 2 |
6 | Логические принципы организации памяти | 2 |
7 | Внешние носители информации | 2 |
8 | Классификация АЛУ | 2 |
9 | Порты ВС | 2 |
10 | Режимы работы мультипрограммных ВС | 2 |
11 | Микропрограммное управление | 2 |
12 | Защита при управлении памятью в ПК | 2 |
13 | Разделение памяти между процессами | 2 |
14 | Современные архитектуры ВС | 2 |
15 | Перспективные архитектуры параллельных ВС | 2 |
Таблица 7
Таблица проведения занятий
№ | День | Время | Наименование темы |
I | II | III | IV |
Лекции | |||
1 | Введение. Архитектура ВС. Структурная схема ВС. | ||
2 | Иерархия аппаратных средств ВС. Модель фон Неймана. | ||
3 | Программное обеспечение ВС | ||
4 | Организация системы прерывания. | ||
5 | Запоминающие устройства ВС. | ||
6 | Логическая организация памяти. | ||
7 | Внешняя память ВС. | ||
8 | Процессоры ВС. | ||
9 | Системы ввода-вывода ВС.. | ||
10 | Персональные компьютеры. Микропроцессоры | ||
11 | Организация работы мультипрограммных ВС. | ||
12 | Защита памяти в мультипрограммных ВС. | ||
13 | Мультипроцессорные ВС. | ||
14 | Архитектуры PVP и NUMA. | ||
15 | Параллельная обработка данных. Перспективы развития ВС. Заключение. | ||
I | II | III | IV |
Лабораторные занятия | |||
1 | Синтез дешифраторов | ||
2 | Синтез двоичных шифраторов | ||
3 | Моделирование схемы приоритетного обслуживания запросов на прерывание | ||
4 | Построение ОЗУ заданной организации | ||
5 | Исследование работы модели арифметико-логического устройства в системе программирования LabView | ||
6 | Изучение системы виртуального моделирования PROTEUS VSM и ее функциональных возможностей | ||
7 | Синтез микропрограммного устройства управления (МПУУ) выполнением арифметических операций (с использованием модели автомата Мили) | ||
8 | Синтез микропрограммного устройства управления (МПУУ) выполнением арифметических операций (с использованием модели автомата Мура) |
4. Учебно-методические материалы по дисциплине
Основная литература
1. Организация ЭВМ и систем: конспект лекций.- М.: МГИЭиМ, 2006.
2. Цифровые устройства и микропроцессоры. Цифровые устройства: учебное пособие.- Алматы: АИЭС, 2006.
3. , Архитектура ЭВМ и систем: учебник. 2-е изд. – СПб.: Питер, 2009.
4. , Организация ЭВМ и систем: учебник для вузов. 2-е изд. — СПб.: Питер, 2011.
Дополнительная литература
5. Архитектура ЭВМ: учебное пособие. 2-е изд. – СПб.: БХВ-Петербург, 2010.
6. рхитектура компьютера. 5-е изд. - СПб.: Питер, 2007.
7. Синтез микропрограммных автоматов. – Л.: Энергия, 1979.
8. Синтез цифровых автоматов. - М.: Физматгиз, 1962.
9. Методические указания к лабораторным работам. –А.: КазНТУ, 2011. - Ч. 1.
10. Методические указания к лабораторным работам. –А.: КазНТУ, 2011. - Ч. 2.
СОДЕРЖАНИЕ
1. Цель изучения дисциплины …………………………………………….. | 3 |
2. Система оценки уровня знаний студентов……………………………. | 3 |
3. Содержание дисциплины……………………………………………….. | 4 |
4. Учебно-методические материалы по дисциплине…………………… | 8 |
