Архитектура компьютеров

Версия документа - 1

стр. 11 из 35

Первый экземпляр __________

КОПИЯ № _____

14.

Перспективы развития ЭВМ и

3

4

2

-

2

Интеллект-карта

вычислительных систем

Итого

72

36

18

18

(Л – лекции;

СРС –

самостоятельная работа студентов

Коли-

Тема лекции

Содержание

чество

часов

Предмет и содержание курса, взаимосвязь курса со

Развитие вычислительной

смежными

дисциплинами.

Место и роль

вычислительной

техники и

информатики

на современном

этапе. Краткий

техники и основные

обзор истории развития вычислительной техники. Поколения

характеристики

2*

ЭВМ. Эволюция ЭВМ и вычислительных систем (ВС).

компьютеров

Основные характеристики семейств ЭВМ различных классов.

Понятие о суперЭВМ, мини- и микроЭВМ. Основные

области и формы применения ЭВМ.

Обобщенная структурная схема ЭВМ. Состав устройств,

их назначение и взаимодействие. Принцип программного

Принципы построения

управления. Особенности фон-неймановской архитектуры

ЭВМ и вычислительных

ЭВМ. Последовательность прохождения информации при

2*

систем

обработке на ЭВМ. Архитектура информационно-

вычислительных систем. Понятие о программном

обеспечении (ПО) ЭВМ.

Этапы подготовки информации для обработки на ЭВМ.

Представление информации на различных этапах подготовки

и обработки данных на ЭВМ. Системы счисления,

применяемые в ЭВМ, их характеристика. Формы

представления числовой и алфавитной информации в ЭВМ.

Информационно-

Машинные коды. Алгоритмы выполнения арифметических

4

операций над машинными кодами в различных формах их

логические основы ЭВМ

представления. Операции над десятичными числами.

Форматы данных в современных ЭВМ и ВС. Роль и место

алгебры логики в цифровой вычислительной технике.

Функционально-полные наборы логических элементов.

Комбинационные схемы, основные методы их построения.

Версия документа - 1

стр. 12 из 35

Первый экземпляр __________

КОПИЯ № _____

Классификация элементов ЭВМ. Техническая реализация

запоминающих и логических элементов. Стандартизация

системы элементов в ЭВМ и их обозначения. Регистры,

Элементы и узлы ЭВМ

счетчики,

дешифраторы, сумматоры их назначение,

4*

принципы функционирования. Структура и состав основных

модулей микропроцессорных комплектов БИС. Направление

развития микропроцессорных комплектов.

Назначение и состав программного обеспечения. Его

роль

в

организации

вычислительного

процесса.

Программное обеспечение

Характеристика проблемно-ориентированного и прикладного

ПО.

Особенности

ПО

вычислительных

систем.

2*

ЭВМ и вычислительных

систем

Операционные системы, их типы, состав и функции. Понятие

о машинных языках современных ЭВМ и ВС. Структура и

система команд ПЭВМ.

Общие принципы функциональной и структурной

организации современных ЭВМ и ВС. Организация

функционирования ЭВМ с магистральной архитектурой.

Основные характеристики центральных и периферийных

Функциональная и

устройств,

интерфейса системной шины. Классификация

периферийных устройств. Взаимодействие центральных и

структурная организация

2*

ЭВМ и ВС

периферийных устройств. Структурная организация и

взаимодействие узлов и устройств ЭВМ при выполнении

основных команд ЭВМ. Системы адресации. Технология

выполнения основных команд ЭВМ и ее отображение в виде

структурных схем.

Назначение и структура центрального процессора (ЦП).

Состав

устройств.

Центральное устройство

управления

(ЦУУ). Классификация ЦУУ. Обобщенные структурные

схемы ЦУУ. Микропрограммный и аппаратный способы

управления

ЭВМ.

Арифметико-логические

устройства

(АЛУ): назначение, основные характеристики, обобщенная

структурная

схема.

Взаимодействие

блоков

АЛУ

при

выполнении различных арифметических и логических

операций. Структура базового микропроцессора (МП)

Центральный процессор

современных

моделей

компьютеров

фирмы

Intel,

4*

взаимодействие его узлов и блоков. Скалярная и

мультискалярная архитектура МП. Характеристика и

архитектурные особенности семейства МП фирмы Intel. МП

фирм Cyrex и AMD. Система команд МП фирмы Intel. Работа

МП при выполнении команд. Конвейер команд,

прогнозирование переходов.

Сопроцессоры, их назначение, классификация. RISC- и

CISC-процессоры, их использование в ПЭВМ будущих

поколений.

Версия документа - 1

стр. 13 из 35

Первый экземпляр __________

КОПИЯ № _____

Запоминающие устройства (ЗУ), назначение, основные

характеристики.

Классификация

ЗУ.

Иерархическая

структура ЗУ. Сверхоперативная память: регистровая память,

стековая память, кэш-память. Оперативная память (ОП), ее

назначение, способы записи и считывания информации.

Размещение информации в ОП персонального компьютера.

Внутренние запоминающие

Адресуемая

единица

информации.

Запись

и

чтение

1*

устройства

различных информационных единиц (полуслова, слова,

двойного слова, расширенного слова). Реальный и

защищенный режимы работы ОП. Особенности адресации

при линейной и сегментной организации ОП. Постоянная

память, ее назначение, принципы перезаписи информации.

Понятие ассоциативной памяти.

Назначение и классификация внешних запоминающих

устройств (ВЗУ), их основные параметры. Типы магнитных

носителей информации. Способы кодирования, записи и

считывания данных на магнитных носителях. Диски, их

устройство, типы и характеристики.

Накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД).

Внешние запоминающие

Размещение

информации

на дисках:

дорожки,

сектора,

4*

устройства

кластеры. Логическая структура диска. Форматирование

дисков: физическая разметка, логическое и системное

форматирование. Характеристики НЖМД.

Оптические запоминающие устройства. Конструктивные

особенности построения, принципы нанесения и считывания

информации, основные характеристики.

Назначение, классификация и основные характеристики

устройств вводавывода. Устройства общения оператора с

ЭВМ. Клавиатуры. Дисплеи и дисплейные станции.

2

Устройства ввода и вывода

Печатающие

устройства

и

графопостроители.

Читающие

автоматы (сканеры). Манипуляторы. Сканеры. Принципы

преобразования и распознавания информации.

Средства организации параллельной работы ЦП и

внешних устройств. Системы ввода-вывода. Интерфейсы

ввода-вывода. Особенности программного управления

вводом-выводом. Концепция виртуальных устройств.

Организация обмена

Физический и логический уровень интерфейсов в ПК типа

информацией между ЦП,

IBM PC. Синхронный и асинхронный обмен, прямой доступ к

2

внутренней памятью и

памяти (ПДП). Назначение ПДП, функции и принцип

внешними устройствами

действия контроллера ПДП. Интерфейс системной шины.

Способы организации совместной работы периферийных и

центральных устройств в вычислительных системах. Система

управления вводом-выводом в ВС на физическом уровне.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Челябинский государственный университет»(ФГБОУ ВПО «ЧелГУ»)

Троицкий филиал

Кафедра математики и информатики

Учебно-методический комплекс дисциплины «Архитектура компьютеров»по направлению

подготовки 010400.62 “Прикладная математика и информатика» общемупрофилю ФГБОУ ВПО «ЧелГУ»

Версия документа - 1

стр. 14 из 35

Первый экземпляр __________

КОПИЯ № _____

Организация многопрограммного (многозадачного)

режима работы ВС и ПЭВМ. Система прерываний и

приоритетов, их назначение. Виды прерываний. Алгоритм

обработки прерываний. Функции операционной системы в

Аппаратно-программные

управлении прерыванием. Принцип действия прерывания в

средства для реализации

ПК типа IBM PC. Приоритеты и дисциплины обслуживания

2

прерываний.

многопрограммных

Динамическое

распределение

памяти.

Понятие

режимов работы

виртуальной памяти.

Страничная и сегментная организация памяти. Системы

защиты памяти, их виды и назначение. Защита памяти по

ключам. Проверка уровня привилегий.

Классификация

и

особенности

архитектуры

вычислительных систем различных типов. Типовые

структуры и характеристики ВС. Уровни и средства

комплексирования средств вычислительной техники. Области

применения

и

эффективность

использования

вычислительных комплексов. Технико-эксплуатационные

характеристики

многопроцессорных

и

многомашинных

Параллельные

вычислительных

систем.

Матричные,

конвейерные,

2

потоковые и ассоциативные ВС. Модель

взаимодействия

вычислительные системы

открытых

систем

и ее

модификации

в

Локальных

Вычислительных Сетях (7-ми уровневая модель).

Использование ПЭВМ в вычислительных системах в качестве

периферийного процессора, процессора ввода-вывода,

удаленного интеллектуального терминала, концентратора

сообщений в телекоммуникационных системах. Показатели

эффективности различных режимов работы ВС.

Общие

тенденции

совершенствования

средств

вычислительной техники. Развитие элементной базы и

логической структуры ЭВМ. Влияние микроэлектроники на

развитие ПЭВМ.

Характеристика последних моделей ЭВМ

Перспективы развития

различных классов.

Пути совершенствования конфигурации

2*

ЭВМ и вычислительных

вычислительных

машин,

структур

различных

устройств

систем

ЭВМ. Примеры построения ЭВМ и

ВС

нетрадиционных

архитектур. Повышение производительности ЭВМ за счет

совершенствования алгоритмов обработки информации.

Характеристика ЭВМ пятого поколения.

Итого:

36(19*)

* - Лекции с использованием интерактивных технологий

Версия документа - 1

стр. 15 из 35

Первый экземпляр __________

КОПИЯ № _____

Наименование

Литература

(ссылка на номер

Номер

Номер

и краткое

Цель и характер занятия

Кол-во

ПЗ

темы

содержание

часов

в списке

основной литера-

занятия

туры)

В

процессе

интерактивного

обсуждения студенты должны понять:

- обобщенную

структурную схему

ЭВМ, состав устройств, их назначение и

взаимодействие.

- принцип программного управления.

- особенности

фон-неймановской

архитектуры ЭВМ.

Принципы

- последовательность

прохождения

информации при обработке на ЭВМ.

[1, стр. 116 127];

построения

- получить

представление

об

1

2

ЭВМ

и

архитектуре

и

программном

2*

[2, стр. 97 103];

вычислительны

обеспечении (ПО) ЭВМ.

[4, стр. 56 80].

х систем

Вопросы по теме:

1.Назначение основных блоков ЭВМ.

2.Примерная схема архитектуры фон-

Неймана (ЭВМ 1,2-го поколения).

3.Примерная схема архитектуры ЭВМ

3-го поколения.

4.Основные классы архитектур ЭВМ.

5.Ограничивающие факторы фон-

неймановской архитектуры в реальных

задачах обработки данных.

В

процессе

интерактивного

обсуждения студенты должны получить

ответы на следующие вопросы:

Информационн

1. Системы счисления,

применяемые в

[1, стр. 80 115];

ЭВМ, их характеристика.

[2, стр. 33 87];

о-логические

2. Формы представления

числовой

и

2

3

2*

[3, стр. 733 751];

основы ЭВМ

алфавитной информации в ЭВМ.

[4, стр. 47 55].

3. Машинные

коды

и

алгоритмы

выполнения арифметических операций

над машинными кодами.

4. Операции

над

десятичными

числами.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Челябинский государственный университет»(ФГБОУ ВПО «ЧелГУ»)

Троицкий филиал

Кафедра математики и информатики

Учебно-методический комплекс дисциплины «Архитектура компьютеров»по направлению

подготовки 010400.62 “Прикладная математика и информатика» общемупрофилю ФГБОУ ВПО «ЧелГУ»

Версия документа - 1

стр. 16 из 35

Первый экземпляр __________

КОПИЯ № _____

5.

Форматы

данных в

современных

ЭВМ и ВС.

6.

Алгебра

логики

в

цифровой

вычислительной технике.

7.

Функционально-полные

наборы

логических элементов ЭВМ и системах

8.

Основные

методы

построения

комбинационных схем.

В процессе работы с программной

FreeMind построить интеллект-карту со

следующим контентом:

Элементы

и

1.

Классификация элементов ЭВМ.

[1, стр. 116 127;

2. Регистры,

счетчики, их назначение,

3

2*

4

узлы ЭВМ

принципы функционирования.

[2, стр. 83 87].

3.

Дешифраторы, сумматоры - их

назначение, принципы

функционирования.

В процессе диалога и одновременной

работы с

программной

FreeMind

построить

интеллект-карты

со

следующим контентом:

Программное

1. Состав программного обеспечения.

[1, стр.342 352];

обеспечение

2.

Структура и виды команд.

3.

Состав машинных команд.

[2, стр. 103 114];

4

ЭВМ и

2*

5

4.

Характеристика

проблемно-

вычислитель-

[4, стр. 70 81]

ориентированного и прикладного ПО.

ных систем.

5.

Операционные системы, их типы,

состав и функции.

6.

Характеристика

семейства

операционных систем

ОС

Windows.

Состав и назначение компонент.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Челябинский государственный университет»(ФГБОУ ВПО «ЧелГУ»)

Троицкий филиал

Кафедра математики и информатики

Учебно-методический комплекс дисциплины «Архитектура компьютеров»по направлению

подготовки 010400.62 “Прикладная математика и информатика» общемупрофилю ФГБОУ ВПО «ЧелГУ»

Версия документа - 1

стр. 17 из 35

Первый экземпляр __________

КОПИЯ № _____

В процессе коллективной работы с

программной

FreeMind

построить

интеллект-карту

со

следующим

контентом:

1.

Общие принципы функциональной и

структурной организации современных

ЭВМ и ВС.

2.

Основные

принципы

Функциональн

функционирования ЭВМ.

[1,

стр.116 122];

ая и

3. Основные

характеристики

[2,

стр. 97 173];

5

6

структурная

центральных

и

периферийных

2*

организация

устройств,

интерфейса

системной

[4, стр. 56 80].

ЭВМ и ВС

шины

4.

Классификация

периферийных

устройств.

5.

Взаимодействие

узлов

и

устройств

ЭВМ при

выполнении

основных

команд ЭВМ..

6.

Системы адресации.

7.

Технология

выполнения

основных

команд ЭВМ.

В процессе коллективной работы с

программной

FreeMind

построить

интеллект-карту контентом, содержа-

щим ответы на следующие вопросы:

1.

Какие

функции

выполняет

центральный процессор?

2.

Что определяет разрядность процесс-

[1,

стр.128 152];

сора?

[2, стр. 103 115];

Центральный

3.

Назовите

основные

характеристики

6

процессора.

2*

[3,

стр. 54 61];

7

процессор

4. Структура

базового

микропро-

цессора

(МП)

фирмы

Intel,

[4, стр. 60 63].

взаимодействие его узлов и блоков.

5.

Скалярная

и

мультискалярная

архитектура микропроцессора.

6.

Характеристика

и

архитектурные

особенности

семейства

МП

фирмы

Intel.

7.

Работа МП при выполнении команд.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Челябинский государственный университет»(ФГБОУ ВПО «ЧелГУ»)

Троицкий филиал

Кафедра математики и информатики

Учебно-методический комплекс дисциплины «Архитектура компьютеров»по направлению

подготовки 010400.62 “Прикладная математика и информатика» общемупрофилю ФГБОУ ВПО «ЧелГУ»

Версия документа - 1

стр. 18 из 35

Первый экземпляр __________

КОПИЯ № _____

В процессе коллективной работы с

программной

FreeMind

построить

интеллект-карту контентом, содержа-

щим ответы на следующие вопросы:

1.

Для чего нужны адреса в памяти?

2.

Что характерно для памяти с

байтовой адресацией?

3.

Через

какие

шины

происходит

[1, стр.188 199];

взаимодействие с памятью?

[2, стр. 124 148];

Внутренние

4. Для

чего

нужна

система прямого

7

8

запоминающие

доступа к памяти?

1*

[3, стр.185 200]

устройства

5. В

чем заключаются

особенности

защищенного режима работы

[4, стр. 63 64].

6.

В

чем

заключаются

основные

недостатки реального режима?

7.

Что дает защита памяти с помощью

сегментации?

8.

Что лежит в основе четыреху-

ровневой иерархической системы?

9.

Как

представляются

символы

в

оперативной памяти?

В процессе коллективной работы с

программной

FreeMind

построить

интеллект-карту

со

следующим

контентом:

1.

Приведите классификацию внешних

запоминающих устройств

2.

Назовите

устройства

внешней

памяти

[1, стр.204¸244];

3.

Приведите

организацию данных

и

[2, стр. 173¸190];

Внешние

схемы доступа к данным в устройствах

8

9

запоминающие

внешней памяти

1*

[3, стр. 99¸123 ];

устройства

4. Способы

кодирования,

записи

и

[4, стр. 64¸68].

считывания

данных

на

магнитных

носителях.

5.

Размещение

информации

на

дискетах: дорожки, сектора, кластеры.

6.

Логическая структура дискеты.

7.

Магнитооптические диски.

8.

Дисковые массивы и уровни RAID.

Определения. Назначения.

9.

Контроллеры внешних устройств.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Челябинский государственный университет»(ФГБОУ ВПО «ЧелГУ»)

Троицкий филиал

Кафедра математики и информатики

Учебно-методический комплекс дисциплины «Архитектура компьютеров»по направлению

подготовки 010400.62 “Прикладная математика и информатика» общемупрофилю ФГБОУ ВПО «ЧелГУ»

Версия документа - 1

стр. 19 из 35

Первый экземпляр __________

КОПИЯ № _____

В процессе коллективной работы с

программной

FreeMind

построить

интеллект-карту

со

следующим

контентом:

[1, стр.273¸299];

1. Классификация

и

основные

[2, стр. 173¸226];

Устройства

характеристики

устройств

ввода-

9

вывода.

1*

[3, стр. 123¸151];

10

ввода и вывода

2. Отображение

информации

на

[4, стр. 68¸70].

экранах дисплеев. Типы дисплеев.

3. Печатающие устройства Ударные и

безударные устройства печати.

4. Сканеры. Принципы преобразования

и распознавания информации.

В процессе коллективной работы с

программной

FreeMind

построить

интеллект-карту

со

следующим

контентом:

Организация

1. Средства организации параллельной

[1, стр. 167¸187];

обмена

работы ЦП и внешних устройств.

информацией

2. Особенности

программного

[2, стр. 149¸173];

10

11

между

ЦП,

управления вводом-выводом.

1*

[3, стр. 231¸254];

внутренней

3. Синхронный и асинхронный обмен,

памятью

и

прямой доступ к памяти.

транзакции.

[4, стр. 70¸80].

внешними

4. Понятие

шинной

устройствами

Устройство

шины.

Синхронная

и

асинхронная шины. Стандарты обмена

данными.

5. Система прерываний и приоритетов,

их назначение.

В процессе коллективной работы с

программной

FreeMind

построить

интеллект-карту

со

следующим

контентом:

[1, стр.485¸491];

1. Классификация

и

особенности

[2, стр. 251¸269];

Параллельные

архитектуры

параллельных

вычисли-

11

13

вычислительны

тельных систем различных типов.

2*

[3, стр. 559¸606];

е системы

2. Типовые

структуры

и

характе-

[4, стр. 90¸99].

ристики параллельных ВС.

3. Технико-эксплуатационные

характеристики

многопроцессорных

и

многомашинных

вычислительных

систем.

Итого:

18(18*)

Версия документа - 1

стр. 20 из 35

Первый экземпляр __________

КОПИЯ № _____

Номер

Кол-во

Литература (ссылка на номер в

Формы контроля

Тема СРС

списке основной и

темы

часов

успеваемости

дополнительной лит-ры)

Принципы построения

Проверка

1.

1

О. [1-4]

домашней работы в

ЭВМ и вычислительных

Д. [2], [6], [7]

форме интеллект-

систем

карты

2.

Информационно-

1

О. [1], Глава 5, вопросы 1-11;

Проверка

логические основы

О. [2], Глава 1, вопросы 1-7.

домашней работы

построения ЭВМ

Д. [6], [8]

О. [1], Глава 7, вопросы 1-15;

Обсуждение

3.

Элементы и узлы ЭВМ

1

О. [2], Глава 2, вопросы 1, 2, 3.

докладов

Д. [6], [7], [8]

4.

Программное обеспечение

1

О. [4], Тема 3, Раздел 4.5.2.

Проверка

ЭВМ и вычислительных

О. [1], Глава 19, вопросы 1-11.

домашнего задания

систем

Д. [9], [10], [12]

Функциональная и

О. [4], Тема 3, Раздел 4.1.

О. [1], Глава 7, вопросы 1-3, 13-15.

5.

структурная организация

1

Д. [9], [10], [12]

Тестирование

ЭВМ и ВС

О. [4], Тема 3, Раздел 4.2.

Проверка

6.

Центральный процессор

1

О. [1], Глава 8, вопросы 1-14;

домашней работы в

[2], Глава 2, вопросы 4-6.

форме интеллект-

Д. [12], [14]

карты

Внутренние запоминающие

О. [1], Глава 11, вопросы 1-10;

Проверка

7.

1

О. [2], Глава 2, вопросы 6-11.

устройства

домашней работы

Д. [6], [12], [14]

О. [4], Тема 3, Раздел 4.5.1.

Проверка

8.

Внешние запоминающие

1

О. [1], Глава 11, вопросы 11-23;

домашней работы в

устройства

О. [2], Глава 2, вопросы 32-38.

форме интеллект-

Д. [6], [12], [14]

карты