Контрольная работа

Министерство образования и науки РФ

Федеральное агентство по образованию

Саратовский государственный технический университет

ОРГАНИЗАЦИЯ ЭВМ И СИСТЕМ

Методические указания к выполнению контрольной работы и организации самостоятельной работы для

студентов специальности 220400

заочной формы обучения

Электронное издание локального распространения

Одобрено

редакционно-издательским

советом Саратовского

государственного

технического университета

Саратов – 2006

Все права на размножение и распространение в любой форме остаются за разработчиком.

Нелегальное копирование и использование данного продукта запрещено.

Составитель: Сайкин Александр Иванович

Рецензент:

410054, Саратов, ул. Политехническая. 77

Научно-техническая библиотека СГТУ

тел. 52-63-81, 52-56-01

http://lib.sstu.ru

Регистрационный

номер

© Саратовский государственный

технический университет, 2006

1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ.

Целью преподавания дисциплины «Организация ЭВМ и систем» является изучения студентами основ организации электронных вычислительных машин и систем, математического аппарата анализа и синтеза вычислительных машин структур и методов организации взаимодействия между структурными элементами и основных алгоритмов функционирования ЭВМ.

Задачами дисциплины являются изучение основных методов организации вычислительных систем, методов оптимизации по основным критериям качества задачи практического синтеза цифровых устройств.

Перечень дисциплин, усвоение которых необходимо для изучения данной дисциплины: математика, дискретная математика, математическая логика и теория алгоритмов.

В соответствии с учебным планом студенты изучают дисциплину "Организация ЭВМ и систем" в основном самостоятельно. Объём часов по учебному плану: очных занятий, из них обзорных лекций 14 часов, лабораторных работ 14 часов, самостоятельная работа 112 часов. Контрольная работа выдаётся в 4 семестре, экзамен в 5 семестре. Студенты, не выполнившие контрольную, работу к экзамену не допускаются.

2. ПРОГРАММА ИЗУЧЕНИ ДИСЦИПЛИНЫ.

1. История развития вычислительной техники [3].

2. Минимизация булевых функций на картах Карно и развёртках кубов на плоскости. Построение тестовых комбинаций для комбинационных схем. Правило Де-Моргана и переход в заданный базис для многоуровневых схем [7].

3.Стрктура машины Неймана. Форматы команд и порядок их выполнения. Управляемые шины в общей структуре ЭВМ [1-3].

8. Графы алгоритмов микроопераций [1, 2].

9.Матричные схемы алгоритмов и объединение графов [1,2].

10. Разметка графов состояниями [1,2].

11. Кодирование состояний графа [1,2].

12. Дешифратор обратной связи в управляющем автомате [1].

13. Построение обратной таблицы переходов для управляющего автомата [1].

14. Сокращение таблицы переходов и узлы в графе микроопераций [1].

15. Структурный автомат [1].

16. Учёт распределения сдвигов в матричной схеме алгоритма [1].

17. Доопределение функций возбуждения в управляющем автомате [1,2].

18. Синтез управляющего автомата с жёсткой логикой [1].

19. Минимизация комбинационной схемы неполного дешифратора обратной связи в управляющем автомате [1].

20. П-автоматы с принудительной адресацией [1].

21. Типы ПЗУ [3].

22. Программируемые логические матрицы [1].

23. Управляющие автоматы на ПЛМ [1].

24. Структура и назначение операционных устройств [2,5].

25. Структурный базис канонического автомата [2, 5].

26. Структура канонического автомата [2, 5].

27. Синтез канонического автомата [2, 5].

28. М-автомат. Обобщённая структурная схема [2, 5].

29. Эффект гонок в М-автомате и способы его устранения [2,5].

30. Синтез М-автомата [2,5].

31. Иерархическая структура памяти ЭВМ [3,4].

32. СОЗУ [3,4].

33. Оперативная память [3,4].

34. Внешняя память[3, 6].

35. Накопители на магнитных дисках [6].

36. Стековая и магазинная память [6].

37. Ассоциативная память [1, 6].

38. Защита памяти [6].

39. Виртуальная память [6].

40. Страничная организация виртуальной памяти [6].

41. Принципы замещения страниц в виртуальной памяти [6].

42. Пакетная обработка [9].

43. Режим разделения времени [9].

44. Разделение времени с квантованием [9].

45. Подразумеваемый операнд и подразумеваемый адрес [3].

46. Непосредственная адресация [3].

47. Прямая адресация [3].

48. Относительная адресация [3].

49. Укороченная адресация. [3]

50. Косвенная адресация [3].

51. Адресация слов переменной длины [1,3].

52. Перспективы развития вычислительной техники [6].

53. Многопроцессорные и многомашинные

вычислительные системы [6].

54. Организация параллельной обработки в

многопроцессорных вычислительных системах [6].

55. КЭШ память и конвейерный принцип обработки

команд [6].

3. ЗАДАНИЕ К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ.

Контрольная работа состоит из двух частей. В первой части составляется реферат по одной из выбранных тем письменных ответов на поставленный перечень вопросов. Номер темы реферата совпадает с последним номером зачётной книжки или же тема реферата может быть выбрана из числа дополнительных тем по согласованию с преподавателем.

Номер темы	Название темы
0	Базовая структура компьютеров. Функциональная структура компьютера. Основные концепции функционирования. Структура шины. Производительность.
1	Мультипроцессорные и мультикомпьютерные системы. Поколения ЭВМ. Пятое поколение ЭВМ (перспектива). Эволюция производительности.
2	Машинные программы и команды. Память и адреса. Операции с памятью. Команды и последовательности команд. Режимы адресации. Команды ассемблера. Базовые операции ввода-вывода.
3	Организация ввода-вывода в ЭВМ. Доступ к устройствам и прерывания. Прямой доступ к памяти. Разрешение конфликтов ни шине. Интерфейсные схемы. Стандартные интерфейсы PCI, SCSI, USB.
4	Система памяти. Базовые концепции. Полупроводниковая RAM-память. Организация микросхем памяти. Статическая и динамическая память. Память доступная только для чтения. КЭШ-память. Виртуальная память.
5	Процессоры. Базовые концепции. Выполнение команд. Многошинная архитектура. Микропрограммное управление. Упреждающая выборка микрокоманд. Эмуляция.
6	Конвейерная обработка команд. Базовые концепции. Конфликты по данным. Конфликты по управлению. Конвейерная обработка и системы команд. Суперскалярная обработка команд.
7	Периферийные устройства. Устройства ввода. Сканеры. Устройства вывода. Графические акселераторы. Последовательные коммуникационные соединения. Асинхронная и синхронные передачи. Стандартные коммуникационные интерфейсы.
8	Большие компьютерные системы. Виды параллельной обработки. Матричная обработка данных. Общая шина. Сети с координатной коммутацией. Сети со смешанной топологией. Симметричные мультипроцессорные системы.
9	Мультикомпьютерные системы. Локальные сети Сетевые протоколы. Сеть рабочих станций. Общая память и передача сообщений. Производительность вычислительных систем. Закон Амдала. Показатели производительности.

Дополнительные темы рефератов.

(выбираются по согласованию с преподавателем)

Д.1. Сетевые модели вычислительных систем. Концептуальная модель вычислительной системы. Стохастические сети. Классификация. Методы расчёта экспоненциальных разомкнутых и замкнутых сетевых моделей.

Д.2. Вычислительные системы с приоритетным обслуживанием. Описание приоритетных дисциплин. Матрица приоритетов. Математические модели с приоритетным обслуживанием. Формула Поллачека-Хинчина. Синтез приоритетных дисциплин. Закон сохранения времени ожидания.

Д.3. Анализ качества вычислительных систем с помощью сетей Петри. Определение и классификация сетей Петри. Свойства сетей Петри. Сети Мерлина. Е-сети. Принципы моделирования сетей Петри. Моделирование параллельных процессов.

Д.4. Режимы работы вычислительных систем. Режим пакетной обработки, режим разделения времени, режим разделения времени с квантованием. Сетевые модели вычислительных систем для различных режимов. Основные показатели качества вычислительных систем. Организация вычислительного процесса в различных режимах.

Д.5. Параллельные вычисления. Архитектура параллельных вычислительных систем. Классификация Флинна, Хокни, Фенга, Хендлера, Шнайдера, Скилликорна. Взаимосвязь классификаций. Векторно-конвейерные компьютеры. Параллельные компьютеры с общей памятью. Вычислительные системы с распределённой памятью. Производительность параллельных компьютеров.

Задание по второй части контрольной работы.

Контрольное задание выполняется письменно и отсылается на кафедру ПВС в соответствии с графиком учебного процесса.

1. Построить содержательный граф операции сложения целых чисел с разными знаками.

2. Построить содержательный граф выполнения операции умножения целых чисел.

3. Построить граф операции деления целых чисел.

4. Произвести разметку графов состояниями а_i .

5. Для содержательного графа операции сложения построить структурную схему управляющего автомата с жёсткой логикой.

6. Для содержательного графа операции сложения построить операционный автомат канонической структуры.

7. Опишите типы адресации в ЭВМ.

8. Опишите иерархическую структуру памяти ЭВМ.

9. Опишите виртуальную память ЭВМ.

10. Опишите ассоциативную память ЭВМ.

11. Ответьте на вопрос: « Что такое порты в ЭВМ?».

12. Опишите мультипрограммные режимы работы ЭВМ.

Литература.

Список основной литературы.

1. Майоров С.А., Новиков Г.И. Принципы организации цифровых машин.

-Л.: Машиностроение, 1974.

2. Майоров С.А., Новиков Г.И. Структура электронных вычислительных

машин. Л., Машиностроение, 1979.

3. Каган Б.М. Электронные вычислительные машины и системы: учебное

пособие. – 2 издание. - М.: Энергоатомиздат, 1985.

4. Ларионов А.М., Майоров С.А., Новиков Г.И. Вычислительные

комплексы системы и сети. Учебник для вузов. -Л.: Энергоатомиздат,

1987.

5. Голембиовский Ю.М. Функциональная и структурная организация

операционных автоматов. Конспект лекций. Саратов. СПИ. 1980.

6. Хамахер К., Вранешич З., С. Заки. Организация ЭВМ. 5 издание. -СПб.:

Питер, 2003.

7. Хорошевский В.Г. Инженерный анализ и функционирования

вычислительных машин и систем. – М.: Радио и связь, 1987.

8. Новиков Ф.А. Дискретная математика для программистов.

Учебник. – СПб.: Питер, 2000.

9. Основы теории вычислительных систем. / Под ред. С.А.Майорова.

Учебное пособие для вузов. – М.: Высшая школа, 1978.

Список дополнительной литературы.

1.Авен О.И., Коган Я.А. Управление вычислительным процессом в

ЭВМ. – М.: Энергия, 1978.

2. Баранов С.И. Синтез микропрограммных автоматов. –Л.: Энергия,

1974.

3. Баранов С.И., Синёв В.Н. Автоматы и программируемые матрицы.

–Минск, Высшая школа, 1980.

4. Воеводин В.В., Воеводин Вл.В. Параллельные вычисления. - СПб.:

Питер, 2002.

5. Голембиовский Д.Ю. Диагностика цифровых устройств. Конспект

лекций. –Саратов, СПИ, 1992.

6. Юров В. Assembler. Учебник. –СПб.: Питер, 2000.

10