Учебная программа для высших учебных заведений по специальности i-40 02 02 Электронные вычислительные средства

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Аппаратные средства и программное обеспечение компьютерной системы, их взаимосвязь. Многоуровневая структура процесса обработки в компьютерной системе. Понятие архитектуры компьютерной системы.

1.2.1. Эволюция архитектуры компьютерных систем. Взаимосвязь архитектуры компьютерной системы с элементной базой. Сложные системы и задачи. Формы параллелизма в алгоритмах и программах. Векторный параллелизм. Параллелизм независимых ветвей. Скалярный параллелизм. Несвязанные, слабосвязанные и сильносвязанные задачи. Оценка сложности вычислений. Характеристики эффективности и оценка производительности компьютерных систем. Общие требования, предъявляемые к современным компьютерным системам.

1.2.2. Архитектурные принципы фон Неймана. Недостатки фон-неймановской архитектуры.

1.2.3. Методы описания и классификация компьютерных систем. Классификация Флинна, Шора и др. Классификация по способу инициирования выполнения машинных команд. Классификация по формату команд процессора: CISC- и RISC-архитектуры.

Структура компьютерной системы с контроллерным управлением. Классификация компьютерных систем с контроллерным управлением.

2.2.1. Компьютерные системы для скалярной обработки. Системы SISD. Универсальные компьютерные системы. Конвейерная реализация команд. Командный конвейер. Конфликты в конвейере и способы их минимизации. Структурные конфликты. Конфликты по данным. Конфликты по управлению. Обработка сложных (с многотактными операциями) команд. RISC-процессоры. Суперконвейерная архитектура. Организация скалярного конвейерного процессора.

2.2.2. Компьютерные системы языков высокого уровня. Архитектуры, ориентированные на языковые средства и среду программирования: системы языков высокого уровня с непосредственным выполнением, с косвенным выполнением, с ориентацией на синтаксис.

2.2.3. Системы с параллельным выполнением операций. Суперскалярная обработка. Суперскалярный процессор (многофункциональное процессорное устройство, параллельный процессор с множеством операционных устройств). Одновременная выдача нескольких команд для выполнения. Организация параллельного запуска команд. Методы формирования и запуска параллельных команд. VLIW-технология (архитектура со сверхдлинным командным словом). EPIC-концепция (вычисления с явно параллельными командами). Технология динамического исполнения. Процессоры с неупорядоченным выполнением команд.

2.2.4. Компьютерные системы для векторной обработки. Системы SIMD. Принципы векторной обработки. Два типа векторных систем: матричные и векторно-конвейерные. Процессорные матрицы. Коммутация в процессорных матрицах. Системы с операционным конвейером. Организация векторно-конвейерной системы. Факторы, определяющие пропускную способность, и показатели производительности векторно-конвейерных систем. Арифметические конвейерные устройства. Организация памяти в векторно-конвейерных системах. Ассоциативные компьютерные системы.
Тема 2.3. КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ

С МНОЖЕСТВЕННЫМ ПОТОКОМ КОМАНД

2.3.1. Многопроцессорные компьютерные системы. Системы MIMD. Классификация многопроцессорных систем. Особенности многопроцессорных систем. Многопроцессорные системы с общей памятью. Типовая архитектура многопроцессорной системы с общей памятью. Управление вычислительным процессом в многопроцессорной системе с общей памятью. Основы реализации. Многопроцессорные системы с локальной памятью и многомашинные системы. Транспьютер. Организация транспьютера и систем на его основе.

2.3.2. Однородные вычислительные системы, структуры и среды (ОВС). Модель коллектива вычислений. Основы построения ОВС. Архитектура ОВС.
Тема 2.4. КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ, УПРАВЛЯЕМЫЕ ПОТОКАМИ ДАННЫХ

Принцип организации вычислений с управлением данными. Способы организации систем, управляемых данными.

Принцип действия системы, управляемой запросами. Системы для редуцирования. Редуцирование с запоминанием. Редуцирование графов.

2.6.1. Управление вычислительным процессом на уровне регистровых передач. Устройство управления. Управляющий автомат. Принцип, лежащий в основе управляющего автомата. Типы устройств управления.

2.6.2. Устройство управления на основе жесткой логики. Порядок синтеза микропрограммного автомата. Характерные особенности микропрограммного автомата.

2.6.3. Принцип микропрограммного управления. Модель Уилкса. Структура устройства микропрограммного управления. Характерные особенности микропрограммного управления.

2.6.4. Организация устройства микропрограммного управления. Способы адресации микрокоманд (механизм определения адреса следующей микрокоманды). Устройство микропрограммного управления с естественной адресацией. Устройство микропрограммного управления с принудительной адресацией.

2.6.5. Типы микрокоманд. Кодирование операционной части микрокоманды (управляющих сигналов). Прямой и косвенный способы кодирования управляющих полей микрокоманды. Микрокоманды горизонтального типа. Микрокоманды вертикального типа. Типы систем с микропрограммным управлением.

Системы распределенной обработки данных. Классификация компьютерных сетей. Основные программные и аппаратные компоненты сети. Многоуровневый подход к разработке средств сетевого взаимодействия. Протокол. Интерфейс. Стек протоколов. Принципы построения компьютерных сетей. Технологии локальных и глобальных сетей. Проектирование сетей. Построение распределенных систем на базе микрокомпьютерной технологии.

1. 
   Разработка структуры учебной ЭВМ.
   
2. 
   Разработка системы команд учебной ЭВМ.
   
3. 
   Разработка процессора учебной ЭВМ.
   
4. 
   Разработка подсистемы ввода/вывода учебной ЭВМ.
   
5. 
   Разработка микропрограммного устройства управления учебной ЭВМ.
   

1. 
   Разработка функционального устройства процессора (на примере целочисленного АЛУ, устройства умножения).
   
2. 
   Исследование процессора с предварительной выборкой команд.
   
3. 
   Оптимизация программного кода для процессора c конвейерной организацией.
   
4. 
   Исследование внутренней кэш-памяти процессора.
   
5. 
   Организация двухмашинной компьютерной системы.
   

1. 
   Класс ПЭВМ.
   
2. 
   Пакеты программ структурного и функционального проектирования.
   

ЛИТЕРАТУРА

ОСНОВНАЯ

1. 
   Компьютеры на СБИС: В 2 кн. Кн. 1/ Т.Мотоока, С. Томита, Х. Танака и др. : Пер. с яп.. - М.: Мир, 1988.
   
2. 
   Шпаковский Г.И. Организация параллельных ЭВМ и суперскалярных процессоров: Учеб. пособие. - Мн.: Белгосуниверситет, 1996.
   
3. 
   Шпаковский Г.И. Параллельные микропроцессоры для цифровой обработки сигналов и медиаданных. - Мн.: БГУ, 2000.
   
4. 
   Гук М., Юров В. Процессоры Pentium III, Athlon и другие. - СПб.: Питер, 2000.
   
5. 
   Шагурин И.И., Бердышев Е.М. Процессоры семейства Intel P6. Архитектура, программирование, интерфейс. - М.: Горячая линия – Телеком, 2000.
   
6. 
   Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы / В.Г.Олифер, Н.А.Олифер. СПб.: Питер, 1999.
   

1. 
   Воеводин Вл.В., Капитонова А.П. Методы описания и классификации вычислительных систем. - М.:Изд-во МГУ, 1994.
   
2. 
   СуперЭВМ. Аппаратная и программная организация / Под ред. С.Фернбаха: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1991.
   
3. 
   Коуги П.М. Архитектура конвейерных ЭВМ: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1985.
   
4. 
   Хокни Р., Джессхоуп К. Параллельные ЭВМ. Архитектура, программирование и алгоритмы: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1986.
   
5. 
   Михальчук В.М. и др. Микропроцессоры 80x86, Pentium: Архитектура, функционирование, программирование, оптимизация кода / В.М.Михальчук, А.А.Ровдо, С.В.Рыжиков. - Мн.: Битрикс, 1994.
   
6. 
   Евреинов Э.В. Однородные вычислительные системы, структуры и среды.- М.: Радио и связь, 1981.