Архитектура ЭВМ и ВС (курс Заякина О.)

Программа курса "Арх. ЭВМ и ВС".

Текущий контроль знаний студентов в семестре завершается на последнем практическом занятии, результатом которого является допуск или недопуск студента к зачету по дисциплине. Основанием для допуска к зачету является выполнение и отчет студента по всем практическим занятиям.

Промежуточный контроль знаний студентов проводят в семестре в виде отчетов по теоретической части практических занятий. Зачет проводится согласно положению о текущем и промежуточном контроле знаний студентов, утвержденному ректором университета. Зачет ставится на основании устного ответа студента на вопрос из списка контрольных вопросов, а также, при необходимости, ответов на дополнительные вопросы.

Методические указания по чтению лекций по курсу "Аппаратные средства вычислительной техники" для специальности КОИБАС

Курс рассчитан на 16 лекций.
Лекция 1 включает материал из Введения и раздела 1 сокращенного конспекта лекций. ДОбавлен материал из подраздела 1.7 полного конспекта лекций. Добавлен материал о поколениях ЭВМ из книги: Орлов, С. А. Организация ЭВМ (издание 2011 г.).
Лекция 2 включает материал из подразделов 2.1 - 2.6 сокращенного конспекта лекций. Из подраздела 2.5 полного конспекта лекций включен материал материал об организации ЭВМ с различными типами архитектур: аккумуляторной, регистровой и стековой.
Лекция 3 включает материал из позразделов 2.7 - 2.9 сокращенного конспекта лекций.
Лекция 4 включает материал из позраздела 2.10 сокращенного конспекта лекций.
Лекция 5 включает материал из поздразделов 2.11 и 2.12 сокращенного конспекта лекций.
Лекция 6 включает материал из подразделов 2.13.1 - 2.13.4 сокращенного конспекта лекций. Дополнительно включен материал по регистрам 16-разрядного процессора фирмы intel (см. соответствующй файл) - это взято из книги Рудаков П. И. "Язык ассемблера: уроки программирования".
Лекция 7 включает материал из подразделов 2.13.5 - 1.13.6 сокращенного конспекта лекций. При этом изложение подраздела 1.13.6 ограничивается рисунком 2.27 и его описанием.
Подраздел 2.13.7 "Организация системы прерываний в компьютере IBM PC" изучается на практическом занятии.
Лекция 8 включает материал из подразделов 3.1 и 3.1 сокращенного конспекта лекций.
Лекция 9 включает материал из подразделов 3.3 - 3.5 сокращенного конспекта лекций. При этом материал подраздела 3.5 изучается, в основном, на практическом занятии.
Лекция 10 включает материал из подраздела 3.6 сокращенного конспекта лекций. Подраздел 3.7 оставляется для самостоятельного изучения.
Лекция 11 включает материал из подразделов 4.1 - 4.3 и часть подраздела 4.4 полного конспекта лекций.
Лекция 12 включает материал из оставшейся части подраздела 4.4 и подраздела 5.1 полного конспекта лекций.
Подраздел 5.2 из полного конспекта лекций оставляется студентам для самостоятельного изучения.
Лекция 13 включает материал из подрезделов 5.3 - 5.5 полного конспекта лекций.
Подраздел 5.6 оставляется для самостоятельного изучения.
Лекция 14 включает материал из подразделов 5.7 и 5.8.1 - 5.8.2.
Подразделы 5.8.3 и 5.8.4 оставлены для самостоятельного обучения.

Лекция 16 включает материал из подразделов 6.1 - 6.3 и 6.4.1 - 6.4.3 полного конспекта лекций.
Лекция 17 включает материал из подразделов 6.4.4 - 6.4.6 и 6.5 полного конспекта лекций.
Лекция 18 включает материал из подразделов 6.6 и 6.7 полного конспекта лекций.
Подраздел 6.8 оставляется для самостоятельного изучения. В качестве дополнительного материала предлагаются ознакомительные сведения по шаговым двигателям и управлению ими (см. два файла в этой папке "Гибридные шаговые двигатели ...".).


Содержание сокращенного конспекта лекций

Введение
1 принципы организации электронных вычистительных машин (ЭВМ)
1.1 Основные факторы, определяющие принципы организации электронных вычислительных машин
1.2 Состав устройств, структура и порядок функционирования электронных вычислительных машин
1.3 Основные технические характеристики ЭВМ
2 Функциональная организация (архитектура) ЭВМ
2.1 Основные понятия
2.2 Режимы работы ЭВМ (организация вычислительных процессов)
2.3 Средства мультипрограммирования
2.4 Организация системы прерываний
2.5 Многоуровневая организация памяти ЭВМ
2.6 Средства защиты основной оперативной памяти
2.7 Машинные элементы информации
2.8 Представление данных в ЭВМ
2.9 Форматы команд и машинные операции
2.10 Способы адресации информации в памяти ЭВМ
2.11 Организация адресного простанства внешней памяти
2.12 Организация виртуальной памяти ЭВМ
2.13 Особенности архитектуры ПЭВМ IBM PC
2.13.1 Машинные элементы информации
2.13.2 Представление данных
2.13.3 Организация адресного пространства
2.13.4 Организация виртуальной памяти
2.13.5 Защита информации
2.13.6 Способы адресации информации (ячеек сегментов памяти)
2.13.7 Организация системы прерываний
3 Структурная организация ЭВМ
3.1 Понятие структурной организации ЭВМ
3.2 Классы устройств электронных вычислительных машин
3.3 Магистрально-модульный принцип построения эВМ. Понятие интерфейса
3.4 Типовые структуры однопроцессорных ЭВМ
3.5 Интерфейсы ПЭВМ типа ISA, PCI
3.6 Структуры мультипроцессорных и многомашинных ВК
3.6.1 Многомашинные вычислительные комплексы
3.6.2 Мультипроцессорные вычислительные комплексы
3.7 Нейрокомпьютеры

Содержание полного конспекта лекций

Введение
1 Принципы организации ЭВМ
1.1 Основные факторы, определяющие принципы организации ЭВМ
1.2 Принцип программного управления
1.3 Состав устройств, структура и порядок функционирования ЭВМ
1.4 Организация памяти ЭВМ
1.5 Основные технические характерстики ЭВМ
1.6 Критерии эффективности ЭВМ
1.7 Классификация ЭВМ
2 Функциональная организация (архитектура) ЭВМ
2.1 Основные понятия
2.2 Машинные элементы информации
2.3 Представление данных в ЭВМ
2.3.1 Представление чисел
2.3.2 Представление текстовой информации и логических значений
2.4 Машинные операции
2.5 Система команд
2.6 Способы адресации информации
2.7 Функциональная организация мультипрограммных ЭВМ
2.7.1 Режимы работы ЭВМ
2.7.2 Средстав мультипрограммирования
2.7.3 Организация системы прерывания программ
2.7.4 Средства защиты памяти
2.7.5 Организация виртуальной памяти ЭВМ
2.7.6 Виртуальный ввод-вывод
2.8 Функциональная организация ЭВМ класса CISC
2.8.1 Машинные элементы информации и представление данных
2.8.2 Организация адресного пространства
2.8.3 Форматы команд и способы адресации
2.8.4 Система операций и система команд
2.8.5 Организация виртуальной памяти
2.8.6 Защита информации
2.8.7 Организация системы прерываний
2.8.8 Другие режимы работы процессора
3 Структурная организация ЭВМ
3.1 Понятие структурной организации ЭВМ
3.2 Классы устройств электронных вычислительных машин
3.3 Магистрально-модульный принцип построения ЭВМ. Понятие интерфейса
3.4 Типовые структуры однопроцессорных ЭВМ
3.5 Интерфейсы ПЭВМ типа ISA, PCI
3.6 Структуры мультипроцессорных и многомашинных ВК
3.6.1 Многомашинные вычислительные комплексы
3.6.2 Мультипроцессорные вычислительные комплексы (МПВК)
3.6.3 МПВК с раздельной памятью
3.7 Нейрокомпьютеры
4 Организация процессоров
4.1 Цикл выполнения команд (функции процессора)
4.2 Структура процессоров
4.3 Конвейерная организация процессоров
4.4 Особенности организации современных процессоров
5 Организация операционных устройств
5.1 Принцип микропрограммного управления (функциональная организация операционных устройств)
5.2 Средства описания функций операционных устройств
5.3 Структурная организация операционных устройств
5.4 Функция и структура операционного автомата
5.5 Организация работы операционных устройств во времени
5.6 Структурный базис операционного автомата
5.7 Организация операционного автомата
5.8 Организация управляющего автомата
5.8.1 Организация управляющего автомата с программируемой логикой управления
5.8.2 Укрупненная структура УА с программируемой логикой
5.8.3 Управляющие автоматы с жесткой логикой управления
6 Организация памяти ЭВМ
6.1 Основные понятия
6.2 Классификация запоминающих устройств (ЗУ)
6.3 Основные характеристики ЗУ
6.4 Организация полупроводниковых ЗУ
6.4.1 Организация запоминающих элементов
6.4.2 Организация адресных ЗУ
6.4.3 Организация оперативных ЗУ
6.4.4 Организация постоянных ЗУ
6.4.5 Организация ассоциативных ЗУ
6.4.6 Организация стековых (магазинных) ЗУ
6.5 Организация памяти первого уровня
6.6 Организация кэш–памяти
6.6.1 Кэш-память с ассоциативной организацией
6.6.2 Кэш-память с прямым отображением
6.6.3 Кэш-память с наборно–ассоциативной организацией
6.7 Организация памяти второго уровня - основная оперативная память
6.8 Организация памяти третьего уровня - внешней памяти
6.8.1 Основные понятия
6.8.2 Классификация и основные характеристики внешних запоминающих устройств (ВЗУ)
6.8.3 Организация накопителей на магнитных дисках
6.8.4 Организация накопителей на магнитной ленте
6.8.5 Организация накопителей на оптических дисках

-------------
О. З., 25 ноября 2012 г.

--------------------

Лекционный материал находится в папке "СГАУ 2011 f - Организация ЭВМ"

Лаб. работы выполняются в следующей последовательности:

1. Вводная по ассемберу
2. Система прерываний IBM PC
3. Вводная по Max+plus II.
4. Организация операционного автомата арифметико-логического устройства.
5. Организация управляющего автомата арифметико-логического устройства.
6. Организация АЛУ.
7. Организация ввода/вывода IBM PC.

Каждая из работ выполняется за одно занятие.


Проекты для выполнения лаб. работ с программой Max+PLUS II находятся в папке
Лаб работы `Организация АЛУ` - Примеры выполнения программ для лаб работы\2011
и в папке
Лаб работа вводная по Max+plus II - Пример выполнения программы для лаб работы.

Программы по работам 1 и 2 находится в папке
Лаб работы `Вводная по ассемблеру` и `Система прерываний IBМ PC` - Примеры выполнения программ для лаб работы
и в папке
Лаб работы `Вводная по ассемблеру` и `Система прерываний IBM PC` - Программы для работы.

Проект по работе 3 находится в папке
Лаб работы `Вводная по ассемблеру` и `Система прерываний IBM PC` - Программы для работы\firstz.dir.
Рекомендуется сделать его вновь самостоятельно - он довольно простой. Перед компиляцией рекомендуется выбрать опцию
Assign | Device | MAX7000.

Проект по работе 4 находится в папке
Лаб работы `Организация АЛУ` - Примеры выполнения программ для лаб работы\2011\oa_full.dir. В нем для компиляции рекомедуется использовать файл ..\oa_full.gdf. Перед компиляцией рекомендуется выбрать опцию Assign | Device | FLEX10KA. Микропрограмму рекомендуется задавать в "полуавтоматическом режиме" в редакторе волновых фронтов, выбрав предварительно файл ..\oa_full.scf.

Проект по работе 5 находится в папке
Лаб работы `Организация АЛУ` - Примеры выполнения программ для лаб работы\2011\alu_full6310s.dir (рекомедуется использовать этот проект). В нем для компиляции рекомедуется использовать файл ..\ua.gdf. Микропрограмму следует сначала записать в память. Для этого перед компиляцией рекомендуется выбрать опцию Assign | Device | FLEX10KA. Далее, после компиляции рекомендуется выбрать файл ..\\ua.scf. После выбора опции "Simulator", но до нажатия его клавиши "Start", следует инициализировать память путем выбора опции "Initialise | Initialise memory". Рекомендуется выбрать опцию "Memory name | pzu:37:lpm_rom:LPM_ROM_component|altrom:srom|content", и в открывшемся окне выбрать ""Import file | ua(1)й.mif.

Проект по работе 6 находится в папке
Лаб работы `Организация АЛУ` - Примеры выполнения программ для лаб работы\2011\alu_full0.dir (рекомедуется использовать этот проект). В нем для компиляции рекомедуется использовать файл ..\alu_full.gdf. Микропрограмму следует сначала записать в память. Для этого перед компиляцией рекомендуется выбрать опцию Assign | Device | FLEX10K. Далее, после компиляции рекомендуется выбрать файл ..\\alu_full.scf. После выбора опции "Simulator", но до нажатия его клавиши "Start", следует инициализировать память путем выбора опции "Initialise | Initialise memory". Рекомендуется выбрать опцию "Memory name | ua2:|pzu:37:lpm_rom:LPM_ROM_component|altrom:srom|content", и в открывшемся окне выбрать ""Import file | alu_full(6311).mif. Для правильной работы микропрограммы (состоящей в этой работе из двух микрокоманд) этой микропрограмме должны предшествовать несколько других микрокоманд. Они записаны в загруженном файле alu_full(6311).mif.

Пример программы по выполнению работы 7 находится в папке
Дополнительные материалы\Лаб работа `Орг вв-выв` - Пример выполнения программы для работы. Для успешной работы этой программы  IBM-совместимый компьютер должен иметь в своей конфигурации дисковод для дискет 3,5 дюйма. Также нужна дискета, лучше чистая, поскольку при работе по данной программе компьютер может стереть данные на ней без предупреждения пользователя.
Для компиляции и другой работы с этой программой служат те программы, что и для работам 1 и 2. Они расположенные в папке
Лаб работы `Вводная по ассемблеру` и `Система прерываний IBM PC` - Программы для работы.


О. З.
25 ноября 2012 г.


-----------