УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ МОДУЛЯ Б2.Б.7 АРХИТЕКТУРА КОМПЬЮТЕРОВ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

 

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Мурманский государственный гуманитарный университет»

(МГГУ)

 

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

ДИСЦИПЛИНЫ (МОДУЛЯ)

Б2.Б.7 АРХИТЕКТУРА КОМПЬЮТЕРОВ

 

 

Основная образовательная программа подготовки бакалавра (магистра)
по направлению
подготовки бакалавриата (магистратуры)

 

Прикладная математика и информатика

(код и наименование направления подготовки бакалавриата (магистратуры) с указанием
профиля (названия магистерской программы)

 

 

Утверждено на заседании кафедры

______________________________

_____________________ факультета

(протокол №___от_________20_ г.)

 

Зав. кафедрой

_______________________________

Структура учебно-методического комплекса дисциплины (модуля)

1. Программа учебной дисциплины (модуля)Б2.Б.7 Архитектура компьютеров 2. Авторы программы: Рындина Татьяна Николаевна, ст. преподаватель кафедры физики, информатики и информационных технологий.

Цели освоения дисциплины

  5. Место дисциплины в структуре ООП ВПО Данная дисциплина (модуль) относится к математическому и естественнонаучному циклу.

Содержание дисциплины (модуля)

Разделы дисциплины (модуля) и виды занятий (в часах). Примерное распределение учебного времени:

№ п/п	Наименование раздела, темы	Количество часов
Вариант 1
Всего ауд.ч./в интеракт.ф.	ЛК	ПР/ СМ	ЛБ	Часов на СРС
		36/14
	Развитие компьютерной архитектуры. Классификация и поколения ЭВМ.	4/2
	Архитектура компьютера как иерархическое понятие. Организация компьютерных систем.	4/2
	Элементная база компьютера.
	Микроархитектура.	4/2
	Архитектура команд	4/2
	Архитектура операционной системы	4/2
	Ассемблер как машинно ориентированный язык программирования.	8/2
	Архитектуры компьютеров параллельного действия.	4/2

9. Содержание разделов дисциплины (модуля)(указать краткое содержание раздела (темы) с обязательным указанием номера раздела (темы).

Тема 1. Развитие компьютерной архитектуры. Классификация и поколения ЭВМ

История развития компьютерной техники, поколения ЭВМ и их классификация.
Понятие об архитектуре компьютера. История развития вычислительной техники. Классификация компьютеров. Информационно-логические основы построения ЭВМ. Принципы фон Неймана и классическая архитектура компьютера.

Тема 2. Архитектура компьютера как иерархическое понятие. Организация компьютерных систем

Центральные и внешние устройства ЭВМ, их характеристики. Канальная и шинная системотехника. Базовая структура аппаратных средств ЭВМ. Основные компоненты структуры, стандартная терминология и определения. Организация связей между устройствами ЭВМ. Особенности архитектур ЭВМ с канальной и шинной организацией.

Принципы управления внешними устройствами персонального компьютера. Базовая система ввода/вывода. Внешние устройства компьютера. Параллельный и последовательный интерфейсы. Внешние запоминающие устройства. Устройства ввода и вывода информации: видеокарты и мониторы; принтеры; манипуляторы; накопители на гибких и жестких магнитных дисках; оптические диски; сканирующие устройства. Контроллеры внешних устройств. Драйверы устройств. Техническое обслуживание компьютера.

Тема 3. Элементная база компьютера

Вентили и булева алгебра. Основные цифровые логические схемы. Память. Микросхемы процессоров и шины. Средства сопряжения.

Тема 4. Микроархитектура

Архитектура микропроцессора Функциональная схема персонального компьютера. Процессор. Регистры. Оперативная память (RAM) и её конструктивные элементы. Постоянная память (ROM). Механизмы адресации. Арифметико-логическое устройство. Программно доступные регистры: аккумулятор, счетчик команд, указатель стека, индексный регистр, регистр флагов.

Система и механизм прерываний микропроцессора. Материнская плата. Процессы и процессоры. Понятие процесса. Последовательные, совмещенные и параллельные процессы. Состояние процесса. Понятие о прерывании процесса. Система прерываний и обработка прерываний. Причины прерываний. Приоритет в прерывании. Уровень и глубина прерываний. Механизмы реализации прерываний. Фазы прерываний

Тема 5. Архитектура команд

Типы данных. Форматы команд. Адресация. Типы команд.

Тема 6. Архитектура операционной системы

Виртуальная память. Виртуальные команды ввода-вывода. Примеры операционных систем.

Тема 7. Ассемблер как машинно-ориентированный язык программирования

Программирование на ассемблере. Система команд. Команды и данные. Форматы данных. Мнемоническое кодирование. Прерывания базовой системы ввода-вывода (BIOS) и операционной системы (ОС). Ассемблирование и дизассемблирование. Отладка и трассировка программ.

Тема 8. Архитектуры компьютеров параллельного действия

Современные тенденции развития архитектуры ЭВМ. Особенности организации процессоров с сокращенным набором команд (ПСНК) Базовая архитектура ПСНК. Формат команды. Примеры структур различных процессоров.

 

Темы для самостоятельного изучения

Образовательные технологии

  Интерактивные формы занятий: № раздела (темы) Формы …  

Методические рекомендации по организации изучения дисциплины (модуля)

ТЕМА 1. РАЗВИТИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ АРХИТЕКТУРЫ. КЛАССИФИКАЦИЯ И ПОКОЛЕНИЯ ЭВМ ПЛАН ЛЕКЦИИ - История развития компьютерной техники, поколения ЭВМ и их классификация.

Материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля)

перечень используемых технических средств: компьютерные лабораторные практикумы.

 

15. Оценочные средствадля текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов для оценки сформированности компетенций по дисциплине, заявленных в п. 6:

Примерный перечень вопросов к зачету (экзамену).

1. История развития вычислительной техники.

2. Поколения ЭВМ.

3. Классификация компьютеров по назначению.

4. Состав вычислительной системы.

5. Классификация прикладных программных средств.

6. Строение компьютера. Главные устройства.

7. Принципы построения компьютера.

8. Принципы фон Неймана.

9. Команда. Выполнение команды.

10. Структура компьютера (классическая, многопроцессорная, архитектура, многомашинная ВТ, архитектура с параллельными процессорами).

11. Магистрально-модульный принцип построения компьютера.

12. Информационно-логические основы построения ЭВМ.

13. Видеосистема компьютера.

14. Мониторы на базе электронно-лучевой трубки, жидкокристаллические.

15. Системная плата компьютера.

16. Центральный процессор. Функции.

17. Строение памяти. Оперативная память. Функции.

18. Устройства, образующие внутреннюю память.

19. Устройства, образующие внешнюю память.

20. Устройства ввода и вывода информации.

21. Файловая система.

22. Прерывания.

23. Принтеры.

24. Сканеры.

25. Прямой доступ к памяти. Адреса ввода-вывода.

26. Назначение ROM BIOS.

27. Процессоры. От Intel 8088 до Intel 486DX2.

28. Пятое поколение процессоров: Pentium.

29. Характеристика и преимущества Pentium 4.

 

Примерная тематика рефератов, эссе

1. Докомпьютерная история развития вычислительной техники.

1. Вклад Ч. Бэббиджа в разработку принципов функционирования автоматических цифровых вычислительных машин.
2. Работы Дж. фон Неймана по теории вычислительных машин.
3. История создания и развития ЭВМ 1-го поколения.
4. История создания и развития ЭВМ 2-го поколения.
5. История создания и развития ЭВМ 3-го поколения.
6. История создания и развития ЭВМ 4-го поколения

 

Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины

ТЕМА 1. РАЗВИТИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ АРХИТЕКТУРЫ. КЛАССИФИКАЦИЯ И ПОКОЛЕНИЯ ЭВМ

1. История развития вычислительной техники.

2. Поколения ЭВМ.

3. Классификация компьютеров по назначению.

4. Состав вычислительной системы.

5. Классификация прикладных программных средств.

6. Строение компьютера. Главные устройства.

7. Принципы построения компьютера.

8. Принципы фон Неймана.

ТЕМА 2. АРХИТЕКТУРА КОМПЬЮТЕРА КАК ИЕРАРХИЧЕСКОЕ ПОНЯТИЕ. ОРГАНИЗАЦИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СИСТЕМ

1. Основные характеристики ЭВМ, влияющие на эффективность ее работы.

2. Основные модели микропроцессоров.

3. Многообразие внешних устройств ЭВМ.

4. Способы взаимодействия центральных устройств ЭВМ с периферийными.

5. Особенности канальной и шинной организации.

ТЕМА 3. ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА КОМПЬЮТЕРА

1. Общие принципы функциональной и структурной ор­ганизации ЭВМ.

2. Организация работы ЭВМ при выполнении задания пользователя.

3. Состав, устройство и принцип действия основ­ной памяти.

4. Работа микропроцессора при выполнении про­граммного прерывания.

5. Взаимодействие элементов при работе микро­процессора.

ТЕМА 4. МИКРОАРХИТЕКТУРА

1. Общие принципы функциональной и структурной ор­ганизации ЭВМ.

2. Организация работы ЭВМ при выполнении задания пользователя.

3. Состав, устройство и принцип действия основ­ной памяти.

4. Работа микропроцессора при выполнении про­граммного прерывания.

5. Взаимодействие элементов при работе микро­процессора.

ТЕМА 5. АРХИТЕКТУРА КОМАНД

1. Реализация управляющих конструкций (if-then-else, while-do и т.д.) языков высокого уровня средствами макропрограммирования.

2. Параметры макрокоманды.

ТЕМА 6. АРХИТЕКТУРА ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

1. Интерфейс системной шины.

2. Интерфейсы внешних запоминающих устройств IВМ РС.

3. Способы организации совместной работы периферийных и центральных устройств.

4. Последовательный и параллельный интерфейсы ввода-вывода

ТЕМА 7. АССЕМБЛЕР КАК МАШИННО-ОРИЕНТИРОВАННЫЙ ЯЗЫК ПРОГРАММИРОВАНИЯ

1. Объясните следующие термины своими словами:

Транслятор.

Интерпретатор.

Виртуальная машина.

1. Чем отличается интерпретация от трансляции?
2. Может ли компилятор производить данные сразу для микроархитектурного уровня, минуя уровень архитектуры команд? Обоснуйте все доводы за и против.
3. Можете ли вы представить многоуровневый компьютер, у которого уровень внешнего устройства и цифровой логический уровень — не самые нижние уровни? Объясните, почему.
4. Некоторые команды уровня операционной системы идентичны командам уровня архитектуры команд. Эти команды сразу выполняются микропрограммой, а не операционной системой. Учитывая ответ на предыдущий вопрос, подумайте, зачем это нужно.
5. В каком смысле аппаратное и программное обеспечение эквивалентны? А в каком не эквивалентны?

ТЕМА 8. АРХИТЕКТУРЫ КОМПЬЮТЕРОВ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ

1. Интерфейс системной шины.

2. Интерфейсы внешних запоминающих устройств IВМ РС.

3. Способы организации совместной работы периферийных и центральных устройств.

4. Последовательный и параллельный интерфейсы ввода-вывода

 

16. Методические указания по изучению дисциплины(или её разделов) и контрольные задания для студентов заочной формы обучения (если необходимо указать)

Содержательный компонент теоретического материала

ПЛАН ЛЕКЦИИ - История развития компьютерной техники, поколения ЭВМ и их классификация. … - Понятие об архитектуре компьютера.

Словарь терминов (глоссарий)

Абстрактная вычислительная машина — теоретическое построение, с помощью которого дается математическое определение алгоритма. Известны машины… Автоматизированное рабочее место (АРМ, рабочая станция) — место оператора,… Автономный режим – режим работы нескольких систем независимо друг от друга, хотя физически они соединены между собой.…