Цели и задачи дисциплины
Цель дисциплины – изучение архитектуры и принципов функционирования универсальных персональных ЭВМ.
Задачами изучения дисциплины являются: получение знаний о ЭВМ в целом, и в частности о процессорах, памяти и подключении основных периферийных устройств; формирование у обучающихся методов анализа ЭВМ по составу, стоимости и другим параметрам; изучение особенностей применения ЭВМ.
Краткое содержание разделов (тем, модулей)
1. Общие сведения об архитектуре ЭВМ
Функция и структура системы, их выражение: алгоритм функционирования, структурные схемы, временные параметры. Принципы программного управления (принципы фон Неймана). Обобщенная структурная организация ЭВМ: понятие, свойства и функции операционного устройства, памяти и устройств ввода-вывода. Основные характеристики ЭВМ, ее параметры. Машинные элементы информации: двоичный код объекта, необходимость байтовой организации. Режимы работы ЭВМ: однопрограммный, мультипрограммный, пакетной обработки, вытесняющей многозадачности; режим работы в реальном масштабе времени.
2. Представление данных
Двоичные целые числа: представление отрицательных чисел, особые случаи. Двоичные числа с фиксированной точкой. Двоичные числа с плавающей точкой: представление в сопроцессорах фирмы Intel, особые случаи, особые представления чисел. Десятичные числа. Строки символов: методы кодировки, свойства, аппаратная поддержка. Битовые представления. Используются примеры из 64-разрядной архитектуры фирмы Intel (IA-64).
3. Методы адресации информации
Общие методы адресации информации: прямая или абсолютная; непосредственная; неявная адресация, включая понятие стека; регистровая, косвенная, базовая, индексная, автоинкрементная и автодекрементная; относительная адресация.
4. Форматы и структура команд процессоров
Машинные операции и их иерархия; функциональная полнота и эффективность набора операций. Общая классификация машинных операций, RISC- и CISC-архитектура. Структура команд, форматы команд процессоров на примере IA-64.
5. Память ЭВМ
Типы запоминающих элементов; электронные запоминающие элементы: ПЗУ, ОЗУ, классификация, устройство и области применения. Иерархическая организация памяти ЭВМ; организация ОЗУ: простейший вариант, память с многоканальным доступом, с расслоением обращений; сегментная и страничная организация памяти. Организация модулей памяти, используемых в ПК. Буферные запоминающие устройства и кэш-память: свойство локальности программы, структура и характеристики кэш-памяти, магазинная кэш-память; буферные ЗУ с прямой адресацией. Ассоциативная кэш память: понятие об ассоциативной организации информации, структура и реализация ассоциативного ЗУ, ассоциативная по множеству кэш-память. Общий порядок функционирования системы памяти с кэшем в виде АЗУ; алгоритмы свопинга; алгоритмы замещения информации. Внутренние регистры процессора: базовая программная модель на основе простейшего микропроцессора i8080, понятие флагов, флаги состояния; регистры и их функции в IA-64. Организация защиты памяти: ее необходимость, организация на примере IA-64, чувствительные и привилегированные команды.
6. Организация прерываний
Виды, приоритеты, маскирование прерываний; вложенные прерывания; организация прерываний на примере IA-64; программные прерывания. Внешние прерывания и идентификация устройств: программный и аппаратный поллинг; программируемый контроллер прерываний.
7. Организация ввода-вывода
Организация передачи данных между памятью и внешними устройствами: программный обмен, прямой доступ к памяти; контроллер прямого доступа к памяти. Понятие и функции канала ввода-вывода. Порты ввода-вывода: понятие порта, пример программируемого порта ввода-вывода, изолированный ввод-вывод. Понятие чипсета на примере структуры ПК, северный и южный мосты, программируемые системные устройства.
8. Системные интерфейсы
Понятие интерфейса: элементы организации интерфейсов: параллельная и последовательная, синхронная и асинхронная передача данных; структуры интерфейсов. Основные системные интерфейсы малых ЭВМ и ПК: ISA, МСА, EISA, PCI, PCI-E, AGP, ATA, SCSI. Локальные шины на примере процессоров IA-64. Обзор моделей универсальных ЭВМ широкого применения. Понятие платформы, понятие совместимости.
9. Основные периферийные устройства и их интерфейсы
Устройства ввода, устройства вывода, принципы их взаимосвязи с ядром ЭВМ. Основные периферийные интерфейсы ПК: COM, LPT, USB-порты.
- Преподаватель: Игорь Алексеевич Полетаев