Государственного университета телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича»
АРХИТЕКТУРА ЭВМ И компьютерНЫХ СИСТЕМ
Программа, методические указания
по изучению дисциплины и контрольные задания
для студентов заочной формы обучения
специальности:
230105 - Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем
Архангельск 2007
Рассмотрено и одобрено цикловой комиссией Информационных технологий
Протокол № ___ от ___________ 2007г.
Председатель ____________С.В. Лукина
Программа, методические указания по изучению дисциплины и контрольные задания для студентов заочной формы обучения содержат учебно - методическую карту дисциплины, необходимый для выполнения контрольной работы теоретический материал, контрольные задания, список литературы.
Автор: Флейшман Е.Г., преподаватель АКТ (филиала) СПб ГУТ.
Рецензент: Левина М.А., преподаватель АКТ (филиал) СПб ГУТ.
Редактор Т.В. Вострякова
Корректор Л.И. Рудакова
Усл. печ. л. 2,4
Пояснительная записка
Учебная дисциплина «Архитектура ЭВМ и вычислительных систем» является общепрофессиональной дисциплиной, формирующей базовый уровень знаний для освоения специальных дисциплин.
Курс изучается в тесной взаимосвязи со следующими дисциплинами: «Операционные системы и среды», «Основы алгоритмизации и программирования», «Дискретная математика», «Технические средства информатизации».
В результате изучения дисциплины студент должен
иметь представление:
- ороли и месте знаний по дисциплине в сфере профессиональной деятельности;
- об основных проблемах и перспективах развития ЭВМ и вычислительных систем.
Знать:
- виды информации и способы ее представления в ЭВМ;
- классификацию и типовые узлы вычислительной техники (ВТ);
- архитектуру электронно-вычислительных машин и вычислительных систем;
- назначение и принципы действия отдельных архитектурных конфигураций.
Уметь:
- выбирать рациональную конфигурацию оборудования в соответствии с решаемой задачей;
- обеспечивать совместимость аппаратных и программных средств ВТ.
Учебно – методическая карта дисциплины
| Наименование разделов и тем | Количество часов | Вид самостоятельной работы | Литература | |||||||||
| всего | Само-стоя-тель-но | аудиторных | ||||||||||
| обзор-ные | лаб. раб | ин-декс | стра-ницы | |||||||||
| Введение | Изучить тему, законспектировать материал | 8-26 5-8 | ||||||||||
| Раздел 1. Представление информации в вычислительных системах | ||||||||||||
| Тема 1.1 Арифметические основы ЭВМ | Изучить тему, законспектировать материал | 45-56 37-47 | ||||||||||
| Тема 1.2 Представление информации в ЭВМ | Изучить тему, законспектировать материал | 33-45, 56-65 63-74 | ||||||||||
| Раздел 2. Архитектура и принципы работы основных логических блоков вычислительных систем | ||||||||||||
| Тема 2.1 Логические основы ЭВМ | Изучить тему, законспектировать материал | 65-87 74-80 | ||||||||||
| Тема 2.2 Основы построения ЭВМ | Изучить тему, законспектировать материал | 98-103 89-94 | ||||||||||
| Тема 2.3 Внутренняя организация процессора | Изучить тему, законспектировать материал | 103-114 82-84 | ||||||||||
| Наименование разделов и тем | Количество часов | Вид самостоятельной работы | Литература | |||||||||
| всего | Само-стоя-тель-но | аудиторных | ин-декс | стра-ницы | ||||||||
| обзор-ные | лаб. раб | |||||||||||
| Тема 2.4 Организация работы памяти ЭВМ | Изучить тему, законспектировать материал | 124-149 141-151 | ||||||||||
| Тема 2.5 Интерфейсы | Изучить тему, законспектировать материал | 149-174 137-156 | ||||||||||
| Тема 2.6 Режимы работы процессора | Изучить тему, законспектировать материал | 368-372, 419-420 | ||||||||||
| Тема 2.7 Основы программирования процессора. | Изучить тему, законспектировать материал | 372-418 282-298 | ||||||||||
| Тема 2.8 Современные процессоры | Изучить тему, законспектировать материал | 115-124 103-113 | ||||||||||
| Раздел 3. Вычислительные системы | ||||||||||||
| Тема 3.1 Организация вычислений в вычислительных системах | Изучить тему, законспектировать материал | 227-232 248-271 | ||||||||||
| Тема 3.2 Классификация вычислительных систем | Изучить тему, законспектировать материал | 232-235 251-264 | ||||||||||
| Итого: | ||||||||||||
Содержание учебной дисциплины
Введение
Роль и место знаний по дисциплине «Архитектура ЭВМ и вычислительных систем» в сфере профессиональной деятельности.
История развития вычислительных средств. Классификация ЭВМ по поколениям и сферам применения.
Поколения компьютеров
Один из способов классификации компьютеров учитывает основные конструктивные элементы.
Первое поколение. Время появления - начало 50-х годов. Основной элемент, на котором строилось управление компьютером, - электронная лампа. Первая машина для свободной продажи - UNIVAC (США) была выпущена в 1951 г. Самым лучшим представителем в СССР была серийная машина М-20 со скоростью 20 тысяч операций в секунду.
Второе поколение. В середине 50-х годов появились компьютеры с элементной базой на полупроводниках и долговременные запоминающие устройства на магнитных лентах. Начали применять языки программирования высокого уровня, такие как Фортран. Скорость лучшего представителя компьютеров СССР - БЭСМ-2 составляла 1 млн. операций в секунду.
Третье поколение. В середине 60-х годов были выпущены компьютеры серии IBM-360 (США), на которых вместо разрозненных транзисторов были применены малые интегральные схемы. Появились магнитные диски, правда, очень большие по размеру (30 см в диаметре). В СССР типичными представителями стали компьютеры единой системы (ЕС ЭВМ) и системы машин (СМ), которыми и начали оснащаться создаваемые вычислительные центры. Скорость обработки данных у мощных машин достигала 10 млн. операций в секунду.
Четвертое поколение. Появление компьютеров этого поколения связывают с разработкой (1971 г., фирма Intel, США ) микропроцессора на базе больших интегральных схем. Созданы персональные компьютеры, которые стали основой компьютеризации общества. Особую роль сыграли IВМ-по добные компьютеры. В России IВМ- подобные компьютеры выпускаются многими фирмами. Скорость обработки данных у них до 100 млн. операций в секунду.
Пятое поколение. По общепринятому определению компьютеры пятого поколения должны появиться с архитектурой, соответствующей языкам логического программирования. Скорость обработки более 100 млн. операций в секунду.
Шестое поколение. В настоящее время только ведутся разработки нейрокомпьютера, который и станет основой компьютеров шестого поколения.
Студент должен
иметь представление:
- о роли и месте знаний по дисциплине в сфере профессиональной деятельности;
- о классификации вычислительных машин;
- о поколениях ЭВМ.
Раздел 1 Представление информации в вычислительных системах
Тема 1.1 Арифметические основы ЭВМ
Системы счисления. Непозиционные и позиционные системы счисления. Системы счисления, используемые в ЭВМ. Свойства позиционных систем счисления. Перевод чисел из одной системы счисления в другую.
Формы представления чисел в ЭВМ: естественная и нормальная.
Алгебраическое представление двоичных чисел: прямой, обратный и дополнительные коды. Арифметические операции над числами в двоичной системе счисления. Использование обратного и дополнительного двоичных кодов для реализации всех арифметических операций с помощью суммирующего устройства. Преимущество дополнительного кода по сравнению с обратным кодом.
Системы счисления
Система счисления - совокупность правил изображения чисел с помощью набора символов, называемых цифрами.
Различают позиционные и непозиционные системы счисления.
Позиционная система счисления – это система счисления, для которой имеет значение местоположение цифр в записи числа.
В каждой позиционной системе счисления имеется основание. Любое число записывается в виде последовательности, состоящей из цифр основания. Основание системы счисления соответствует количеству цифр, используемых в данной системе. Основание показывает, во сколько раз вес каждой цифры меньше веса цифры, стоящей в старшем соседнем разряде.
Так как мы привыкли все количества измерять числами, представленными в десятичной системе, то для того чтобы узнать, какое количество записано в любой другой системе, достаточно воспользоваться следующим алгоритмом:
1) цифра в каждой позиции умножается на основание системы счисления в степени на 1 меньшей, чем номер позиции;
2) полученные таким образом значения складываются.
X(p) = an pn + an-1 pn-1 +…+ ai pi +…+a1 p1 + an-0 p0 + a-1 p-1+ a-2 p-2 +… (1)
Например:
- 123 в десятичной системе представляет число,
равное 1 • 102 + 2 • 101+ 3 • 100= 123;
- 123 в восьмеричной системе представляет число,
равное 1 • 82 + 2 • 81 + 3 • 80 = 83 в десятичной системе;
- 101 в двоичной системе представляет число
равное 1 • 22+ 0 • 21 + 1 • 20 = 5 в десятичной системе;
- 1ЕЗ в шестнадцатеричной системе представляет число, равное
1 • 162 + 14 • 161 + 3 • 160 = 483 в десятичной системе.
Количество позиционных систем счисления может быть любым. В вычислительной технике используются в основном четыре системы: десятичная, двоичная, восьмеричная и шестнадцатеричная. Соответствие между числами в этих системах счисления можно проследить в таблице 1.
Таблица 1- Двоичные, восьмеричные и шестнадцатеричные коды.
| Десятичное число | Четырёхразрядное число | Восьмеричное число | Шестнадцатеричное число |
| И | |||
| А | |||
| В | |||
| С | |||
| D | |||
| Е | |||
| F | |||
Позиционные системы очень удобны для представления как целых, так и дробных чисел, а также для вычислений