Программы -> 010503.65

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Кемеровский государственный университет»

Кафедра ЮНЕСКО по Новым информационным технологиям

«Утверждаю»

Декан математического факультета

_______________  Н.Н. Данилов

 «        »                              20    г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

по курсу

"Архитектуры вычислительных систем и компьютерных сетей"

Кемерово

2011

Рабочая программа дисциплины федерального компонента цикла ОПД.Ф.03 «Архитектуры вычислительных систем и компьютерных сетей» составлена на основании Государственного образовательного стандарта по специальности «Математическое обеспечение и администрирование информационных систем».

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры

Протокол №_____от «_____»_________200__г.

Зав.кафедрой ____________________________ К.Е. Афанасьев

 Одобрено методической комиссией

Протокол №_____от «_____»_________200__г.

Председатель ____________________________

1.Пояснительная записка

Актуальность и значимость дисциплины

Дисциплина является одной из основных  в цикле общих профессиональных дисциплин, в рамках которой изучаются основные понятия вычислительных систем и компьютерных сетей, базовые структуры и технологии, используемые в организации современных вычислительных систем и компьютерных сетей.

Цель и задачи изучения дисциплины

Целью преподавания учебной дисциплины «Архитектура вычислительных систем и компьютерных сетей» является изучение архитектуры вычислительных систем и компьютерных сетей. Ознакомление студентов с основами организации вычислительных систем и компьютерных сетей, дать краткое описание основных функциональных компонент, принципов их работы и сопряжения между собой, формирование и закрепление системного подхода к изучению и проектированию сложных вычислительных систем и компьютерных сетей. 

При преподавании учебной дисциплины «Архитектура вычислительных систем и компьютерных сетей» ставятся следующие задачи:

·             ознакомить студентов с традиционными вычислительными архитектурами (CISC и RISC);

·             изучить основные подходы к построению многопроцессорных вычислительны хсистем;

·             рассмотреть взаимосвязь архитектуры и компиляторов языков высокого уровня;

·             привести сведения о различных протоколах передачи данных, дать понятие пакетной передачи и защиты информации;

·             обучить студентов  различным подходам, используемым при создании и эксплуатации современных ЭВМ и сетей на их основе;

·             привить студентам умение самостоятельно изучать учебную и научную литературу в области информатики.

Знания, умения и навыки, полученные студентами в результате усвоения материала дисциплины, могут быть использованы ими во всех видах деятельности в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования.

Требования к уровню освоения содержания дисциплины

В результате изучения дисциплины студенты должны:

- знать:

- основные архитектуры вычислительных систем;

- архитектуры компьютерных сетей.

- уметь:

- выбрать структуру ВС и режим ее функционирования;

- разрабатывать структурные и функциональные схемы всех ее составляющих;

- применять методы повышения производительности систем и увеличения ее надежности

- выбрать  необходимый  набор  и  структуру  компонентов математического  обеспечения.

- иметь представление:

- о способах параллельной обработки информации;

- о принципах системной организации вычислительных средств;

- о современном состоянии развития вычислительных систем и сетей ЭВМ.

Формы организации учебного процесса по данной дисциплине. На основе программы и учебного плана в ходе проведения занятий используются различные формы: лекции, контрольные работы, зачеты.

Виды контроля знаний и их отчетности. По лекцилнным разделам предусмотрены контрольные вопросы. По итогам изучения курса предусмотрен зачет.

Курс рассчитан на один семестр. В конце семестра проводится зачет.

2.Тематический план

3. Содержание дисциплины

Программа курса

1. Развитие компьютерной архитектуры.

Механические компьютеры, электронные лампы, транзисторы, интегральные схемы, сверхбольшие интегральные схемы.

2. Многоуровневая компьютерная организация.

Языки, уровни и виртуальные машины.

3. Организация компьютерных систем: процессоры.

Устройство центрального процессора, выполнение команд. RISC и CISC процессоры. Принципы разработки современных процессоров. Параллелизм на уровне команд, на уровне процессоров.

4. Организация компьютерных систем: основная память.

Бит, адреса памяти, упорядочение байтов, код с исправлением ошибок. Кэш-память. Сборка модулей памяти и их типы.

5. Организация компьютерных систем: вспомогательная память.

Иерархическая структура памяти. Магнитные диски, дискеты, IDE- SCSI-диски, RAID-массивы, компакт-диски.

6. Организация компьютерных систем: процесс ввода-вывода.

Шины, терминалы, мыши, принтеры, модемы.

7. Цифровой логический уровень: вентили и булева алгебра.

Вентили, булева алгебра, реализация булевых функций, эквивалентность схем.

8. Цифровой логический уровень: основные цифровые логические схемы.

Интегральные схемы, комбинационные схемы, арифметические схемы, тактовые генераторы.

9. Цифровой логический уровень: организация памяти, микросхемы процессоров, шины, микросхемы ввода-вывода.

Защелки, триггеры, регистры, организация памяти, микросхемы памяти, ОЗУ и ПЗУ, ширина шины, синхронизация шины, арбитраж шины, принципы работы шины, микросхемы ввода-вывода, декодирование адресов.

10. Многопроцессорные вычислительные системы.

Классификация Флинна, классификация многопроцессорных систем по организации памяти, классификация многопроцессорных вычислительных систем по организации межпроцессорных связей. Программное обеспечение для компьютеров параллельного действия.

11. Развитие компьютерных сетей

Общие сведения о компьютерных сетях. Основные понятия. Локальные и глобальные сети. Эталонная модель открытой системы (OSI).

12. Топология компьютерных сетей

Топология сети. Способы создания сетей. Протоколы передачи данных. Иерархия протоколов и режимы их работы.

13. Сетевые архитектуры

Виды сетей и сетевого оборудования. Общая организация вычислительных сетей и их архитектура. Пакеты и работа с ними. Защита от ошибок. Кодирование.

14.  Сетевые приложения

Протокол TCP/IP. IP-адресация. Службы DNS, DHCP, WWW, FTP, SMTP.

Учебно-методические материалы по дисциплине

Презентации в формате Adobe Acrobat. При наличии видеопроектора и компьютера позволяют существенно сократить время на прорисовку иллюстративного материала обычными средствами на доске.

4.     Литература

 1.     Таненбаум Э. Архитектура компьютера. СПб.: Питер, 2007. 848 с.

2.     Афанасьев К.Е., Стуколов С.В. Многопроцессорные вычислительные системы и параллельное программирование: Учебное пособие. КемГУ. Кемерово: Кузбассвузиздат, 2003. 233с.

3.     В.Г. Олифер, Н.А. Олифер Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы - СПб.: Питер, 2001.

4.     Столлингс У. Структурная организация и архитектура компьютерных систем: Проектирование и производительность. СПб: Вильямс, 2002. 896 с.

5.     Барановская Т.П., Лойло В.И., Семенов М.И. и др. Архитектура компьютерных систем и сетей: Учебное пособие для вузов. М: Финансы и статистика, 2003. 256 с.

6.     Цилькер Б.Я., Орлов С.А. Организация ЭВМ и систем: Учебник для вузов. СПб: Питер, 2004. 668 с.

7.     Материалы сайта http://www.citforum.ru

8.     Интернет-Университет Информационных Технологий (Intuit.ru)

9.     http://infologos.narod.ru/Математическая логика в курсе информатики

10.                       Виртуальный музей истории отечественных компьютеров http://informatic.ugatu.ac.ru

5.     Контрольные вопросы и контрольные срезы

Примеры вопросов для тестирования к зачету по курсу приведены ниже.

Из базы вопросов каждому студенту по каждой теме случайным образом составляется список из 20 вопросов. Время для ответов на вопросы теста – 35-40 мин. Работа оценивается по двухбалльной системе (больше 65% верных ответов в тесте - «зачет», меньше 65% - «незачет»).

Примеры вопросов:

1.     Компьютер может выполнять только программы, написанные на его машинном языке Я 0.  У Вас программа написана на языке Я1. Каким образом компьютер будет  выполнять программы, написанные на языке Я1, если будет использоваться трансляция?

В программе, написанной на языке Я 1, заменяется каждая команда эквивалентным набором команд на языке Я 0. В этом случае компьютер выполняет новую программу, написанную на языке Я 0, вместо старой программы, написанной на Я 1.

Программа на языке Я 0, получает в качестве входных данных программы, написанные на языке Я 1. При этом каждая команда языка Я 1 обрабатывается поочередно, после чего сразу выполняется эквивалентный ей набор команд языка Я 0.

Программа на языке Я 0, получает в качестве входных данных программы, написанные на языке Я 0. При этом каждая команда языка Я 0 обрабатывается поочередно, после чего сразу выполняется эквивалентный ей набор команд языка Я 0.

В программе, написанной на языке Я 1, заменяется каждая команда эквивалентным набором команд на языке Я 1. В этом случае компьютер выполняет новую программу, написанную на языке Я 0, вместо старой программы, написанной на Я 1.

2.     Из чего состоит аппаратное обеспечение?

Интегральные схемы

Печатные платы

Модули памяти

Алгоритмы

Программы

3.     В каком смысле аппаратное и программное обеспечение эквивалентны?

Любая операция, выполняемая программным обеспечением, может быть реализована аппаратным обеспечением

Не любая операция, выполняемая программным обеспечением, может быть реализована аппаратным обеспечением

Не любая команда, выполняемая аппаратным обеспечением, может быть смоделирована программно

Любая команда, выполняемая аппаратным обеспечением, может быть смоделирована программно

4.     Что означает параллелизм на уровне команд?

выполнение большого количества команд за единицу времени

выполнение одной задачи несколькими процессорами

выполнение одной задачи одним процессором

выполнение одной команды за единицу времени

5.     Что означает термин суперскалярная архитектура процессора?

В процессоре используется один конвейер с большим количеством функциональных блоков

В процессоре используется два конвейера с большим количеством функциональных блоков

В процессоре используется  много конвейеров с большим количеством функциональных блоков

В процессоре используется  много конвейеров с небольшим количеством функциональных блоков

6.     Постройте иерархическую структуру памяти от большей скорости доступа к меньшей скорости доступа:

Регистры

Кэш-память

Основная память

Магнитный диск

7.     Какие действия выполняет контроллер устройства?

управляет устройством ввода-вывода

регулирует доступ к шине

регулирует доступ к памяти

управляет процессором

8.     Перечислите основные приемы повышения быстродействия при внутрипроцессорном параллелизме:

параллелизм на уровне команд

 многопоточность

 размещение на микросхеме нескольких процессоров

многокомпьютерность

параллелизм на уровне компьютеров

9.     Выберите верное утверждение об адресном пространстве, используемом мультипроцессором

Все процессоры в мультипроцессоре используют единое адресное пространство

Все процессоры в мультипроцессоре используют свое собственное адресное пространство

Часть процессоров в мультипроцессоре используют единое адресное пространство, а часть свое собственное

10.           Выберите преимущества топологии сети «шина»

Выход из строя центрального узла выводит из строя всю сеть

Экономный расход кабеля

Для добавления нового компьютера в сеть необходима остановка всей сети

Централизованный контроль и управление

Легко расширяется