ПРОГРАММА КУРСА «АРХИТЕКТУРА ЭВМ И СИСТЕМ»
(2 курс, специальность: «Информационные системы» факультета информационных технологий РГПУ им. А. И. Герцена, осенний семестр 2008/2009 учебный год)
Лекции: 36 ч., лабораторные работы: 18 ч.
Предварительные понятия и соглашения.
Понятия: «формальный язык», «система счисления».
Основные понятия: «ЭВМ», «Архитектура ЭВМ», «Фон-неймановская архитектура ЭВМ», «Вычислительная система».
Тема 1. Многоуровневая модель архитектуры ЭВМ.
Модель архитектуры ЭВМ по Э. Таненбауму: цифровой логический уровень, микроархитектурный уровень, уровень архитектуры команд, уровень операционной системы, уровень языка ассемблера, уровень языка высокого уровня.
Модель архитектуры ЭВМ на уровне математических оснований используемой парадигмы программирования: равнодоступная адресная машина с хранимой программой (РАСП) - компьютер с сокращённым набором команд. Особенности РАСП-машины.
Процесс развития многоуровневых машин: изменение границ между аппаратным и программным обеспечением.
Тема 2. Модель архитектуры ЭВМ на уровне архитектуры микропроцессора Intel.
Понятие «микропроцессор».
Классы процессоров (CISC, RISC, MISC, VLIW).
Структурная схема типичной микропроцессорной системы.
Программная модель микропроцессора Intel - отладчик TurboDebugger. Отладка программы. Типы отладчиков.
Тема 21. Организация памяти ЭВМ и команды процессора Intel.
Модель памяти. Единицы машинных данных.
Физический адрес ячейки памяти. Адресное пространство. Сегментация памяти. Понятие «сегмент». Типы
сегментов. Логический адрес ячейки памяти.
Модели использования памяти: сегментированная и страничная.
Организация быстродействующей памяти ЭВМ. Группы регистров и их назначение.
Типы данных микропроцессора (с точки зрения размерности и их логической интерпретации).
Понятия «команда» и «операция». Структура команд микропроцессора и их представление в памяти.
Регистр флагов как средство контроля выполнения команд. Примеры установки флагов. Прагматика команд для работы с битами. Примеры.
Тема 22. Фон-неймановская архитектура ЭВМ.
Понятие «фон-Неймановская архитектура». Принципы, лежащие в основе данной архитектуры. Индивидуальные архитектурные свойства ЭВМ.
Основной алгоритм работы процессора. Цикл выполнения команды.
Классификация команд процессора Intel.
Тема 23. Исполняемые программы фон-неймановской архитектуры ЭВМ.
Исполняемые программы: позиционно-зависимые (ехе-программы), позиционно-независимые (com-программы).
Сегментная структура программ и отличительные особенности com-файлов от ехе-файлов.
Тема 24. Организация доступа к памяти с помощью команд языка ассемблера.
Понятие «директива». Директивы сегментации памяти.
Директивы резервирования и инициализации данных в языке ассемблера. Примеры.
Адресация памяти. Понятие «адресация». Типы операндов команд микропроцессора. Режимы адресации.
Стековая организация памяти. Управление стеком. Доступ к ячейкам стековой памяти.
Тема 25. Концепция модульного программирования на ЭВМ фон-неймановской архитектуры.
Концепция модульного программирования.
Понятия «процедура», «макрокопроцедура» {«макрокоманда»).
Синтаксис описания процедуры в языке ассемблера. Размещение процедур в программе. Команда безусловной передачи управления: вызов процедуры и возврат управления в исходную программу. Примеры.
Организация интерфейса с процедурой: передача аргументов через регистры, стек, общую
область памяти и с помощью директив EXTRN и PUBLIC. Примеры.
Понятие «рекурсивная процедура». Организация рекурсивной процедуры на языке ассемблера. Распределение памяти стека при выполнении рекурсивной процедуры.
Тема26. Организация прерываний в ЭВМ.
Понятие «прерывание». Классификация прерываний.
Программные и аппаратные средства, составляющие систему прерываний. Примеры.
Механизм обработки прерываний посредством программных средств.
Составляющие компоненты микросхемы программируемого контроллера прерываний i8259A.
Механизм обработки прерываний посредством аппаратных средств. Понятие о портах ввода-вывода.
Общая схема формирования сигнала, подаваемого на динамик (управление динамиком через порт 61h).
Тема 3. Вычислительные системы.
Понятие «вычислительная система».
Основные типы вычислительных систем: многомашинная вычислительная система, многопроцессорная вычислительная система.
Примеры некоторых архитектур вычислительных систем: асимметричная многопроцессорная (мультипроцессорная) архитектура; симметричная многопроцессорная архитектура; гибридная архитектура с неоднородным доступом к памяти; параллельная архитектура с векторными процессорами; кластерная архитектура.
Перспективные типы процессоров ЭВМ: ассоциативные процессоры; матричные процессоры; клеточные и ДНК-процессоры; коммуникационные процессоры; процессоры баз данных; потоковые процессоры; нейронные процессоры; процессоры с многозадачной (нечёткой) логикой.
