"Организация ЭВМ и систем"

(32 ч. лекций, 32 ч. лабораторных занятий)

Цели и задачи курса

В результате изучения курса студенты должны:
1. знать системный состав персональных ЭВМ (ПЭВМ), процессорные модули (ПМ) ПЭВМ, их архитектуру и структуру, функциональные особенности и программирование; принципы работы и сравнительные характеристики интегральных микросхем микропроцессорной системы (МПС), архитектурные стандарты системных шин;
2. уметь практически пользоваться системами характеристик процессорных модулей и микросхем памяти; принимать самостоятельные решения при выборе средств модернизации ПЭВМ и алгоритмов реализации функций системы в соответствии с потребностями пользователя ПЭВМ;
3. иметь представление о современных технологиях БИС МПС (ПМ, микросхем памяти, контроллеров ПУ), о состоянии и тенденциях развития средств вычислительной техники.

Введение

Цели и задачи курса, программа, основная и дополнительная литература. Этапы развития вычислительной техники. Место ПЭВМ в иерархии средств вычислительной техники (СВТ). Современный рынок ПЭВМ. Классификация ПЭВМ. Области применения.

1. Архитектура ПЭВМ

Принципы построения ЭВМ. Основные отличительные черты архитектуры современных ЭВМ и первых ЭВМ. Понятие семантического разрыва. Пути сокращения семантического разрыва в современных ЭВМ. Архитектура ПЭВМ. Обобщенная структура ПЭВМ. Системная магистраль. Системная плата: основные модули, их характеристики, разъемы.

2. Процессорные модули

Организация и режимы работы процессоров фирмы Motorola. Программная модель пользователя и супервизора. Форматы команд и режимы адресации, характеристика системы команд.

Анализ развития процессоров фирмы Intel семейства i 86-x.

Инициализация ПЭВМ на базе i 86-х.

Состав и структура модулей. Характеристики и особенности режимов работы ЦП i 86-х. Многозадачный режим работы ПЭВМ.

Форматы команд и режимы адресации, характеристика системы команд.

Организация и режимы работы процессоров Pentium и P6 фирмы Intel.

Форматы команд и режимы адресации, характеристика системы команд.

Переход от CISC к чертам RISC архитектуры в семействе i 86-х.

Конвейерная обработка данных в семействе i 86-х.

Конвейеризация шины, режим пакетирования, динамическое исполнение программ.

Основные черты RISC-процессоров. Характеристика современных RISC-процессоров, основные направления развития.

3. Сопроцессоры ПЭВМ

Взаимодействие ПЭВМ и сопроцессора. Особенности программирования ПЭВМ с сопроцессором. Форматы данных, система команд.

4. Ввод/вывод информации

Характеристика режимов обмена в ПЭВМ. Обмен с прерываниями. Структуры с контроллером прерываний ПЭВМ. Каскадирование контроллеров. Особенности обработки внутренних и внешних прерываний. Обмен в режиме прямого доступа к памяти. Организация и функционирование контроллеров прямого доступа к памяти.

5. Система памяти

Основные характеристики системы памяти. Распределение адресного пространства. Новые технологии памяти.

Основные принципы, краткая характеристика микросхем памяти.

Механизм адресации памяти ЦП 80386. Сегментация и страничная организация памяти.

Кэш-память. Типы кэш-памяти. Особенности обновления информации в кэш-памяти.

6. Периферийные устройства

Состав и характеристика периферийных устройств. Устройства для связи с пользователем. Клавиатура ПЭВМ. Символьные и графические дисплеи. Принтеры. Интерфейс с ЭВМ и обмен с периферийными устройствами. Системная магистраль. Параллельный и последовательный интерфейс.

Заключение

Краткая характеристика современного парка ПЭВМ. Тенденции развития средств вычислительной техники.

Литература

1. Майерс Г. Архитектура современных ЭВМ: В 2-х кн.- М.: Мир, 1985.
2. Мячев А.А., Степанов В.Н. Персональные ЭВМ и микроЭВМ. Основы организации: Справочник / Под ред. А. А. Мячева.- М.: Радио и связь, 1991.
3. Майоров С.А., Новиков Г.И. Структура электронных вычислительных машин.- Л.: Машиностроение, 1979.
4. Мячев А.А. Системы ввода-вывода ЭВМ.- М.: Энергоатомиздат, 1983.
5. Руководство по архитектуре IBM PC AT / Под ред. М.Л. Мархасина.- Минск: Консул, 1993.
6. Богумирский Б.С. Руководство пользователя ПЭВМ.- СПб.: Печатный двор, 1994.
7. Рош Л. Уинн. Библия по техническому обеспечению Уинна Роша / Пер. с англ.- Минск: Динамо, 1992.
8. Рош Л. Уинн. Библия по модернизации персонального компьютера.- Минск: ИПП " Тивали-Стиль", 1995.
9. Нортон П. Программно-аппаратная организация IBM PC.- М.: Радио и связь, 1991.
10. Нортон П. Персональный компьютер фирмы IBM и операционная система MS DOS.- М.: Радио и связь, 1991.
11. Морс С.П., Алберт Д. Д. Архитектура микропроцессора 80286 / Пер. с англ.- М.: Радио и связь, 1990.
12. Левкин Г.Н., Левкина В. Е. Введение в схемотехнику ПЭВМ IBM PC/AT.- M.: МПИ, 1991.
13. Орловский Г.В. Введение в архитектуру МП 80386. СПб: Сеанс-Пресс, Центр инфотехнологии Инфокон, 1992.
14. Смит В.Э., Джонсон М.Т. Архитектура и программирование МП Intel 80386: Пер. с англ. / СП "Конкорд".- М, 1992.
15. Брамм П., Брамм Д. МП 80386 и его программирование: Пер. с англ.- М.: Мир, 1990.
16. Бродин В.Б., Шагурин И. И. Микропроцессор i486. Архитектура, программирование, интерфейс.- М.: Диалог-МИФИ, 1993.
17. Григорьев В.Л. МП 80486.
18. Куприянов М.С., Петров Г.А., Пузанков Д.В. Процессор Pentium: Архитектура и программирование.- СПб., 1995.
19. Майоров С.А., Новиков Г.И. Электронные вычислительные машины. Введение в специальность.- М.: Высшая школа, 1982.
20. Вычислительные машины с нетрадиционной архитектурой: Сб. науч. трудов.- М.: Наука, 1990.
21. Лорд Н., Гирогосиан П. и др. Вычислительные машины будущего.- М.: Мир, 1987.
22. Айлиф Дж. Принципы построения базовой машины: Пер. с англ.- М.: Мир, 1973.
23. Лорд Н., Гирогосиан П. и др. Вычислительные машины с развитыми системами интерпретации.- Киев: Наукова думка, 1970.
24. Фролов А.В., Фролов Г.В. Аппаратное обеспечение IBM PC.- М.: Диалог-МИФИ, 1992.
25. Степаненко О. Техническое обслуживание и ремонт IBM PC.- Киев: Диалектика, 1994.

Приложения

Темы лабораторных работ

1. Изучение архитектуры ЦП i386: инициализация, режимы работы и особенности адресации памяти в реальном и защищенном режимах, механизм реализации прерываний и исключений.
2. Исследование семантического разрыва в современных ПЭВМ.
3. Программирование асинхронного последовательного адаптера. Работа по прерываниям и по готовности.
4. Разработка протоколов передачи файлов через порт RS-232.
5. Создание резидентной утилиты для передачи файлов с ПК на ПК через RS-232. Обход нереентерабельности MS-DOS.
6. Изучение подсистемы внешней памяти ПК.
7. Изучение подсистемы оперативной памяти ПК с кэшем.
8. Асинхронный последовательный адаптер: устройство, работа, производительность.

Вопросы к семинарским занятиям по теме "Характеристика процессорных модулей"

1. Базовая архитектура МП 8086/8088.
2. Инициализация ПЭВМ на базе i86-х.
3. Состав и структура процессорных модулей:
   • 80286: понятие цикл шины, цикл процессора;
   • 80386: многозадачный режим работы. Механизм адресации памяти: сегментация и страничная организация памяти. Режимы работы ЦП i86-х: реальный, виртуальный, защищенный (характеристика, особенности);
   • 80486: кэш-память, режим пакетирования;
   • Pentium (Р5): Pentium как суперскалярный процессор фирмы Intel;
   • Pentium Pro(P6): динамическое исполнение программ.
4. Форматы команд и режимы адресации, характеристика системы команд процессоров i86-х.
5. Переход от CISC к чертам RISC архитектуры в семействе i86-х.
6. Конвейерная обработка данных в семействе i86-х: 80286 - конвейризация шины, 80486 - режим пакетирования, Р5 - 2 5-ступенчатый конвейер, Р6 - динамическое исполнение программ.

Вопросы к экзамену

1. Поколения вычислительных систем. Классификация ЭВМ. Области применения.
2. Принципы построения ЭВМ. Основные отличительные черты архитектуры современных ЭВМ и первых ЭВМ.
3. Понятие семантического разрыва. Пути сокращения семантического разрыва в современных ЭВМ.
4. Архитектура ПЭВМ. Обобщенная структура ПЭВМ. Системная магистраль.
5. Системная плата: основные модули, их характеристики, разъемы.
6. Сопроцессоры ПЭВМ. Взаимодействие ПЭВМ и сопроцессора. Особенности программирования ПЭВМ с сопроцессором. Форматы данных, система команд.
7. Характеристика процессорных модулей ПЭВМ.
8. Анализ развития процессоров фирмы Intel семейства i 86-x.
9. Инициализация ПЭВМ на базе i 86-х.
10. Характеристики и особенности режимов работы ЦП i 86-х.
11. Переход от CISC к чертам RISC архитектуры в семействе i 86-х.
12. Конвейерная обработка данных в семействе i 86-х. Конвейеризация шины, режим пакетирования, динамическое исполнение программ.
13. Основные черты RISC-процессоров. Характеристика современных RISC-процессоров, основные направления развития.
14. Организация и режимы работы процессоров фирмы Motorola. Программная модель пользователя и супервизора. Форматы команд и режимы адресации, характеристика системы команд.
15. Характеристика основных архитектурных стандартов ПЭВМ: ISA,EISA, MCA, VLB, PCI.
16. Архитектура памяти ПЭВМ. Иерархия памяти ВС.
17. Новые технологии памяти. Основные принципы, краткая характеристика микросхем памяти.
18. Механизм адресации памяти ЦП 80386. Сегментация и страничная организация памяти.
19. Кэш-память. Типы кэш-памяти. Особенности обновления информации в кэш-памяти.
20. Характеристика режимов обмена в ПЭВМ. Обмен с прерываниями. Контроллер прерываний Intel 8259 А. Каскадное включение контроллеров прерываний. Режимы работы. Организация прямого доступа к памяти.
21. Периферийные устройства ПЭВМ. Классификация. Краткая характеристика.
22. Интерфейс ПЭВМ и обмен с ПУ (периферийными устройствами). Параллельный и последовательный интерфейс.
23. Тенденции и принципы развития современных ПЭВМ.

Составила доцент КИИСиФЭ Ершова Н.Ю.