Утверждаю icon

Утверждаю


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ


Томский государственный университет


УТВЕРЖДАЮ


Декан факультета информатики

Сущенко С.П.

" " декабря 2010 г.


Рабочая программа дисциплины


АРХИТЕКТУРА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ


Направление подготовки


230700 Прикладная информатика


Квалификация выпускника


Бакалавр


Форма обучения


Очная


Томск

2010

1. Цели освоения дисциплины

Целями освоения дисциплины «Архитектура вычислительных систем» являются ознакомление студентов с архитектурой и принципами построения современных вычислительных систем.


^ 2.Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата.

Раздел образовательной программы: профессиональный цикл, базовая часть.

Для изучения курса необходимо знание следующих дисциплин:

- дискретная математика;

- математическая логика и теория алгоритмов;

- теория графов;

- программирование.

Для того чтобы приступить к изучению курса «Архитектура вычислительных систем», студент должен обладать следующими знаниями и умениями:

- знать теорию множеств, теорию отношений, теорию графов, логику высказываний и логику предикатов первого порядка;

- знать основы компьютерных технологий и языков программирования;

- иметь твердые знания основных структур данных в программировании;

- уметь строить алгоритмы решения поставленной задачи;

- уметь разрабатывать программы для ЭВМ;

- уметь разрабатывать программы с применением низкоуровневых языков программирования.

Знания и умения, полученные в ходе освоения данной дисциплины (модуля), понадобятся при изучении таких последующих дисциплин ООП, как:

- операционные системы;

- компьютерные сети;

- системное администрирование.

^ 3 Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины (модуля) «Архитектура вычислительных систем».

  • способен самостоятельно приобретать и использовать в практической деятельности новые знания и умения, стремится к саморазвитию (ОК-5);

  • способен понимать сущность и проблемы развития современного информационного общества (ОК-7);

  • способен осуществлять и обосновывать выбор проектных решений по видам обеспечения информационных систем (ПК-5);

  • способен документировать процессы создания информационных систем на всех стадиях жизненного цикла (ПК-6);

  • способен принимать участие в создании и управлении ИС на всех этапах жизненного цикла (ПК-11);

  • способен эксплуатировать и сопровождать информационные системы и сервисы (ПК-12);

  • способен принимать участие во внедрении, адаптации и настройке прикладных ИС (ПК-13);

  • способен проводить оценку экономических затрат на проекты по информатизации и автоматизации решения прикладных задач (ПК-15);

  • способен оценивать и выбирать современные операционные среды и информационно-коммуникационные технологии для информатизации и автоматизации решения прикладных задач и создания ИС (ПК-16);

  • способен применять системный подход и математические методы в формализации решения прикладных задач (ПК-21);



В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

  • Знать современные подходы и технологии построения вычислительных систем

  • Уметь применять полученные знания для построения вычислительных систем разной сложности

  • Владеть средствами автоматизации технического расчета конфигурации вычислительных систем

    Успешно освоившим дисциплину считается студент, обладающий знаниями современных технологий, используемых в построение вычислительных систем.



^ 4. Структура и содержание дисциплины «Архитектура вычислительных систем».

Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетных единицы, 72 часа.






п/п



Раздел

Дисциплины

Семестр

Неделя семестра

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах)

^ Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра)

Форма промежуточной аттестации (по семестрам)













всего

лекции

лаборатории

Самостоятельная работа




1

Введение. Обзор курса

4

1

2

2










2

Архитектурные элементы построения центральных процессоров

4

1-2

18

6




12




3

Многопроцессорные вычислительные системы

4

3

12

4




8




4

Многоуровневая система памяти

4

4

12

4




8

Сдача промежуточной контрольной работы

5

Шинные интерфейсы

4

5-6

12

4




8




6

Методы обеспечения отказоустойчивости и масштабирования

4

7

8

4




4




7

Методы виртуализации аппаратной части ВС

4

8

8

4




4







Итого







72

24




48

Экзамен


^ Лекционный курс

Тема 1. Введение. Обзор курса.

Тема 2. Архитектурные элементы построения центральных процессоров.

Основы построения современных центральных процессоров. Архитектурные элементы и методы, используемые при построении процессоров, включая разбор конкретных примеров реализации рассмотренных технологий в продуктах основных вендоров (Intel, AMD, IBM, SUN/Oracle, и т.д.). Конвейеризация, суперскалярная архитектура, CISC и RISC архитектуры, предсказание ветвлений, спекулятивное и предикативное исполнение, переименование регистров, обход и продвижение данных, неупорядоченное исполнение, аппаратный скаутинг, аппаратная оптимизация коротких циклов, многоядерность, многопоточность.

Тема 3. Многопроцессорные вычислительные системы.

Разбор архитектурных подходов SMP, CC-NUMA, MPP. Анализ многопроцессорных систем Intel и AMD: двух, четырех и восьми процессорные реализации. Вычислительные кластеры.

Тема 4. Многоуровневая система памяти.

Принципы построения КЭШ памяти, оперативной памяти, дисковой памяти. Анализ способов построения многоуровневой КЭШ памяти в процессорах Intel, AMD, IBM, SUN. КЭШ прямого отображения, полностью ассоциативный КЭШ, множественно-ассоциативный КЭШ. Физическое и логическое построение оперативной и дисковой памяти. Многоканальная память.

Тема 5. Шинные интерфейсы.

Системные шины, шины ввода/вывода, периферийный шины. Шины PCI, PCI-X, PCI-E, InfiniBand, HT, FSB, SCSI, SAS, SATA, ATA, USB, FC, FireWire.

Тема 6. Методы обеспечения отказоустойчивости и масштабирования.

Методы защиты оперативной и дисковой памяти от сбоев. Уровни RAID.

Тема 7. Методы виртуализации аппаратной части ВС. Аппаратная виртуализация, виртуализация средствами ОС, виртуализация на основе гипервизоров. Решение компания VM-Ware в области виртуализации серверных групп.




^ 5. Образовательные технологии

В ходе преподавания дисциплины «Архитектура вычислительных систем» используются следующие образовательные технологии:

- разбор конкретных ситуаций;

- решение профессиональных задач из реальной предметной области;

- самостоятельное проектирование;

    - мастер-классы экспертов.


6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.

Самостоятельная работа студентов по дисциплине организуется в следующих форме самостоятельного изучение основного теоретического материала, ознакомление с дополнительной литературой, Интернет-ресурсами.

В качестве учебно-методического обеспечения самостоятельной работы используется основная и дополнительная литература по предмету, Интернет-ресурсы, материал лекций.

Вопросы и задания для текущего контроля:

  1. Классификация ВС по Флинну.

  2. Особенности построения CISC архитектуры.

  3. Особенности построения RISC архитектуры.

  4. Конвейеризация, фазы классического конвейера.

  5. Зависимость длины конвейера и тактовой частоты процессора.

  6. Явления, оказывающие негативное влияние на конвейеризацию.

  7. Суперконвейеризация, гиперковейеризация.

  8. Суперскалярная архитектура и методы ее построения.

  9. Методы предсказания ветвлений.

  10. Предикативное и спекулятивное исполнение инструкций.

  11. Переименование регистров.

  12. Обход и продвижение данных.

  13. Неупорядоченное исполнение.

  14. Аппаратный скаутинг.

  15. Аппаратная оптимизация циклов.

  16. Многоядерность. Определение, виды, архитектурные свойства.

  17. Двух-ядерные процессоры Intel.

  18. Двух-ядерные процессоры AMD.

  19. Четырх-ядерные процессоры Intel.

  20. Четырех-ядерные процессоры AMD.

  21. Шести-, восьми-, двенадцати-ядерные системы Intel и AMD.

  22. Гетерогенные многоядерные процессоры на примере Cell BE.

  23. Классификация параллелизма: параллелизм на уровне инструкций и потоков.

  24. Многопоточность одновременная.

  25. Многопоточность попеременная с точным делением времени.

  26. Процессор UltraSPARC T1 (Niagara).

  27. Процессор UltraSPARC T2 (Niagara2).

  28. Многопоточность попеременная с неточным делением времени.

  29. SMP системы.

  30. CC-NUMA системы.

  31. MPP системы.

  32. 2-х процессорные SMP системы от Intel.

  33. 4-х процессорные SMP системы от Intel.

  34. 8-х процессорные SMP системы от Intel.

  35. 2-х процессорные CC-NUMA системы от Intel.

  36. 2-х процессорные CC-NUMA системы от AMD.

  37. 4-х процессорные CC-NUMA системы от Intel.

  38. 4-х процессорные CC-NUMA системы от AMD.

  39. 8-х процессорные CC-NUMA системы от Intel.

  40. 8-х процессорные CC-NUMA системы от AMD.

  41. КЭШ память прямой и отложенной записи.

  42. Раздельная и совместная (с точки зрения инструкций и данных) КЭШ память.

  43. Включающий и исключающий методы построения КЭШ памяти.

  44. Факторы, влияющие на выбор размера КЭШ памяти процессоров и ядер.

  45. КЭШ прямого отображения.

  46. Полностью ассоциативный КЭШ.

  47. Множественно ассоциативный КЭШ.

  48. Механизмы обеспечения когерентности КЭШ памяти, протокол MESI.

  49. Механизмы обеспечения когерентности КЭШ памяти, протокол MOESI.

  50. Механизмы обеспечения когерентности КЭШ памяти, протокол MESIF.

  51. Организация оперативной памяти и методы адресации элементов (CAS, RAS).

  52. Синхронный и асинхронный принципы работы оперативной памяти.

  53. SDR, DDR, DDR2, DDR3 памятью.

  54. Регистровая и буферизируемая память (registered DIMM, FB-DIMM).

  55. Методы обеспечения отказоустойчивости оперативной памяти.

  56. Физическая организация дисковой памяти.

  57. Физическая и логическая адресация дисковой памяти.

  58. Методы обеспечения отказоустойчивости физической памяти, уровни RAID.

  59. Классификация шин по логическим и физическим топологиям.

  60. Классификация шин по функциональному назначению.

  61. Системные шины.

  62. Шины ввода/вывода.

  63. Периферийные шины.

  64. Виртуализация: определение и методы.

  65. Аппаратная виртуализация.

  66. Виртуализация средствами ОС.

  67. Виртуализация средствами гипервизоров.

  68. Виртуализация серверных групп и ЦОД с использованием решения vSphere от компании VM-ware.


^ 7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля) «Архитектура ВС».

а) основная литература:

1. Сущенко С.П. Архитектура вычислительных систем. Учебное пособие. Издательский дом «СКК-Пресс», 2006 г., 196 стр.

2. Эндрю Танненбаум. Архитектура компьютера, 5-ая редакция. Издательство «Питер», 2007 г., 846 стр.

3. Хорошевский В. Г. Архитектура вычислительных систем. Издательство: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2008 г., 520 стр.

4. Гордеев А.В., Молчанов А.Ю. Системное программное обеспечение: учебник для вузов. Издательство «Питер», 2003 г., 736 стр.


б) дополнительная литература:

1. Юров В. И. ASSEMBLER. Издательство «Питер», 2002 г., 622 стр.


в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы

1. www.intel.com

2. www.amd.com

3. www.hypertransport.org

4. www.ibm.com

5. www.oracle.com


^ 8. Материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля) «Архитектура ВС»

Для материально-технического обеспечения дисциплины требуется наличие компьютерной техники с установленным соответствующим программным обеспечением и другого оборудования, поддерживающего проведение презентаций, построение проектной документации, выход в сеть Интернет. Также требуется обеспечение литературой, которую в достаточном объеме может предложить книжный фонд Научной библиотеки Томского госуниверситета и факультета информатики.


Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению и профилю подготовки ____________________ .


Автор ассистент Кокшенёв В.В.

Рецензент д.т.н., профессор Сущенко С.П.


Программа одобрена на заседании Ученого Совета Факультета информатики

от ___________ 2010 года, протокол № ________.




Скачать 110.12 Kb.
оставить комментарий
Дата02.10.2011
Размер110.12 Kb.
ТипРабочая программа, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх