Радиофизический факультет

Скачать 146.48 Kb.

Название	Радиофизический факультет
Дата публикации	29.03.2015
Размер	146.48 Kb.
Тип	Документы

100-bal.ru > Информатика > Документы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»

Радиофизический факультет

Центр «Безопасность информационных систем и средств коммуникаций»

УТВЕРЖДАЮ

Декан радиофизического факультета
____________________Якимов А.В.

«18» мая 2011 г.

Учебная программа
Дисциплины С3.Р5 «Архитектура вычислительных систем»
по специальности 090302 «Информационная безопасность телекоммуникационных систем»

Нижний Новгород

2011 г.

1. Цели и задачи дисциплины

Цель курса «Архитектура вычислительных систем» состоит в изучении принципов работы современной микропроцессорной техники, лежащей в основе универсальных и специализированных ЭВМ, и встраиваемых систем, методов организации взаимодействия микропроцессора с памятью и внешними устройствами. В процессе изучения курса студенты должны получить понятие об особенностях внутреннего устройства современного микропроцессора и их влиянии на эффективность исполнения программного кода, изучить основные принципы построения универсальных высокопроизводительных микропроцессоров, специфику векторных систем, систем обработки сигналов.
2. Место дисциплины в структуре программы специалиста

Дисциплина «Архитектура вычислительных систем» относится к дисциплинам вариативной части профессионального цикла основной образовательной программы по специальности 090302 «Информационная безопасность телекоммуникационных систем», преподается в 6 семестре.
3. Требования к уровню освоения содержания дисциплины

Изучение дисциплины «Архитектура вычислительных систем» обеспечивает овладение следующими общекультурными компетенциями:

способностью к логически правильному мышлению, обобщению, анализу, критическому осмыслению информации, систематизации, прогнозированию, постановке исследовательских задач и выбору путей их решения на основании принципов научного познания (ОК-9);
способностью самостоятельно применять методы и средства познания, обучения и самоконтроля для приобретения новых знаний и умений, в том числе в новых областях, непосредственно не связанных со сферой деятельности, развития социальных и профессиональных компетенций, изменения вида своей профессиональной деятельности (ОК-10).

Изучение дисциплины «Архитектура вычислительных систем» обеспечивает овладение следующими профессиональными компетенциями:

способностью использовать языки, системы и инструментальные средства программирования в профессиональной деятельности (ПК-4);
способностью к эксплуатации современного телекоммуникационного оборудования и приборов (ПК-9);
способностью применять основные методы, способы и средства получения, хранения, переработки и передачи информации (ПК-10);
способностью применять современные методы исследования с использованием компьютерной техники (ПК-12);
способностью выявлять тенденции развития информационной безопасности телекоммуникационных систем (ПК-14);
способностью формулировать задачи и проводить исследования телекоммуникационных систем и оценивать их эффективность (ПК-15);
способностью оценивать технические возможности и вырабатывать рекомендации по построению систем и сетей передачи информации общего и специального назначения (ПК-17);
способностью участвовать в разработке компонентов телекоммуникационных систем (ПК-18);
способностью осуществлять рациональный выбор элементной базы обеспечения информационной безопасности телекоммуникационных систем и их устройств (ПК-22);
способностью определять технические характеристики телекоммуникационных систем (ПК-34).

В результате изучения дисциплины студенты должны

знать:

принципы однопоточной и многопоточной конвейерной обработки последовательного программного кода и основные технологии повышения её производительности;
особенности архитектуры микропроцессоров с длинным командным словом, специфику сигнальных и векторных микропроцессоров.

4. Объем дисциплины и виды учебной работы

Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетные единицы, 144 часа.

Виды учебной работы	Всего часов	Семестры
Общая трудоемкость дисциплины	144	6
Аудиторные занятия	68	68
Лекции	51	51
Практические занятия (ПЗ)	–	–
Семинары (С)	–	–
Лабораторные работы (ЛР)	17	17
Другие виды аудиторных занятий	–	–
Самостоятельная работа	40	40
Курсовой проект (работа)	–	–
Расчетно-графическая работа	–	–
Реферат	–	–
Домашняя работа	40	40
Вид итогового контроля	экзамен (36)	экзамен (36)

5. Содержание дисциплины

5.1. Разделы дисциплины и виды занятий

№ п/п	Раздел дисциплины	Лекции	ПЗ (или С)	ЛР
1.	Общие вопросы курса. Основные понятия и классификации предметной области.	5	–	–
2.	Общие принципы реализации конвейерного микропроцессора.	8	–	4
3.	Основы программной оптимизации кода для конвейерного процессора.	4	–	3
4.	Реализация аппаратной логики динамической оптимизации кода.	6	–	5
5.	Динамические аппаратные методы обработки ветвлений.	4	–	3
6.	Иерархическая структура памяти.	7	–	2
7.	Организация виртуальной памяти.	4	–	–
8.	Организация обмена с внешними устройствами.	4	–	–
9.	Многопроцессорность на чипе.	1	–	–
10.	Организация поддержки многонитевости на одном процессорном ядре.	1	–	–
11.	VLIW-концепция и успешные рыночные проекты на её основе.	2	–	–
12.	Специфика векторных микропроцессоров.	2	–	–
13.	Архитектура Cell, как яркая иллюстрация поддержки множества методов параллелизма, в рамках одного проекта.	1	–	–
14.	Специфика микропроцессоров обработки сигналов.	2	–	–

5.2. Содержание разделов дисциплины
Раздел 1. Общие вопросы курса «Архитектура вычислительных систем». Основные понятия и классификации предметной области

Общие вопросы:

этапы развития микропроцессорной техники;
принципы построения цифровых вычислительных систем;
понятие архитектуры ЭВМ.

Классификация вычислительных систем и микропроцессоров:

по области применения;
по системе команд процессора.

Основные методы оценки производительности вычислительных систем.
Элементарные понятия о представлении программы на языке ассемблера.

Раздел 2. Общие принципы реализации конвейерного микропроцессора

Общие вопросы и основные понятия:

исторические условия внедрения конвейерной концепции, её преимущества и недостатки;
описание учебной модели конвейерного микропроцессора;
понятие структурных конфликтов в конвейере;
понятие конфликтов по данным в конвейере;
понятие конфликтов по управлению в конвейере.

Основные методы снижения вероятности конфликтов по данным, на примере учебной модели конвейерного микропроцессора с однопоточным конвейером.
Основные методы снижения вероятности конфликтов по управлению, на примере учебной модели конвейерного микропроцессора с однопоточным конвейером.
Организация работы многопоточного конвейера в процессоре:

с многопоточностью на стадии исполнения операций;
с многопоточностью на стадии декодирования операций.

Раздел 3. Основы программной оптимизации кода для конвейерного процессора

Оптимизация скорости исполнения кода с помощью автоматизированного профилирования.
Технология разворачивания циклов.
Технология символического разворачивания циклов.

Раздел 4. Реализация аппаратной логики динамической оптимизации кода

Известные методы реализации аппаратной оптимизации кода:

алгоритм «табло»;
алгоритм Томасуло.

Общая логика работы алгоритма Томасуло и описание учебной модели конвейерного микропроцессора с аппаратной оптимизацией кода по алгоритму Томасуло.
Анализ примеров исполнения кода в учебной модели при изменении её параметров.
Анализ примеров исполнения кода в учебной модели при сочетании аппаратной оптимизации кода по алгоритму Томасуло с многопоточностью на стадии декодирования операций.
Особенности динамической аппаратной оптимизации последовательности операций с памятью.

Раздел 5. Динамические аппаратные методы обработки ветвлений

Одноуровневые аппаратные методы обработки ветвлений.
Многоуровневые или корреляционные аппаратные методы обработки ветвлений.
Гибридные или турнирные аппаратные методы обработки ветвлений.
Организация кэша целевых адресов переходов.
Модификация учебной модели конвейерного процессора для поддержки динамических аппаратных методов обработки ветвлений.

Раздел 6. Иерархическая структура памяти

Предпосылки для организации многоуровневой иерархической структуры памяти.
Задачи выравнивания данных и кода в памяти при её многоуровневой организации.
Алгоритмы организации кэш-памяти и методы повышения их эффективности:

кэш с прямым отображением;
блочно-ассоциативный кэш;
полностью ассоциативный кэш;
псевдо-ассоциативный кэш;
кэш вытесненных строк.

Методы синхронизации кэша с основной памятью:

со сквозной записью;
с обратной записью.

Дополнительные особенности организации кэш-памяти:

реализация общего или раздельного кэша инструкций и данных;
выбор алгоритма замещения строк в кэше;
инклюзивная и эксклюзивная схемы кеширования.

Принципы организации аппаратной предвыборки данных.
Примеры влияния стиля программирования на эффективность исполнения программы аппаратурой микропроцессора с кэш-памятью.

Раздел 7. Организация виртуальной памяти

Сегментация адресного пространства памяти для его расширения.
Сегментация адресного пространства памяти для организации аппаратной поддержки многопользовательского многозадачного режима, на примере х86 систем.
Страничная организация памяти, на примере х86 систем.
Краткий обзор механизмов виртуализации в различных архитектурах.
Средства аппаратного ускорения механизмов сегментации и страничной организации памяти:

«теневые» регистры;
TLB.

Раздел 8. Организация обмена с внешними устройствами

Методы организации адресного пространства для внешних устройств:

с выделенным адресным пространством;
с проекцией адресного пространства внешних устройств на адресное пространство памяти.

Поллинг.
Организация обмена с помощью прерываний, на примере х86 систем.
Преимущества обмена с помощью вспомогательного контроллера (DMA).
Функции системного BIOS.
Понятие исключительных ситуаций и их обработка.

Раздел 9. Многопроцессорность на чипе
Раздел 10. Организация поддержки многонитевости на одном процессорном ядре
Раздел 11. VLIW-концепция и успешные рыночные проекты на её основе
Раздел 12. Специфика векторных микропроцессоров
Раздел 13. Архитектура Cell, как яркая иллюстрация поддержки множества методов параллелизма, в рамках одного проекта
Раздел 14. Специфика микропроцессоров обработки сигналов
6. Лабораторный практикум

№ п/п	№ раздела дисциплины	Наименование лабораторной работы
1.	2	Обработка последовательного программного кода однопоточным конвейерным процессором
2.	3	Реализация простейших примеров разворачивания цикла и программной конвейеризации
3.	4	Обработка последовательного программного кода конвейерным процессором с динамическим планированием загрузки конвейера по алгоритму Томасуло
4.	4, 5	Логика работы механизмов аппаратного прогнозирования ветвлений
5.	5, 6	Логика работы механизмов аппаратного кэширования данных

7. Учебно-методическое обеспечение дисциплины

7.1. Рекомендуемая литература

а) основная литература:

Таненбаум Э. Архитектура компьютера. СПб.: Питер, 2007. 848 с.
Столлингс В. Структурная организация и архитектура компьютерных систем. 5-е изд. М.: Вильямс, 2002. 896 с.

б) дополнительная литература:

Корнеев В.В. Вычислительные системы. М.: Гелиос АРВ, 2004. 512 с.
Брайант Р.Э., О'Халларон Д.Р. Компьютерные системы. Архитектура и программирование: Взгляд программиста. СПб.: БХВ-Петербург, 2005. 1104 с.

8. Вопросы для контроля

Контроль знаний по курсу осуществляется решением задач по тематике основных разделов содержания дисциплины. Примеры задач и образцы решений хранятся на локальном сервере радиофизического факультета и свободно доступны для студентов в электронном виде.
9. Критерии оценок

Превосходно	Превосходная подготовка с очень незначительными погрешностями
Отлично	Подготовка, уровень которой существенно выше среднего с некоторыми ошибками
Очень хорошо	В целом хорошая подготовка с рядом заметных ошибок
Хорошо	Хорошая подготовка, но со значительными ошибками
Удовлетворительно	Подготовка, удовлетворяющая минимальным требованиям
Неудовлетворительно	Необходима дополнительная подготовка для успешного прохождения испытания
Плохо	Подготовка совершенно недостаточная

10. Примерная тематика курсовых работ и критерии их оценки

Курсовые работы не предусмотрены.

Программа составлена в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом по специальности 090302 «Информационная безопасность телекоммуникационных систем».

Автор программы ___________ Салагацкий Г.А.

Программа рассмотрена на заседании Центра БИСК 25 марта 2011 г. протокол № 6–2010/2011

Руководитель ЦеБИСК ________________ Ротков Л.Ю.

Программа одобрена методической комиссией факультета 11 апреля 2011 года

протокол № 05/10

Председатель методической комиссии _________________ Мануилов В.Н.

Добавить документ в свой блог или на сайт

	Радиофизический факультет Дисциплины 02 «Полупроводниковые лазеры в оптической связи и измерительных системах»		Радиофизический факультет Дисциплины р12 «Взаимодействие электронных потоков с электромагнитными полями»
	Радиофизический факультет Данная дисциплина относится к общепрофессиональным дисциплинам федерального компонента, преподается в 9 семестре		Радиофизический факультет Данная дисциплина относится к дисциплинам специализации федерального компонента, преподается в 6 и 7 семестрах
	Радиофизический факультет ...		Радиофизический факультет Цель курса – сформировать у студентов представления о квантовомеханических закономерностях, лежащих в основе современной физики и...
	Радиофизический факультет Целью преподавания дисциплины «Дискретная математика» является подготовка специалистов к деятельности в сфере разработки, исследования...		Радиофизический факультет Содержание дисциплины направлено на расширение знаний электродинамики плазменных процессов, обусловленных ионизационной нелинейностью...
	Радиофизический факультет Цель изучения дисциплины состоит в освоении студентами методологии и технологии моделирования (в первую очередь компьютерного) информационных...		Радиофизический факультет Содержание дисциплины направлено на углубленное изучение методов физики твердого тела, знакомство с некоторыми современными проблемами...
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Факультет русской филологии и журналистики. Факультет истории и юриспруденции. Факультет татарской и сопоставительной филологии....		Радиофизический факультет Дисциплина базируется на знаниях студентов, приобретенных в курсах общей физики, полупроводниковой электроники, электродинамики и...
	Радиофизический факультет Большое внимание в курсе уделено сопутствующему математическому описанию указанных процессов и их использованию для расчета основных...		Радиофизический факультет Дисциплина «Физическая электроника» относится к дисциплинам базовой части профессионального цикла основной образовательной программы...
	Радиофизический факультет Основное внимание при чтении лекций уделяется приближенным методам решения задач распространения и рассеяния скалярных волн в средах...		Радиофизический факультет Содержание дисциплины направлено на изучение разделов аналитической геометрии и высшей алгебры, необходимых для понимания других...

Радиофизический факультет

В целом хорошая подготовка с рядом заметных ошибок

Хорошая подготовка, но со значительными ошибками

Подготовка совершенно недостаточная

Похожие: