Архитектура компьютера и операционные системы

Бакалавриат 2020/2021

Лучший по критерию «Новизна полученных знаний»

Статус: Курс обязательный (Прикладная математика и информатика)

Направление: 01.03.02. Прикладная математика и информатика

Кто читает: Базовая кафедра Яндекс

Где читается: Факультет компьютерных наук

Когда читается: 2-й курс, 2-4 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Охват аудитории: для всех кампусов НИУ ВШЭ

Преподаватели: Ануфриев Роман Андреевич, Горшков Сергей Сергеевич, Курынин Роман Валерьевич, Минеев Игорь Евгеньевич, Мыльцев Александр Владимирович, Сабянин Максим Анатольевич, Сальников Алексей Николаевич, Трошина Екатерина Николаевна, Чернов Александр Владимирович

Язык: русский

Кредиты: 9

Контактные часы: 168

Полная версия программы учебной дисциплины Задать вопрос

Аннотация

Дисциплина «Архитектура и операционные системы» предназначена для подготовки бакалавров по направлению 01.03.02 – Прикладная математика и информатика. Понимание устройства и принципов работы электронных вычислительных машин (ЭВМ), которые далее мы будем назвать уже привычным термином «компьютер», а также основных принципов работы операционных систем является незаменимым для инженеров в сфере информационных технологий при: оценке проектных решений, особенно комплексных и затрагивающих различные уровни абстракции, например, выборе систем виртуализации и платформ развёртывания; проектировании новых систем для достижения компромисса стоимость-производительность-надежность; выявлении узких мест в работе существующих информационных систем; диагностики нетривиальных неполадок и ошибок; повышении производительности вычислений за счет более эффективного использования программных и аппаратных средств; построении инновационных программно-аппаратных систем: систем интеллектуального анализа данных, роботов, инструментов телеприсутствия и дополненной реальности.

Цель освоения дисциплины

Помочь развитию незаменимого в профессиональной деятельности «инженерного чутья», которое рождается из понимания принципов работы компьютеров и деталей взаимодействия прикладного и системного программного обеспечения (ПО) с аппаратурой ЭВМ. Очевидно, что кроме теоретических оснований, дисциплина предусматривает изучение конкретных реализаций аппаратного обеспечения, операционных систем и т.п.

Планируемые результаты обучения

Способность находить и самостоятельно осваивать нужную информацию из общедоступных источников;
умение формулировать и объяснять доказательства теорем в устной и письменной форме
умение оптимально распределять собственное время при работе над поставленными задачами
Способность программировать, отлаживать и тестировать алгоритмы и структуры данных
Способность проектировать законченную программную систему; умение находить в общедоступных источниках готовые программные модули и компоненты; способность провести интеграцию программной системы с готовыми программными модулями и компонентами

Содержание учебной дисциплины

Цифровые электронно-вычислительные машины. Основные концепции и история развития.
Вычисления. Модели вычислений. Системы счисления. Кодирование информации. Понятие компьютера. Цифровые электронно-вычислительные машины. Платформы и парадигмы построения компьютеров. История развития. Дискретные элементы цифровых электронных схем. Логические элементы. Интегральные схемы. Передача сигналов и хранение информации. Информационные шины. История развития цифровой вычислительной техники. Общие методы повышения эффективности вычислений. Закон Мура. Конвейеризация и распараллеливание. Программное обеспечение: ассемблеры, языки программирования высокого уровня, Unix, BSD, MacOS, GNU, Minix, Linux, iOS, Android.
Аппаратура современного компьютера. Архитектура x86: история развития, аппаратная реализация и язык ассемблера.
Краткий практический обзор, без которого объяснение происходящего в современном цифровом компьютере было бы невозможно: использование логических элементов для построения двоичной арифметики и памяти, регистры, адресация памяти, стек, вызов подпрограмм, прерывания, защита памяти, виртуальная память. Иллюстрация на примере архитектур компании Intel. Гонка производительности RISC и CISC, кеши, суперскалярность, предсказания ветвлений, многоядерность, микропрограммирование, альтернативы Intel. Эволюция архитектур компании Intel от 8008 до Intel 64. Языки ассемблера для архитектур IA-32 и Intel 64. Инструментальные средства программиста. Организация программы. Наборы ко- манд. Описание данных. Вызов подпрограмм.
Операционная система Linux: развертывание и работа с помощью интерфейса командной строки
Цели создания и история развития операционных систем (ОС). Решаемые задачи и требования к ним. Классификация ОС. ОС семейства Unix и Linux. Загрузка, ядро системы и процессы пользователя. Управление памятью, процессами, вводом- выводом, сетевым взаимодействием, устройствами. Системные вызовы, интерфейсы программирования API/ABI, драйверы/модули ядра, динамическая компоновка программ, файловые системы, сетевые соединения. Эффективность, надёжность и безопасность ОС. ОС для настольных компьютеров и серверов: требования и особенности. ОС реального времени. Особенности блокировки ресурсов, журналирования и восстановления после сбоев. Управление пользователями, аутентификация, авторизация, квотирование. ОС и сеть Интернет. Распределённые ОС.
Инструментальные средства разработки и отладки программ в ОС Linux. Инструментарий GNU.
Представление целых, вещественных и строковых данных в компьютере
Операционные системы: основы разработки и история развития.
Семейство операционных систем Linux: базовые сервисы и использование POSIX API.
Семейство операционных систем Linux: архитектура и программирование на уровне ядра ОС.

Элементы контроля

Экзамен
Экзамен письменный, в формате контеста в тестирующей системе
Накопленная оценка (контрольные, домашние работы, работа на семинарах)

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (4 модуль)
0.6 * Накопленная оценка (контрольные, домашние работы, работа на семинарах) + 0.4 * Экзамен

Программа дисциплины