Архитектура ЭВМ и язык ассемблера

Бакалавриат 2021/2022

Статус: Курс по выбору (Программная инженерия)

Направление: 09.03.04. Программная инженерия

Кто читает: Базовая кафедра «Системное программирование» Института системного программирования им. В.П. Иванникова РАН (ИСП РАН)

Где читается: Факультет компьютерных наук

Когда читается: 1-й курс, 3, 4 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Охват аудитории: для своего кампуса

Преподаватели: Батузов Кирилл Андреевич, Гребнев Николай Юрьевич, Дудина Ирина Александровна, Левицкий Михаил Сергеевич, Малышев Никита Евгеньевич, Монаков Александр Владимирович, Нурмухаметов Алексей Раисович, Рукин Антон Иванович

Язык: русский

Кредиты: 5

Контактные часы: 160

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Дисциплина направлена на изучение студентами базовых принципов устройства современных ЭВМ на примере архитектуры x86, включая анализ характеристик различных компонент ЭВМ и того, как эти характеристики влияют на работу системных и прикладных программ. Закрепление знаний достигается посредством практического освоения языка Си++, языка ассемблера архитектуры x86, типовых механизмов реализации языка Си/Си++ и его системы программирования на платформе Linux x86.

Цель освоения дисциплины

Формирование у студентов связного представления об организации современных вычислительных систем, понимания взаимосвязей между архитектурными решениями уровней аппаратуры ЭВМ, системного и прикладного программного обеспечения, понимания факторов, влияющих на качественные и количественные характеристики ЭВМ, производительность и безопасность всей вычислительной системы в целом.

Планируемые результаты обучения

Знать основные принципы устройства ЭВМ, его основные компоненты, их качественные и количественные характеристики.
Знать свойства аппаратуры, влияющие на производительность и безопасность работы программ. Особенности двоичного (бинарного) интерфейса приложений на примере архитектуры IA-32.
Знать особенности архитектуры x86, влияние архитектуры набора команд на реализацию языков высокого уровня и систему программирования.
Знать язык ассемблера архитектуры x86, особенности реализации различных конструкций языка Си/Си++ на уровне языка ассемблера и причины, влияющие на выбор механизма реализации.
Уметь составлять и отлаживать многомодульные программы на языках Си/Си++ и ассемблера; реализовывать интерфейсы между модулями, реализованными на разных языках программирования (Си/Си++и ассемблер).
Уметь обосновано выбирать механизмы реализации конструкций языка Си/Си++ и корректно их кодировать на языке ассемблера архитектуры x86.
Уметь оценивать производительность программ на языках Си/Си++ и ассемблера, используя знания об особенностях устройства аппаратуры ЭВМ и аппаратные средства профилирования архитектуры x86.
Уметь восстанавливать по ассемблерному коду операторы и типы данных языка Си/Си++.
Владеть современной технологией разработки и отладки многомодульных программ на языках Си/Си++ и ассемблера.

Содержание учебной дисциплины

Введение в архитектуру ЭВМ на примерах ассемблерных программ
Взаимосвязь языка Си, языка ассемблера и особенностей архитектуры ЭВМ на примере архитектуры IA-32.
Система программирования языка Си и ее связь с архитектурой ЭВМ.
Архитектура ЭВМ в разных аспектах: физической организации, поддержки системных и прикладных программ.

Элементы контроля

Домашнее задание 1
ДЗ№1 предполагает разработку учебной программы и отчета. Требования предъявляются как к разрабатываемой программе, так и к отчету, в части смысла текста, состава и содержания разделов, оформления текста отчета. Выполнение ДЗ№1 оценивается преподавателем по системе зачет/не зачет, успешное выполнение ДЗ№1 дает 100 баллов. не сдача ДЗ №1 означает не выполнение требований по всем домашним заданиям Модуля 3, сумма оценок за домашние задания в этом случае обнуляется. Оценка за ДЗ рассчитывается в диапазоне от 0 до 100 баллов.
Домашнее задание 2
ДЗ№2 предполагают разработку 7 учебных программ в каждом со сдачей через систему автоматической проверки. Сдача менее 7 задач, как сдача задач с опозданием приводит к снижению баллов. Сдача менее 3 программ в ДЗ №2 означает не выполнение требований по всем домашним заданиям Модуля 3, сумма оценок за домашние задания в этом случае обнуляется. Оценка за ДЗ рассчитывается в диапазоне от 0 до 100 баллов.
Домашнее задание 3
ДЗ№3 предполагают разработку 7 учебных программ в каждом со сдачей через систему автоматической проверки. Сдача менее 7 задач, как сдача задач с опозданием приводит к снижению баллов. Сдача менее 3 программ в ДЗ №3 означает не выполнение требований по всем домашним заданиям Модуля 3, сумма оценок за домашние задания в этом случае обнуляется. Оценка за ДЗ рассчитывается в диапазоне от 0 до 100 баллов.
Контрольная работа 1
Оценки за контрольные работы независимы друг от друга. Оценка за КР рассчитывается в диапазоне от 0 до 100 баллов.
Контрольная работа 2
Оценки за контрольные работы независимы друг от друга. Оценка за КР рассчитывается в диапазоне от 0 до 100 баллов.
Домашнее задание 4
ДЗ№4 и предполагают разработку 7 учебных программ в каждом со сдачей через систему автоматической проверки. Сдача менее 7 задач, как сдача задач с опозданием приводит к снижению баллов. Сдача менее 3 программ в ДЗ №4 означает не выполнение требований по всем домашним заданиям Модуля 4, сумма оценок за домашние задания в этом случае обнуляется. Оценка за ДЗ рассчитывается в диапазоне от 0 до 100 баллов.
Домашнее задание 5
ДЗ№5 предполагают разработку 7 учебных программ в каждом со сдачей через систему автоматической проверки. Сдача менее 7 задач, как сдача задач с опозданием приводит к снижению баллов. Сдача менее 3 программ в ДЗ №5 означает не выполнение требований по всем домашним заданиям Модуля 4, сумма оценок за домашние задания в этом случае обнуляется. Оценка за ДЗ рассчитывается в диапазоне от 0 до 100 баллов.
Домашнее задание 6
ДЗ №6 предполагает разработку учебной программы и отчета. Требования предъявляются как к разрабатываемой программе, так и к отчету, в части смысла текста, состава и содержания разделов, оформления текста отчета. Выполнение ДЗ№6 оценивается преподавателем по системе зачет/не зачет, успешное выполнение ДЗ №6 дает 100 баллов. Не сдача ДЗ №6 означает не выполнение требований по всем домашним заданиям Модуля 4, сумма оценок за домашние задания в этом случае обнуляется. Студент имеет право запросить вариант ДЗ №6 повышенной сложности. Повышенная сложность задания имеет два уровня, выполнение которых дает вместо 100 баллов обычного задания 150 или 200 баллов. Оценка за ДЗ рассчитывается в диапазоне от 0 до 100 баллов.
Контрольная работа 3
Оценки за контрольные работы независимы друг от друга. Оценка за КР рассчитывается в диапазоне от 0 до 100 баллов.
Контрольная работа 4
Оценки за контрольные работы независимы друг от друга. Оценка за КР рассчитывается в диапазоне от 0 до 100 баллов.
Экзамен 1
Оценка за Экзамен рассчитывается в диапазоне от 0 до 100 баллов
Экзамен 2
Оценка за Экзамен рассчитывается в диапазоне от 0 до 100 баллов

Промежуточная аттестация

2021/2022 учебный год 3 модуль
В течение Модуля 3 студентам предлагается выполнить три домашних задания и две контрольные работы. Сумма баллов за работу в течение модуля рассчитывается нелинейно, применятся формула взвешенной суммы баллов с оговорками 0.4 * оценка за экзамен + 0.1 * сумма оценок за домашние задания + 0.15 * сумма оценок за контрольные работы Сдача менее 7 задач, как и сдача задач с опозданием приводит к снижению баллов. Сдача менее 3 программ в ДЗ №2 или ДЗ №3, не сдача ДЗ №1 означает не выполнение требований по всем домашним заданиям Модуля 3, сумма оценок за домашние задания в этом случае обнуляется.
2021/2022 учебный год 4 модуль
В течение Модуля 4 студентам предлагается выполнить три домашних задания и две контрольные работы. Сумма баллов за работу в течение модуля рассчитывается нелинейно, применятся формула взвешенной суммы баллов с оговорками 0.4 * оценка за экзамен + 0.1 * сумма оценок за домашние задания + 0.15 * сумма оценок за контрольные работы Сдача менее 7 задач, как и сдача задач с опозданием приводит к снижению баллов. Сдача менее 3 программ в ДЗ №4 или ДЗ №5, не сдача ДЗ №6 означает не выполнение требований по всем домашним заданиям Модуля 4, сумма оценок за домашние задания в этом случае обнуляется. Оценка за дисциплину выставляется по среднему арифметическому баллов, набранных в Модуле 3 и Модуле 4. Для перевода баллов в оценку используется следующая шкала: более 95 баллов – 10, более 85 баллов – 9 и т.д. с шагом в 10 баллов.

Программа дисциплины