Архитектура вычислительных систем

Бакалавриат 2023/2024

Лучший по критерию «Новизна полученных знаний»

Статус: Курс по выбору (Программная инженерия)

Направление: 09.03.04. Программная инженерия

Кто читает: Департамент программной инженерии

Где читается: Факультет компьютерных наук

Когда читается: 2-й курс, 1, 2 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Охват аудитории: для своего кампуса

Преподаватели: Виденин Сергей Александрович, Легалов Александр Иванович, Пашигорев Кирилл Игоревич

Язык: русский

Кредиты: 4

Контактные часы: 72

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Дисциплина “Архитектура вычислительных систем” направлена на изучение особенностей организации компьютеров и методов взаимодействия между их подсистемами. Рассматриваются особенности многоуровневого построения архитектур и взаимное влияние этих уровней, что необходимо учитывать для повышения эффективности разрабатываемого программного обеспечения. Основной акцент сделан на архитектуры уровня системы команд и использование для программирования на данном уровне языка ассемблера. Показана взаимосвязь данного уровня с операционной системы и вышестоящим уровнем языков системного программирования. Представляются различные подходы к построению архитектур на уровне системы команд. Приводятся методы обработки прерываний, взаимодействий с устройствами ввода-вывода, особенностей повышения производительности на уровне микроархитектуры, поддержка параллелизма.

Цель освоения дисциплины

Формирование профессиональных компетенций, связанных с использованием теоретических знаний в области архитектур вычислительных систем.
Ознакомление с современными архитектурами вычислительных систем с целью заложить основы для последующих курсов, посвящённых созданию современных информационных систем и архитектур программного обеспечения.
Получение навыков в области выбора и сочетания архитектур вычислительной системы, наилучшим образом раскрывающего потенциальные возможности решаемой задачи с учётом заданных требований к программному обеспечению.

Планируемые результаты обучения

Понимание взаимосвязей между различными уровнями архитектурных решений и особенностей отображения вышестоящих уровней в нижестоящие.
Умение выбирать при разработке программного обеспечения архитектурные решения, повышающие эффективность современных компьютеров с учетом их аппаратных возможностей, операционных систем и языков программирования различного уровня организации.
Понимание тенденций развития архитектур современных вычислительных систем.

Содержание учебной дисциплины

Архитектуры вычислительных систем (ВС). Основные понятия и определения.
Поддержка однозначного выполнения операций. Системы типов. Отображение на архитектурные решения
Представление данных в вычислительных системах.
Архитектура уровня системы (набора) команд. Классификация архитектур.
Особенности CISC архитектур на примере процессоров компании Intel . Архитектура процессоров семейства x86.
Особенности RISC архитектур. Архитектуры и системы команд процессоров ARM и RISC-V.
Уровень микроархитектуры. Структурные решения, обеспечивающие повышение эффективности на уровне системы команд.
Архитектура уровня операционной системы. Основные функции, обеспечивающие поддержку уровня системы команд. Стандарт POSIX.
Архитектуры параллельных вычислительных систем. Основные структурные решения и концепции.
Многопоточные архитектуры и многопоточное программирование.
Многопроцессные архитектуры и распределенные вычисления.
Специализированные параллельные архитектуры
Альтернативные пути развития архитектур параллельных вычислительных систем.

Элементы контроля

Индивидуальное задание № 1. Целочисленная арифметика. Массивы
Индивидуальное задание на обработку одномерных массивов с использованием целочисленной арифметики.
Индивидуальное задание №2. Арифметика с плавающей точкой
Выполнение задания позволяет освоить и закрепить материал, связанный с изучением спецпроцессора с плавающей точкой и его системой команд.
Индивидуальное задание №3. Обработка строк символов. Работа с файлами.
Индивидуальные задачи на работу с ASCII строками символлов.
Индивидуальное задание №4. Организация ввода-вывода данных
Выполнение домашних заданий
Выполнение домашних заданий, выдаваемых по материалам, рассмотренным в лекционном курсе и на семинарах.
Текущая работа на семинарах
Посещение семинаров и работа на них.
Итоговый экзамен по дисциплине
Допуск к итоговому экзамену определяется в соответствии с регламентом, представленным в формуле оценки.

Промежуточная аттестация

2023/2024 учебный год 2 модуль
0.08 * Выполнение домашних заданий + 0.12 * Индивидуальное задание № 1. Целочисленная арифметика. Массивы + 0.15 * Индивидуальное задание №2. Арифметика с плавающей точкой + 0.12 * Индивидуальное задание №3. Обработка строк символов. Работа с файлами. + 0.21 * Индивидуальное задание №4. Организация ввода-вывода данных + 0.2 * Итоговый экзамен по дисциплине + 0.12 * Текущая работа на семинарах

Программа дисциплины