Архитектура вычислительных систем

Бакалавриат 2024/2025

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: Кензин Игорь, Легалов Александр Иванович, Пашигорев Кирилл Игоревич

Язык: русский

Кредиты: 4

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. Классификация архитектур ВС. Исторические сведения
Поддержка однозначного выполнения операций. Системы типов. Отображение на архитектурные решения.
Представление данных в вычислительных системах. Данные, используемые в процессоре RISC-V
Архитектура уровня системы (набора) команд. Классификация архитектур. Обзор различных архитектурных решений.
Особенности RISC архитектур. Архитектура и система команд процессоров RISC-V.
Особенности RISC архитектур. Архитектура и система команд процессоров ARM.
Особенности CISC архитектур. Архитектура процессоров семейства x86.
Обзор других вариантов архитектур современных вычислительных систем.
Взаимодействие с внешними устройствами.
Уровень микроархитектуры. Структурные решения, обеспечивающие повышение эффективности на уровне системы команд. Микроархитектуры RISC-V.
Архитектуры параллельных вычислительных систем. Структурные и концептуальные решения. Модели параллельных вычислений
Многопоточные и многоядерные архитектуры. Многопоточное программирование.
Многопроцессорные архитектуры и распределенные вычисления. Программирования кластерных систем.
Специализированные параллельные архитектуры.
Альтернативные пути развити. Нетрадиционые подходы к построению 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.
Выполнение домашних заданий
Выполнение домашних заданий, выдаваемых по материалам, рассмотренным в лекционном курсе и на семинарах.
Итоговый экзамен по дисциплине
Допуск к итоговому экзамену определяется в соответствии с регламентом, представленным в формуле оценки.
Индивидуальное задание №4. Организация ввода-вывода данных
Текущая работа на семинарах
Посещение семинаров и работа на них.

Промежуточная аттестация

2024/2025 2nd module
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

Список литературы

Авторы

Лебедев Сергей Аркадьевич
Легалов Александр Иванович

Программа дисциплины