Министерство связи и массовых коммуникаций



Дата19.04.2016
Памер95.89 Kb.
#11309
ТыпПрограмма


Министерство связи и массовых коммуникаций

Российской Федерации


Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования


Сибирский государственный университет

телекоммуникаций и информатики”

ОДОБРЕНО


Научно-методическим советом

ГОУ ВПО “СибГУТИ”

Ректор ГОУ ВПО “СибГУТИ”

профессор______________ С.Г. Ситников


”_____”___________ 2009 г.

ДИСЦИПЛИНА


АРХИТЕКТУРА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
П р о г р а м м а

Заведующий Кафедрой ВС

чл.-корр. РАН

профессор____________В. Г. Хорошевский

Новосибирск – 2009

Программа курса составлена в соответствии с государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлениям подготовки бакалавра (магистра):

252800 – Информатика и вычислительная техника,

дипломированного специалиста:

654600 – Информатика и вычислительная техника.


Цель курса ”Архитектура вычислительных систем” состоит в изучении:

– основных архитектурных концепций построения средств обработки информации (от неймановских ЭВМ до параллельных вычислительных систем);

– моделей функциональной организации ЭВМ и вычислительных систем (ВС) и принципов их построения;

– канонических функциональных структур и наиболее интересных промышленных реализаций конвейерных, матричных, мультипроцессорных и распределенных вычислительных систем.

Особое внимание уделено архитектуре наиболее совершенных ВС – систем с программируемой структурой и мультиархитектуре современных суперВС.

В курсе изучаются также инженерные методы анализа производительности и надежности ЭВМ.


СОДЕРЖАНИЕ КУРСА
ВВЕДЕНИЕ

Цель и задачи курса. Структура курса и его связь с другими дисциплинами. Методика изучения курса. Очерк истории вычислительной техники. Роль российских и сибирских ученых в развитии вычислительной техники. Достижения научной школы по параллельной информатике Сибирского отделения Российской академии наук. Работы сотрудников Кафедры вычислительных систем СибГУТИ в области распределенных вычислительных систем с программируемой структурой. Рекомендуемый список литературы.


РАЗДЕЛ 1. ПРЕДЫСТОРИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

    1. Эволюция вычислительной техники. Простейшие вычислительные инструменты (абак, логарифмическая линейка). Основные этапы развития цифровой вычислительной техники: арифмометры, универсальная вычислительная машина Ч. Беббеджа, семейство машин К. Цузе. Анализ механических и электромеханических вычислительных машин.

    2. Вычислительные машины на электронных лампах. Машина Colossus. Машина ABC (Atanasoff-Berry Computer). Принципы построения, архитектурные возможности и состав машины ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer). Анализ машины ENIAC.

    3. Первые электронные вычислительные машины. Предпосылки создания ЭВМ с хранимой программой. ЭВМ M - Mark 1 (Manchester Mark 1). Машина EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator). Функциональная структура и принципы построения машины EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer). Анализ машины EDVAC.

    4. Путь развития отечественных электронных средств вычислительной техники. ЭВМ и вычислительные системы с программируемой структурой.

    5. Современный уровень вычислительной техники. Микропроцессоры и высокопроизводительные вычислительные системы (суперВС).

РАЗДЕЛ 2. АРХИТЕКТУРА ЭЛЕКТРОННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН

    1. Каноническая функциональная структура ЭВМ. Функциональное назначение ЭВМ. Архитектурные принципы построения ЭВМ. Структура ЭВМ Дж. фон Неймана. Понятие о процессоре (микропроцессоре, центральном процессоре, сопроцессоре). Иерархия памяти.

2.1.Модель вычислителя. Принципы, лежащие в основе конструкции вычислителя. Понятия об аппаратурном (Hardware) и программном (Software) обеспечении ЭВМ. Тенденция развития ЭВМ как аппаратурно-программного комплекса.

    1. Понятие об архитектуре ЭВМ. Определения понятия ”архитектура вычислительного средства”. SISD-архитектура ЭВМ.

    2. Понятие о семействе ЭВМ. Принципы построения семейств. Примеры отечественных и зарубежных семейств ЭВМ.

    3. Поколения ЭВМ. Архитектурные возможности и показатели эффективности ЭВМ первого, второго и третьего поколений. Распределение стоимости между компонентами ЭВМ.

2.2.Эффективность ЭВМ. Понятие о производительности ЭВМ. Показатели производительности ЭВМ. Единицы измерения производительности ЭВМ.

    1. Показатели, характеризующие память ЭВМ. Количество информации (по К. Шеннону), единицы количества информации. Емкость памяти. Ширина и время выборки. Быстродействие памяти.

    2. Надежность ЭВМ. Основные понятия и показатели надежности ЭВМ. Вероятность безотказной работы и интенсивность отказов ЭВМ. Вероятность и интенсивность восстановления ЭВМ. Функция и коэффициент готовности ЭВМ. Функция осуществимости решения задач на ЭВМ.

    3. Предпосылки совершенствования архитектуры ЭВМ. Эволюция структуры канонической ЭВМ Дж. фон Неймана. Анализ возможностей совершенствования ЭВМ. Архитектурные особенности параллельных средств обработки информации.

.
РАЗДЕЛ 3. АРХИТЕКТУРА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ



  1. Модель коллектива вычислителей. Принципы построения вычислительных систем. Структура ВС: распространенные структуры сетей межвычислительных связей. Алгоритм функционирования ВС. Модель вычислительной системы.

  2. Параллельные алгоритмы. Элементарные понятия параллельного программирования; локальное и глобальное (крупноблочное) распараллеливание задач. Параллельный алгоритм умножения матриц. Показатели эффективности параллельных алгоритмов: коэффициенты накладных расходов, ускорения и эффективности. “Парадокс” параллелизма. Понятие о сложных задачах. Схемы обмена информацией между ветвями параллельных алгоритмов. Опыт применения методики крупноблочного распараллеливания сложных задач.

  3. Концептуальное понятие о вычислительных системах. Понятие о вычислительных системах. Типы архитектур ВС: MISD, SIMD, MIMD. Классификация ВС и направления развития их архитектуры.


РАЗДЕЛ 4. КОНВЕЙЕРНЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

  1. Каноническая функциональная структура конвейерного процессора. Назначение конвейерного процессора (Pipeline), векторные операции. MISD-архитектура. Структура и функционирование конвейерного процессора.

  2. Конвейерные системы типа ”память-память”. Система STAR-100 (STring ARray computer) фирмы CDC (Control Data Corporation). Семейство систем Cyber.

  3. Конвейерные системы типа ”регистр-регистр”. Система Cray-1 фирмы Cray Research Inc.: функциональная структура и особенности архитектуры. Параллельно-векторные системы семейства Cray: Cray X-MP, Cray Y-MP, Cray C90, Cray T90, Cray-2, Cray-3.

  4. Конвейерные MIMD-системы. Архитектурные особенности массово-параллельных ВС (Cray T3D, Cray T3E, Cray XT3). Мультиархитектурная иерархическая функциональная структура свервысокопроизводительных ВС семейства Cray X.

  5. Анализ конвейерных вычислительных систем.


РАЗДЕЛ 5. МАТРИЧНЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

  1. Каноническая функциональная структура матричного процессора. Назначение матричного процессора (Array Processor). SIMD-архитектура. Структура и функционирование матричного процессора. Система SOLOMON (Simultaneous Operation Linked Ordinal MOdular Network).

  2. Система ILLIAC-IV Иллинойского университета (University of Illinois) и фирмы Burroughs. Функциональная структура системы ILLIAC-IV. Архитектурные возможности и структура квадранта. Элементарный процессор системы ILLIAC-IV.

  3. Система DAP (Distributed Array Processor) фирмы ICL (International Computers Ltd.). Особенности архитектуры, структуры сети межпроцессорных связей и элементарного процессора.

  4. Семейство систем Connection Machine (CM) фирмы Thinking Machines Corp. Функциональная структура систем СМ-1 и СМ-2. Элементарные процессоры и вычислительные узлы систем CМ-1 и CМ-2. Коммуникационная среда систем СМ-1 и СМ-2. Особенности архитектуры системы СМ-5. Программное обеспечение систем семейства СМ. Анализ архитектуры систем СМ ( на макроуровне, в пределах подсистемы СМ в целом и ее вершины, на микроуровне – на уровне элементарного процессора).

  5. Анализ матричных вычислительных систем.


РАЗДЕЛ 6. МУЛЬТИПРОЦЕССОРНЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

  1. Каноническая функциональная структура мультипроцессора (Multiprocessor). MIMD-архитектура. Функционирование мультипроцессора.

  2. Система C.mmp (Carnegie-Mellon Multi-Mini-Processor) Университета Карнеги-Меллона. Функциональная структура мини-ВС C.mmp. Анализ надежности мини-ВС C.mmp. Недостатки архитектуры мини-ВС C.mmp.

  3. Вычислительные системы семейства Burroughs. Системы В 6700 и 7700.

  4. Вычислительные системы семейства ”Эльбрус” Института точной механики и вычислительной техники им. С.А. Лебедева. Функциональная структура систем семейства ”Эльбрус”. Модели семейства ”Эльбрус” (“Эльбрус-1”, “Эльбрус-2”).

  5. Предпосылки совершенствования архитектуры мультипроцессорных вычислительных систем.

  6. Система Университета Карнеги-Меллона. Архитектура микроВС . Средства обеспечения надежности микроВС . Система самодиагностики микроВС . Анализ архитектуры микроВС .

  7. Кластерные вычислительные системы (Cluster Computing Systems). Понятие о вычислительном кластере. Архитектурные и технико-экономические платформы кластерных ВС. Технические средства для формирования кластерных ВС. Программное обеспечение и области применения кластерных ВС.

  8. Анализ мультипроцессорных вычислительных систем.



РАЗДЕЛ 7. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ С ПРОГРАММИРУЕМОЙ

СТРУКТУРОЙ

    1. Понятие о вычислительных системах с программируемой структурой. Определение ВС. Сосредоточенные и распределенные ВС.

    2. Архитектурные особенности вычислительных систем с программируемой структурой.

      1. Структура ВС. Требования, предъявляемые к структуре ВС. Структурные характеристики ВС (диаметр, средний диаметр, вектор-функции структурной коммутируемости и живучести ВС).

      2. Режимы функционирования ВС и способы обработки информации.

    3. Вычислительная система ”Минск-222”.

      1. Функциональная структура ВС ”Минск-222”. Элементарная машина.

      2. Системные команды ВС ”Минск-222”. Команды настройки. Команды обмена. Команды обобщенного безусловного перехода. Команды обобщенного условного перехода.

      3. Программное обеспечение ВС ”Минск-222”. Система Р - программирования. Пакеты прикладных адаптирующихся Р - программ.

      4. Области применения и эффективность ВС ”Минск-222”.

    4. Вычислительная система МИНИМАКС.

      1. Функциональная структура мини-ВС МИНИМАКС.

      2. Элементарная машина мини-ВС МИНИМАКС.

      3. Системные команды мини-ВС МИНИМАКС.

      4. Программное обеспечение мини-ВС МИНИМАКС. Управляющая система. Система Р - программирования. Пакеты прикладных Р - программ. Комплекс программ технического обслуживания.

      5. Области применения мини-ВС МИНИМАКС.

    5. Вычислительная система СУММА.

      1. Функциональная структура мини-ВС СУММА.

      2. Элементарная машина мини-ВС СУММА.

      3. Системные команды мини-ВС СУММА.

      4. Программное обеспечение мини-ВС СУММА. Супервизор. Система Р - программирования. Управляющие системы для АСУТП. Комплекс программ технического обслуживания.

      5. Области применения мини-ВС СУММА.


    1. Вычислительные системы семейства МИКРОС.

      1. Функциональная структура ВС МИКРОС.

      2. Модели элементарных машин ВС. Функциональная структура и состав элементарных машин систем МИКРОС-1 и МИКРОС-2. Функциональная структура элементарной машины системы МИКРОС-Т. Архитектура транспьютеров семейства Inmos Т800. Архитектурные возможности высокопроизводительных микропроцессоров (Intel 860, PowerPC, Alpha).

      3. Программное обеспечение МИКРОС. Принципы построения операционной системы (ОС). Средства инициирования ВС и драйвер системного устройства. Ядро ОС. Средства самодиагностики ВС. Средства формирования подсистем. Путевые процедуры. Средства загрузки параллельных программ. Средства динамического управления нагрузкой элементарных машин. Система параллельного программирования.

      4. Архитектурные свойства системы МИКРОС.

    2. Вычислительные системы семейства МВС.

      1. Функциональная структура систем семейства МВС. Структурный модуль. Элементарные машины.

      2. Конструкция и управление ВС семейства МВС.

      3. Программное обеспечение систем семейства МВС.

      4. Архитектурные возможности моделей семейства МВС.

    3. Анализ вычислительных систем с программируемой структурой.



РАЗДЕЛ 8. РАСПРЕДЕЛЕННЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ И СИСТЕМЫ

    1. Понятие о вычислительных сетях. Классификация и свойства вычислительных сетей. Топология вычислительных сетей. Примеры вычислительных сетей.

    2. Архитектура Internet.

    3. Распределенные вычислительные системы. Определение, архитектурные принципы, классификация систем. Пространственно-распределенные мультикластерные ВС и GRID-системы.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Перспективы развития вычислительной техники. СуперВС (из списка Top500). Квантовые компьютеры.

ЛИТЕРАТУРА


  1. Хорошевский В.Г. Архитектура вычислительных систем. Учебное пособие. – М., МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. – 2-е издание, 2008.




  1. Смирнов А.Д. Архитектура вычислительных систем. Учебное пособие. – М., ”Наука”, 1990.




  1. Головкин Б.А. Параллельные вычислительные системы. – М., ”Наука”, 1980.




  1. Димитриев Ю.К., Хорошевский В.Г. Вычислительные системы из мини-ЭВМ.

–М., ”Радио и связь”, 1982.


  1. Ортега Дж. Введение в параллельные и векторные методы решения линейных систем. – М., ”Мир”, 1991.




  1. Хорошевский В.Г. Инженерный анализ функционирования вычислительных машин и систем. – М., ”Радио и связь”, 1987.




  1. Хорошевский В.Г. Архитектура вычислительных систем. Конспект лекций. – Новосибирск, 2009.




  1. Ресурсы Internet.


Каталог: sites
sites -> Штомесячны агляд эканомікі беларусі
sites -> -
sites -> Ініцыятывы салідарнасці ў вэб-кампаніях падчас прэзідэнцкіх выбараў у Польшчы і Беларусі
sites -> Прарэктар па вучэбнай працы Кансультацыі напярэдадні экзамену – 13. 30
sites -> Пытанні да экзамену па гісторыі Беларусі
sites -> Міністэрства адукацыі рэспублікі беларусь установа адукацыі
sites -> Аб зацвярджэнні Інструкцыі аб парадку правядзення атэстацыі педагагічных работнікаў сістэмы адукацыі
sites -> Carlsbad Plaza 5* (Карловы Вары), Полный пансион + лечение
sites -> Установа адукацыі «Брэсцкі дзяржаўны ўніверсітэт імя А. С. Пушкіна»
sites -> Гарадская палітыка ў беларусі: case-study рэканструкцыі гістарычнага цэнтра гродна


Поделитесь с Вашими друзьями:




База данных защищена авторским правом ©shkola.of.by 2022
звярнуцца да адміністрацыі

    Галоўная старонка