Реферат: Курс: 2 Семестр: 4 Дисципліна вивчається з 1997 р. Кількість залікових кредитів (ects)

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ


ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ.


"ЗАТВЕРДЖУЮ"

Декан факультету КН


______________ Машталір В.П.

(підпис, прізвище, ініціали)

"____" ____________2009 р.


Р О Б О Ч А П Р О Г Р А М А


З дисципліни “АРХІТЕКТУРА КОМП’ЮТЕРІВ”


Для напряму підготовки 6.050103 – Програмна інженерія


Факультет Комп’ютерних наук


Кафедра : Електронні обчислювальні машини


1 НОРМАТИВНІ ДАНІ З ДИСЦИПЛІНИ






Семестр 4

Характеристика

Дисципліни

Кількість годин

180

Цикл: професійної

та практичної підготовки


Форма навчання: денна


Курс: 2

Семестр: 4

Дисципліна

вивчається з 1997 р.

Кількість залікових кредитів (ECTS)

5

Аудиторних занять

86

лк

пз

лб

48

18

20

Самостійна робота

94

Курсовий проект

-

Форма контролю

діф. зал.







Робоча програма розроблена на підставі освітньо-професійної програми підготовки фахівців освітньо-кваліфікаційного рівня бакалавр за напрямом 6.050103 затвердженої наказом МОН України від 15 червня 2004 р. № 489.


Робочу програму розробив: доц. каф. ЕОМ __________ Торба А.А.


“30” грудня 2008 р.


Затверджено на засіданні кафедри ЕОМ.

Протокол N 6 від 23 січня 2009 р.


УЗГОДЖЕНО


Зав. кафедрою ЕОМ ________________ проф. Руденко О.Г.


Зав. профілюючою

кафедрою ПЗ ЕОМ ________________ проф. Дудар З.В.


Ухвалено вченою радою факультету КН

Протокол № ___ від “___” _______ 2009 р.


Навчальний графік з дисципліни


^ “АРХІТЕКТУРА КОМП’ЮТЕРІВ”


для напряму 6.050103 – “Програмна інженерія”


весняний семестр


ЗАНЯТЬ

^ НАВЧАЛЬНІ ТИЖНІ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

Лекції

обсяг, год

4

4

4

4

4

4

4

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2










Лаборат. роботи

обсяг, год













4







4







4







4







4










Практичні заняття

обсяг, год




2




2




2




2




2

2




2




2




2










Самост. робота студентів

обсяг, год





























































^ Точка контролю

























+










+










+










Строки проведення заліків, іспитів




















































За

лік








^ 2 МЕТА І ЗАВДАННЯ ДИСЦИПЛІНИ


Курс "Архітектура комп’ютерів" вивчається в 4-му семестрі і є загальноосвітнім для студентів напрямку “Програмна інженерія”.



^ МЕТА НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ

Головною метою курсу "Архітектура комп’ютерів" є одержання студентами необхідних знань про елементну базу сучасних обчислювальних машин, реалізованих на досягненнях сучасної інтегральної мікроелектроніки, вивчення архітектури, характеристик, принципів функціонування та методів побудови базових елементів та функціональних пристроїв сучасних комп’ютерів.


^ 2.2 ЗАВДАННЯ ДИСЦИПЛІНИ

Головні завдання курсу "Архітектура комп’ютерів" :

навчити студентів розумінню проблем, що виникають при технічній реалізації процесів обробки інформації в обчислювальній техніці та автоматизованих систем;

ознайомити із сучасним станом інтегральної мікроелектроніки, головними принципами побудови і функціонування інтегральних схем середнього і великого ступеня інтеграції;

дати уявлення про стан та перспективи розвитку архітектури та характеристик сучасної обчислювальної техніки;

ознайомити з основними поняттями та способами використання обчислювальної техніки в сучасних інформаційних технологіях;

охарактеризувати основні сфери застосування обчислювальної техніки та мікропроцесорних систем;

розглянути призначення, характеристики, архітектуру та принципи функціонування блоків і вузлів обчислювальних машин та мікропроцесорних систем;

висвітлити основні принципи та методи вибору структур комплексів технічних засобів сучасних інформаційних технологій;

навчити виконувати діагностику ПЕОМ, заміну дефектних блоків та вузлів, а також виконувати модернізацію ПЕОМ;

навчити оцінювати технічні характеристики ПЕОМ з метою використання їх при проектуванні КТЗ інформаційних технологій;

познайомити з основними ведучими фірмами-виготувачами комплексів технічних засобів інформаційних технологій та характеристиками, що впливають на їх надійність;

дати уявлення про існуючі сучасні комплекси технічних засобів, що використовуються в інформаційних технологіях.


За результатом вивчення дисципліни студенти повинні:


ЗНАТИ :

принципи мікросхемної реалізації елементів ЕОМ, логічні і експлуатаційні основи середніх і великих інтегральних схем, схемотехніку запам'ятовуючих пристроїв;

структуру, організацію та характеристики операційних пристроїв обчислювальних комплексів, запам'ятовуючих пристроїв, периферійного обладнання, інтерфейсів;

архітектуру і принципи роботи основних типів ЕОМ;

методи побудови сучасних ЕОМ, обчислювальних комплексів та мікропроцесорних систем;

сучасний стан та перспективи розвитку обчислювальної техніки.



ВМІТИ :

застосовувати отримані знання і практичні навички по застосуванню ІС при реалізації найпростіших вузлів із набору логічних та аналогових елементів;

оцінювати технічні характеристики ПЕОМ з метою використання їх при проектуванні КТЗ інформаційних технологій;

розробляти структури обчислювальних комплексів при проектуванні інформаційних технологій;

обґрунтувати вибір КТЗ інформаційних технологій;

використовувати методи та програмні засоби визначення структури, характеристик та стану функціональних блоків ЕОМ за допомогою діагностичних систем;

виконувати діагностику ПЕОМ, заміну дефектних блоків та вузлів, а також виконувати модернізацію ПЕОМ;



^ БУТИ ОЗНАЙОМЛЕНИМИ :

з технологічними основами мікро-електроніки і перспективних напрямків схемотехніки.

з основними типовими структурами ЕОМ та обчислювальних комплексів різного призначення;

з характерними представниками різних класів периферійних пристроїв, перспективами їх вдосконалення та використання в інформаційних технологіях;

з методами оцінки ефективності структур обчислювальних комплексів, що використовуються;

з перспективними напрямками вдосконалення ЕОМ і мікропроцесорних систем.


^ 3 ПЕРЕЛІК ЗАБЕЗПЕЧУЮЧИХ ДИСЦИПЛІН

(із зазначенням розділів)


Забезпечуюча дисципліна

Використовується

в семестрах

Семестр

Назва

Розділ

1, 2


Комп’ютерна дискретна математика

Основи алгебри логіки. Тотожні перетворення булевих функцій. Мінімізація булевих функцій

4

3,4


Операційні системи

Програмування на мові Асемблер

4

2


Основи програмної інженерії

Принципи структурної організації ЕОМ

Принципи функціональної організації ЕОМ

4



^ 4 СТРУКТУРА ЗАЛІКОВИХ КРЕДИТІВ


4.1 РОЗПОДІЛ ОБСЯГУ ЗМІСТОВНИХ МОДУЛІВ ЗА ВИДАМИ ЗАНЯТЬ


Заліков. кред

Змістов. мод.

Назва та зміст змістовного модулю

Розподіл часу за видами занять, год.

Рейт. оцінка

лк

лб

пз

срс




кз
І
1

Структура і зміст дисципліни, її зв'язок з іншими дисциплінами навчального плану










1







1.1 Основи теорії інформації та передавання сигналів. Характеристики електричних сигналів. Спектральний аналіз періодичних і неперіодичних сигналів.










2







1.2 Дискретизація і квантування безупинних сигналів. Теорема Котельникова. Методи модуляції імпульсних сигналів. Методи відновлення дискретних сигналів










2







1.3 Основи теорії інформації. Поняття ентропії та кількості інформації










2







2.1 Вирiвнювальні та імпульсні діоди, стабілітрони, діоди Шотки. Характеристики, параметри

1







1







2.2 Біполярні транзистори, характеристики, параметри

1







1







2.3 Польові транзистори, класифікація, характеристики, параметри.

1







1







2.4 Схеми вмикання біполярних та польових транзисторів

2




2

2







3.1 Світлодіоди, фотодіоди, фототранзистори, фототирістори

1







1







3.2 Оптоелектронні пари, оптоелектронні мікросхеми, пристрої з зарядовим зв’язком

1







2







4.1 Основи інтегральної комп’ютерної схемотехніки. Насичений і ненасичений інвертор на біполярному транзисторі. Методи підвищення швидкодії транзисторного інвертора.

1







2







4.2 Загальні відомості про технологію виготовлення інтегральних мікросхем










1







4.3 Алгебра логіки при аналізі та синтезі логічних схем










1







4.4 Позиційні й непозиційні системи числення. Прямий, зворотний і додатковий коди. Виконання арифметичних дій над двійковими числами.










1






Підсумок
8




2

20










2

5.1.Базовий логічний елемент ТТЛ. Швидкодіючий логічний елемент ТТЛШ

1







2







II




5.2 Базові логічні елементи ЕЗЛ, n-МОН і КМОН. Елементи з трьома стійкими станами на виході

1







1







5.3 Порівняльні характеристики серій логічних елементів. Система умовних позначень інтегральних мікросхем










1










6.1 Схемотехніка комбінаційних схем. Методи синтезу ЛКС. Функціональна повна система логічних елементів. Діаграми Вейча

1

4

2

2




5

6.2 Суматори. Гонки (змагання) і боротьба з ними. Мультіплексори, демультіплексори, дешифратори

1







2







7.1 Асинхронні та синхронні тригери : RS-, JK-, D-, T-

2







2







7.2. Лічильники: синхронні і асинхронні; двійкові, десяткові і з довільним коефіцієнтом ділення

1

4

2

2




5

7.3 Регістри: зсуву і паралельні. Кільцеві лічильники

1




2

2






Підсумок
8

8

6

14




10

ІІI

3

8.1 Формувачі та генератори імпульсів. Тригер Шмітта










1







8.2 Формувачі імпульсів, генератори імпульсів, одновібратори










1







8.3 Апаратна реалізація псевдовипадкових послідовностей










1







9.1 Аналогові інтегральні схеми. Операційні підсилювачі (ОП). Зворотні зв’язки в підсилювачах

1







1







9.2 Лінійні та нелінійні математичні перетворення аналогових сигналів. Блоки множення і ділення аналогових сигналів. Тригер Шмітта на ОП

1




2

КР1

2




10

9.3 Аналогові компаратори










1







9.4 Інтегральні таймери










1







10.1 Цифро-аналогові перетворювачі (ЦАП). Статичні та динамічні параметри ЦАП

1







1







10.2 Аналого-цифрові перетворювачі (АЦП). Статичні та динамічні параметри АЦП

1







1










11.1 Генерація випадкових послідовностей. Вибір фізичних датчиків шуму










1







11.2 Практична реалізація генераторів випадкових послідовностей










1







12.1 Джерела електроживлення ЕОМ. Характеристики, класифікація, функціональні схеми джерел вторинного електроживлення. Застосування інтегральних мікросхем у джерелах живлення

1







1







12.2 Джерела безперебійного електро-живлення

1







1







13.1 Класифікація напівпровідникових запам'ятовуючих пристроїв. Адресні та асоциативні ЗП

1







1







13.2 Статичні ОЗП. Динамічні ОЗП

0,5







1







13.3 Постійні ЗП, що програмуються, масочні, з ультрафіолетовим стиранням, флеш-ПЗУ

0,5







1







14.1 Логічні матриці, що програмуються (ПЛМ). Проектування комбінаційних схем на ПЛМ

1







1







14.2 Логічні матриці, що програмуються, з пам’ятью

1







1







14.3 Перспективи розвитку схемотехніки ЕОМ. Підвищення швидкодії, зменшення споживаної енергії. Оптоэлектрона, квантово-оптична схемотехніка ЕОМ. Функціональна мікросхемотехніка










1




Комп’ют тест


30
Підсумок
10




2

21




40
IV 4
Історія розвитку ЕОМ. Класифікація мікро-ЕОМ і мікропроцесорів

1







1







15.1 Однокриcталеві мікро-ЕОМ. 8-ми та 16-ти розрядні мікроконтролери фірми INTEL. Структура, програмна модель, система команд, організація пам'яті, периферійні модулі.

2

4

4

КР2

4




10

15.2 Мікроконтролери фірми ZILOG, MOТOROLA та інш, RISC-контролери.










2







16.1 Особливості архітектури МП i8086/i8088. Програмна модель МП i8086. Призначення регістрів процесора. Структура пам'яті й пристроїв вводу/ви-воду. Сегментація пам'яті. Концепція відкритої архітектури ПЕОМ IBM PC.

0,5







1







16.2 Особливості архітектури МП i80286. Програмна модель МП i80286. Структура пам'яті. Реальний і захищений режими адресації.

0,5







1







16.3 Мікропроцесор I80386 - основа 32-розрядних персональних ЕОМ. Архітектура мікропроцесорів 386+. Програмна модель мікропроцесорів: призначення і характеристики програмно доступних регістрів, організація пам'яті.

1







2







16.4 Базова система команд процесорів від I8086 до CORE. Типи даних. Методи адресації. Кодування методів адресації

2

4

2

4




5

17.1 Математичний сопроцессор x87: призначення, програмна модель, формати чисел із крапкою, що плаває

2

4

2

КР3

4




10

17.2 Система команд сопроцесорів х87. Команди ММХ, SSE, SSE-2.

2







2







18.1 Робота МП I80386 у захищеному режимі. Обчислення адреси в захищеному режимі. Використання сегментації в керуванні пам'яттю, механізми захисту. Сторінкова організація пам'яті. Апаратні засоби підтримки сторінкового методу організації пам'яті.

2







2







18.2 Архітектура ПЕОМ на базі МП 386+. Шини ПЕОМ. Структура чіпсетів. Рознімання розширення (слоти).

1







2







19.1 Пристрої головної пам'яті комп'ютера. Призначення, характеристики, типи. Структура мікросхем динамічних запам’я-товуючих пристроїв із довільною вибіркою (ДЗПДВ). КМОН-память у конфігурації комп'ютера. Постійні запам’ятовуючі пристрої (ПЗП). FLASH-пам’ть

0,5







1







19.2 Організація кеш-пам'яті. Архітектура кеш-пам'яті. Методи запису кеш-пам'яті.

0,5







1






Підсумок
14

12

8

26




25
V 5
20.1 Інтервальный таймер, що програму-ється: призначення, характеристики режими роботи. Програмування таймера.

1







2







20.2 Контролер переривань, що програмується (ПКП): призначення, характеристики, пріоритети переривань. Каскадування ПКП.

1




2

2







20.3 Послідовний і паралельний інтерфейси передачі даних. RS-232: LPT.

Сучасні послідовні інтерфейси USB, Fi-Wi та інш.

1







2







21.1 Архітектурні особливості процесора "PENTIUM": призначення, характеристики. Особливості клонів процесора PENTIUM

2







2







21.2 Процесори PENTIUM PRO, PENTIUM-2, PENTIUM-3, PENTIUM-4 та їхні клони.

1







2







22.3 Сучасні 64-х розрядні багатоядерні процесори х-86.

1







2







22.4 RISC-процесори. Сучасні процесори VLIW та інш.

1







2




Комп’ют тест

25

Підсумок

8




2

14




50

^ Всього годин

48

20

18

94




100



^ 4.2 ЛАБОРАТОРНІ РОБОТИ

№

зміст. модулю

Теми занять

обсяг, год.

рейт. оцінка

літер. джер.

1

Синтез логічних комбінаційних схем, дослідження схем на мультиплексорах

4

0…5

1-7

1

Синтез й дослідження лічильників

4

0…5

1-7

3

Програмування однокристалевих мікроконтролерів

4

0…5

8-12

3

Програмування центрального процесора

4

0…5

8-12

3

Програмування процесора чисел з крапкою, що плаває

4

0…5

8-12




Всього годин

20

0…25







^ ПРАКТИЧНІ ЗАНЯТТЯ

№

зміст. Модулю

Теми занять

обсяг

(год.)

рейт. Оцінка

літер. Джер.

1

Розрахунок режимів біполярних та польових транзисторів

2




1-7

2

Синтез логічних комбінаційних схем, дослідження схем на мультиплексорах

2




1-7

2

Синтез двійкових лічильників і з довільним коефіцієнтом ділення

2




1-7

2

Синтез регістрів та кільцевих лічильників

2




1-7

3

Програмування однокристалевих мікроконтролерів

4




8-12

3

Система команд МП 86+. Формати даних. Програмування центрального процесора

2




8-12

3

Система команд МП 87+. Формати даних. Програмування сопроцесора

2




8-12

3

Програмування таймера

Програмування контролера переривань,

2




8-12




Всього годин

18









^ 4.4. САМОСТІЙНА РОБОТА СТУДЕНТА


№

зміст. модулю

Вид самостійної роботи

обсяг, год

семестр

літер. джер.

1 – 4

Вивчення конспекту лекцій, основної та додаткової літератури

46

4

1 – 12

1 – 4

Підготовка до лабораторних робіт

20

4

1 – 12

1 – 4

Підготовка до практичних занять

18

4

1 – 12

2-4

Виконання контрольних робіт

6

4

1 – 12

2,4

Комп’ютерне тестування

4

4







Всього годин

94









^ 4.5 РЕЙТИНГОВА ОЦІНКА ЗА ДИСЦИПЛІНОЮ


Рейтингова оцінка

1 Заліковий модуль




2 Заліковий модуль




0-10

3 Заліковий модуль




0-10

0-30

4 Заліковий модуль




0-15

0-10

5 Заліковий модуль




0-25

60-100

ЛК

ЛК

ЛР

ЛК

КР

Комп’ютерний тест

ЛК

ЛР

КР

ЛК

Комп’ютерний тест

Всього



^ 5 НАВЧАЛЬНО–МЕТОДИЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ДИСЦИПЛІНИ


5.1 ОСНОВНА ЛІТЕРАТУРА


Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника.- СПб.: БХВ-Петербург, 2001.-528с.

Аналоговая и цифровая электроника (Полный курс): Учебник для вузов / Ю.Ф. Опадчий, О.П. Глудкин, А.И. Гуров; Под ред. О.П. Глудкина. – М.: Горячая Линия – Телеком, 2000.- 768с.

Точчи Р.Дж., Уидмер Н.С. Цифровые системы. Теория и практика, 8-е издание.: Пер. с англ.– М.: Издательский дом «Вильямс», 2004.– 1024с.

Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: в 3-х томах. Пер. с англ.- 4-е изд.- М.: Мир, 1993.

Зубчук В.И., Сигорский В.П., Шкуро А.Н. Справочник по цифровой схемотехнике.- К.: Техника, 1990.

Схемотехника ЭВМ. / Под ред. Г.Н. Соловьева. - М.: Высш. шк., 1985.

Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. Программа Electronics Workbench и ее применение. Издание 3-е.- М.: Соломон-Р, 2005.-726с.

Танненбаум Э. Архитектура компьютера. – СПб.: Питер, 2005. – 699 с.

Гук М., Юров В. Процессоры PЕTNTIUM 4, ATHLON и DURON – СПб: Питер, 2003.– 512с.

Гук М. Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия – СПб: Питер, 2000.– 816с.

Колесниченко О.В., Шигирин И.И. Аппаратные средства РС./ 3-е изд.– СПб.: БХВ – Санкт-Петербург, 1999.– 800с.

Бродин В.Б., Шагурин И.И. Микроконтроллеры. Архитектура, программирование, интерфейс.– М.: Изд. ЭКОМ, 1999. – 400 с.


^ 5.2 ДОДАТКОВА ЛІТЕРАТУРА


Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочник: Пер. с нем.- М.: Мир, 1982.

Игумнов Д.В., Королев Г.В., Громов И.С. Основы микроэлектроники.- М.: Высш. шк., 1991.

Джонс М.Х. Электроника – практический курс.– М.: Постмаркер, 1999.– 528с.

Зельдин Е.А. Цифровые интегральные микросхемы в информационно-измерительной аппаратуре. Л.: Энергоатомиздат, 1986.

Авдеев Н.А., Наумов Ю.Е., Фролкин В.Т. Основы микроэлектроники.- М.: Радио и связь, 1991.

Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах: 2-е изд.- Л.: Энергоатомиздат, 1988.

Алексенко А.Г., Коломбет Е.А., Стародуб Г.И. Применение прецизионных аналоговых ИС.– М.: Сов. радио, 1980.

Завадский В.А. Компьютерная электроника. – К.: Век, 1996.– 386с.

Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. - М.: Радио и связь, 1987.

Федорков Б.Г., Телец В.А. Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение. -М.: Энергоатомиздат, 1990.

Соломатин Н.М. Логические элементы ЭВМ: Практ. пособие для вузов, 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Высш.шк., 1990.

Дмитриев В.И. Прикладная теория информации. -М.: Высшая школа, 1989.

Кузьмин И.В., Кедрус В.А. Основы теории информации и кодирования. - Киев: Выща школа, 1986.

Гук М.Ю. Шины PCI, USB и Fire Wire. Энциклопедия. - СПб: Питер, 2005. -540 с.

Скляров А.Я. Архитектура, принципы функционирования и управления ресурсами IBM PC: Учебное пособие. Харьков: Бизнес Информ, 2001.- 419с.

Сташин В.В. и др. Проектирование цифровых устройств на однокристаль-ных микроконтроллерах.- М.: Энергоатомиздат, 1990

Гребнев В.В. Однокристальные микроЭВМ (микроконтроллеры) семейства MCS-96.- Издание Псковской коммерческой палаты, 1996, 148с.



^ 5.3 МЕТОДИЧНІ ПОСІБНИКИ ТА ВКАЗІВКИ:


5.3.1 З самостійної роботи:

Торба А.А. Компьютерная Схемотехника.- Мультимедийный курс для студентов дистанционного образования.– 2006.

Торба А.А. Слайд-лекции по курсу «Компьютерная схемотехника».– 2007.

Торба А.А. Слайд-лекции по курсу «Архитектура компьютеров».– 2007.

Торба А.А. Конспект лекций и методические указания к лабораторным работам по курсу «Компьютерная схемотехника».– Харьков: «Смит». – 2007. 287 с.

Торба А.А. Конспект лекций и методические указания к лабораторным работам по курсу «Компьютерная электроника и схемотехника».– Харьков: «Смит». – 2009. 404 с.

Торба А.А. Конспект лекций по курсу “Архитектура компьютеров”.– 2007, 240с.– В электронной библиотеке.

5.3.2 З лабораторних робіт:

Торба А.А. Конспект лекций и методические указания к лабораторным работам по курсу «Компьютерная электроника и схемотехника».– Харьков: «Смит». – 2009. 404 с.

Торба А.А. Конспект лекций и методические указания к лабораторной работе по курсу «Проектирование цифровых устройств на однокри-стальных микроконтроллерах семейства MCS-51» 2006. 56с.– В электронной библиотеке.

Торба А.А. Конспект лекций и методические указания к лабораторной работе по курсу «Программирование целочисленного процессора х86 (CPU)» 2006. 36с.– В электронной библиотеке.

Торба А.А. Конспект лекций и методические указания к лабораторной работе по курсу «Программирование процессора чисел с плавающей точкой (FPU)» 2006. 36с.– В электронной библиотеке.




ПРОГРАМНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ЕОМ З ДИСЦИПЛІНИ




Електроний симулятор “Electronics Workbench” V 5.12 або більше.

Середовище програмування VISUAL C++.

Програмний симулятор І8051.

Доповнення та зміни у робочій програмі


Доповнення до робочої програми

підготував______________________________________________

(підпис, посада, прізвище, ініціали)


"Узгоджено"

зав. кафедрою

____________________

(підпис, прізвище, ініціали)