Архитектура вычислительных систем

Примерные вопросы к экзамену (2023)

Часть I

1. Цифровые и аналоговые ВС и СПД: преимущества и недостатки.

2. Виды модуляции, теоремы Шеннона и Котельникова.

3. История вычислительной техники: табуляторы, модели Эйкена и Фон-Неймана.

4. Закон Мура и поколения ЭВМ. Краткая история отечественных ЭВМ.

5. Шины, периферийные устройства и контроллеры.

6. Аппаратные прерывания, DMA (MMIO) для устройств хранения данных и устройств реального времени; автоматическая и «ручная» настройка оборудования.

7. Исторически значимые системные шины.

8. Необходимость асихронных последовательных шин, примеры асинхронных шин.

9. Тактовый сигнал, тактовая частота, способы синхронизации.

10. Внутренняя и внешняя разрядность процессора, шин, памяти.

11. Прямая и банковая модели адресного пространства.

12. Сегментная модель адресного пространства.

13. Страничная модель адресного пространства. Виртуальная память на основе страничной адресации.

14. Cмешанная модель адресного пространства на примере 80386.

15. Модели адресного пространства ARM и RISC-V.

16. Логические вентили: их конструкция, возможности и применение.

Часть II

1. Логические схемы: АЛУ, схемы сдвига, полностью про сумматоры.

2. Логические схемы: арифметика, от вычитания до деления.

3. Триггеры: RS, D, MS

4. Триггеры: JK, T.

5. Регистры: конструкция и назначение сдвигающего регистра, счетчики.

6. Регистры: чтение и запись, передача данных.

7. Виды энергонезависимой памяти. Эволюция.

8. Специфика твердотельных накопителей в сравнении с механическими жёсткими дисками.

9. Защита энергонезависимой памяти. Технология RAID. Использование для ускорения операций и обеспечения надежности.

10. Системы хранения данных. Основные задачи и типы организации (DAS, NAS, SAN).

11. Организация RAID-6, математические принципы, способы осуществления записи.

12. Вычислительный конвейер; конфликты; пузырьки и торможение конвейера; особенности для CISC и RISC.

13. Суперскалярные процессоры и процессоры с внеочередным исполнением инструкций.

14. Регистровый файл и система команд Intel x86.

15. Регистровый файл, система команд и формат машинного кода RISC-V.

16. Вдумчивые и конструктивные предложения и замечания по программе курса.

Список источников

• Конспект

• Слайды

• Литература

  1. Майерс. Г. Архитектура современных ЭВМ

  2. Орлов С.А., Цилькер Б.Я. Организация ЭВМ и систем: Учебник для вузов. 2-е изд. — СПб .:  Питер, 2011. — 688 с.

  3. Петцольд Ч. Код. Тайный язык информатики

  4. Seyed H. Roosta. Parallel processing and parallel algorithms: theory and computation

  5. Таненбаум Э., Бос Х. Современные операционные системы. 4-е изд. — СПб.: Питер, 2015. — 1120 с.

  6. Таненбаум Э., Остин Т. Архитектура компьютера. 6-е изд. — СПб.: Питер, 2013. — 816 с.

  7. Abraham Silberschatz, Greg Gagne, Peter B. Galvin. Operating System Concepts. 10th ed., Wiley, 2018. 951 p.

  8. Терехов А.Н. УВК «Самсон» — базовая ЭВМ РВСН // Труды SORUCOM-2011 – 2011. – С. 282-286.

  9. Сара Л. Харрис, Дэвид Харрис. Цифровая схемотехника и архитектура компьютера: RISC-V / пер. с англ. В. С. Яценкова, А. Ю. Романова; под ред. А. Ю. Романова. – М.: ДМК Пресс, 2021. – 810 с.: ил.

  10. Хорошевский В.Г. Архитектура вычислительных систем.: Учеб. пособие. 2-e изд., перераб. и доп. M.: Изд-во МГТУ им. H.Э. Баумана, 2008. 520 c.

• Онлайн-курсы, рекомендованные в качестве дополнительных материалов

  1. Computer Architecture Princeton University

• Мультимедиа

  1. Pirates of Silicon Valley

  2. Revolution OS

  3. Stanley and Stella in Breaking The Ice (1987) (заметка) — синтезировано на LISP-машине

  4. Pierre Henry «Psyché Rock» (1967) — примеры различных электронных компонент конца 60-х

  5. Реклама Apple Macintosh «1984»

  6. Micro Men

  7. Homebrew CPU — примеры машин, ЦП которых были самостоятельно спроектированы и изготовлены энтузиастами

  8. Музей Сергея Фролова

• Инструменты

  1. Logisim Evolution

  2. Compiler Explorer

  3. Online Assembler and Disassembler

  4. Эмулятор RISC-V Ripes