Материалы по курсу CS220 Архитектура ЭВМ

12 мая 2021

Модуль 1 Основные понятия архитектуры ЭВМ

Введение. Что такое архитектура ЭВМ.
Организация машины на уровне ассемблера: основы организации фон-неймановской машины; управляющее устройство; выборка, дешифрация и выполнение команд.
Цифровая логика (логические вентили, триггеры, счетчики, регистры, жесткие и гибкие кристаллы).
Представление данных: биты, байты, слова; представление числовых данных.
Представление нечисловых данных (коды символов, графические данные); представление записей и массивов.
Cистемы и типы команд (обработка данных, управление, ввод/вывод); программирование на языке ассемблера; форматы инструкций; режимы адресации; механизмы вызова подпрограмм и возврата из них; ввод/вывод и прерывания.
Функциональная организация устройств: управляющее устройство; сравнение аппаратной и микропрограммной реализаций.

Модуль 2 Память

Организация памяти: иерархия памяти; организация и принципы работы основной памяти; задержка (latency), длительность такта (cycle time), пропускная способность (bandwidth); кэш-память (преобразование адресов, размер блока, политика замещения и хранения).
Виртуальная память (таблица страниц, TLB – буфер быстрого преобразования адреса); обработка ошибок доступа к памяти и надежность.
Организация взаимодействия устройств: основы ввода/вывода; установление связи, буферизация, программируемый ввод/вывод, ввод/вывод по прерыванию.
Внешние накопители, физическая организация и диски; шины: протоколы, арбитраж, прямой доступ к памяти.
RAID-архитектуры.

Модуль 3 Способы увеличения производительности ЭВМ

Увеличение производительности устройств: RISC-архитектура; «водопровод» (prefetching); предсказывание переходов; чередование (interleaving).
Конвейер инструкций; введение в аппаратный параллелизм уровня машинных команд. Многопроцессорные и альтернативные архитектуры: знакомство с SIMD, MIMD (транспьютеры), VLIW, EPIC.
Нестандартные архитектуры: систолические архитектуры; архитектуры с общей памятью; обеспечение соответствия кэша и памяти.
Современные архитектуры: мобильные устройства, встроенные системы, направления развития архитектуры процессоров.

Модуль 4 HLL архитектуры

(!!!) Архитектуры HLL на примере организации УВК Самсон: работа с памятью (Сегменты, страницы, LG регистры).
Целочисленная арифметика и логика; передачи управления; циклы.
(!!!) Работа с массивами (вырезки, хорошие/плохие массивы).
(!!!) Виртуальная память УВК Самсон.

Модуль 5 Примеры конкретных архитектур ЭВМ