Архитектура вычислительных систем

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 курсасоставлена 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

1.1. 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.

1.2. 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.

1.3. 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.

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

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

РАЗДЕЛ 3. АРХИТЕКТУРА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

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

3.2. 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.

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

 

 

Анализ матричных вычислительных систем.

Анализ мультипроцессорных вычислительных систем.

РАЗДЕЛ 7. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ С ПРОГРАММИРУЕМОЙ

СТРУКТУРОЙ

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

Анализ вычислительных систем с программируемой структурой.

Архитектура Internet.

8.3. 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.

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 курсасоставлена 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.