Архитектура компьютера и операционные системы

Бакалавриат 2019/2020

Лучший по критерию «Новизна полученных знаний»

Статус: Курс обязательный (Прикладная математика и информатика)

Направление: 01.03.02. Прикладная математика и информатика

Где читается: Факультет компьютерных наук

Когда читается: 2-й курс, 2-4 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Преподаватели: Андреев Александр Николаевич, Баранов Юрий Александрович, Беляков Дмитрий Евгеньевич, Божко Кирилл Александрович, Горшков Сергей Сергеевич, Курынин Роман Валерьевич, Сальников Алексей Николаевич, Трошина Екатерина Николаевна, Фельдшеров Святослав Викторович, Чернов Александр Владимирович, Шестимеров Андрей Алексеевич

Язык: русский

Кредиты: 10

Контактные часы: 168

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Дисциплина «Архитектура и операционные системы» предназначена для подготовки бакалавров по направлению 01.03.02 – Прикладная математика и информатика. Понимание устройства и принципов работы электронных вычислительных машин (ЭВМ), которые далее мы будем назвать уже привычным термином «компьютер», а также основных принципов работы операционных систем является незаменимым для инженеров в сфере информационных технологий при: оценке проектных решений, особенно комплексных и затрагивающих различные уровни абстракции, например, выборе систем виртуализации и платформ развёртывания; проектировании новых систем для достижения компромисса стоимость-производительность-надежность; выявлении узких мест в работе существующих информационных систем; диагностики нетривиальных неполадок и ошибок; повышении производительности вычислений за счет более эффективного использования программных и аппаратных средств; построении инновационных программно-аппаратных систем: систем интеллектуального анализа данных, роботов, инструментов телеприсутствия и дополненной реальности.

Цель освоения дисциплины

Помочь развитию незаменимого в профессиональной деятельности «инженерного чутья», которое рождается из понимания принципов работы компьютеров и деталей взаимодействия прикладного и системного программного обеспечения (ПО) с аппаратурой ЭВМ. Очевидно, что кроме теоретических оснований, дисциплина предусматривает изучение конкретных реализаций аппаратного обеспечения, операционных систем и т.п.

Планируемые результаты обучения

Способность находить и самостоятельно осваивать нужную информацию из общедоступных источников;
умение формулировать и объяснять доказательства теорем в устной и письменной форме
умение оптимально распределять собственное время при работе над поставленными задачами
Способность программировать, отлаживать и тестировать алгоритмы и структуры данных
Способность проектировать законченную программную систему; умение находить в общедоступных источниках готовые программные модули и компоненты; способность провести интеграцию программной системы с готовыми программными модулями и компонентами

Содержание учебной дисциплины

Цифровые электронно-вычислительные машины. Основные концепции и история развития.
Вычисления. Модели вычислений. Системы счисления. Кодирование информации. Понятие компьютера. Цифровые электронно-вычислительные машины. Платформы и парадигмы построения компьютеров. История развития. Дискретные элементы цифровых электронных схем. Логические элементы. Интегральные схемы. Передача сигналов и хранение информации. Информационные шины. История развития цифровой вычислительной техники. Общие методы повышения эффективности вычислений. Закон Мура. Конвейеризация и распараллеливание. Программное обеспечение: ассемблеры, языки программирования высокого уровня, Unix, BSD, MacOS, GNU, Minix, Linux, iOS, Android.
Аппаратура современного компьютера. Архитектура x86: история развития, аппаратная реализация и язык ассемблера.
Краткий практический обзор, без которого объяснение происходящего в современном цифровом компьютере было бы невозможно: использование логических элементов для построения двоичной арифметики и памяти, регистры, адресация памяти, стек, вызов подпрограмм, прерывания, защита памяти, виртуальная память. Иллюстрация на примере архитектур компании Intel. Гонка производительности RISC и CISC, кеши, суперскалярность, предсказания ветвлений, многоядерность, микропрограммирование, альтернативы Intel. Эволюция архитектур компании Intel от 8008 до Intel 64. Языки ассемблера для архитектур IA-32 и Intel 64. Инструментальные средства программиста. Организация программы. Наборы ко- манд. Описание данных. Вызов подпрограмм.
Операционная система Linux: развертывание и работа с помощью интерфейса командной строки
Цели создания и история развития операционных систем (ОС). Решаемые задачи и требования к ним. Классификация ОС. ОС семейства Unix и Linux. Загрузка, ядро системы и процессы пользователя. Управление памятью, процессами, вводом- выводом, сетевым взаимодействием, устройствами. Системные вызовы, интерфейсы программирования API/ABI, драйверы/модули ядра, динамическая компоновка программ, файловые системы, сетевые соединения. Эффективность, надёжность и безопасность ОС. ОС для настольных компьютеров и серверов: требования и особенности. ОС реального времени. Особенности блокировки ресурсов, журналирования и восстановления после сбоев. Управление пользователями, аутентификация, авторизация, квотирование. ОС и сеть Интернет. Распределённые ОС.
Инструментальные средства разработки и отладки программ в ОС Linux. Инструментарий GNU.
Представление целых, вещественных и строковых данных в компьютере
Операционные системы: основы разработки и история развития.
Семейство операционных систем Linux: базовые сервисы и использование POSIX API.
Семейство операционных систем Linux: архитектура и программирование на уровне ядра ОС.

Элементы контроля

Экзамен
Экзамен письменный, в формате контеста в тестирующей системе
Накопленная оценка (контрольные, домашние работы, работа на семинарах)

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (4 модуль)
0.6 * Накопленная оценка (контрольные, домашние работы, работа на семинарах) + 0.4 * Экзамен

Программа дисциплины