Требования к уровню освоения содержания курса

В результате изучения дисциплины «Программные и аппаратные средства информационных технологий» студент должен:

• Овладеть системой знаний: представлять место дисциплины в системе знаний об окружающем мире и взаимодействие ее с другими дисциплинами.

• Знать и понимать:

• понятийный аппарат дисциплины;

• современные средства представления, обработки, хранения и распространения информации;

• средства человеко-машинного интерфейса;

• современные технические и программные средства ЭВМ;

• методы использования пакетов прикладных и универсальных программ, применяемых для решения задач электронной техники.

• Уметь:

• сформулировать задачу;

• выбрать и использовать пакеты прикладных программ для решения своих профессиональных задач;

• выбирать методы и средства решения задач;

• решать типовые задачи расчета и моделирования;

• выполнять анализ методов решения задач и оценивать результаты;

• работать с современными информационными сетевыми ресурсами.

• Иметь представление:

• о современном состоянии и перспективах развития информационного общества;

• о социальных последствиях информатизации общества;

• о возможностях применения современных информационных технологий в науке, технике, экономической и управленческой деятельности, в сфере образования.

Рабочая (учебная) программа

1. Моделирование устройств электронной техники

Классификация ЭВМ: аналоговые (АВМ), аналого-цифровые (АЦВМ) и цифровые вычислительные установки (ЦВМ).

Понятие математической модели исследуемого объекта. Параметры и характеристики объекта.

Принципы построения и использования АВМ. Параллельная обработка данных. Операционные усилители. Интегратор, умножитель, инвертор.

Анализ динамических систем. Математические модели динамических систем – системы дифференциальных уравнений. Задачи моделирования объектов, описываемых системами обыкновенных дифференциальных уравнений.

Преобразование дифференциального уравнения высокого порядка к системе дифференциальных уравнений первого порядка. Нормальная форма системы дифференциальных уравнений.

Аналоговая модель системы – электронная схема на основе операционных усилителей, электромагнитные процессы (напряжение) в которой соответствуют (отображают) закон изменения во времени переменных математической модели системы, т.е. решение системы дифференциальных уравнений.

Разработка структурных схем (аналоговых моделей) решения задач.

Масштабирование времени и переменных.

Реализация. Наборное поле.

Достоинства аналогового моделирования: высокая скорость решения за счет распараллеливания. Недостатки: относительно низкая точность решения.

Аналого-цифровое моделирование. Принципы действия аналого-цифровых вычислительных машин (АЦВМ).

Цифровое моделирование устройств электронной техники (построение цифровых моделей).

2. Тенденции развития средств вычислительной техники. Суперкомпьютеры.

   1. Тенденции развития вычислительной техники

Принципы фон-Неймана. Традиционная архитектура компьютера.

Закон Мура (1965 г.): количество транзисторов на единицу площади увеличивается каждые 18-24 месяца. Оценка вычислительной производительности ЭВМ. Распространение закона Мура на тактовую частоту процессора. Физические пределы для дальнейшего роста указанных характеристик.

Направления развития цифровой вычислительной техники (компьютеров):

• Повышение производительности традиционных компьютеров;

• Создание вычислительных систем сверхвысокой производительности.

Основные подходы:

• Развитие элементной базы;

• Использование новых решений в архитектуре компьютеров;

• Разработка соответствующего программного обеспечения.

Средства повышения производительности цифровых вычислительных систем:

• Рост тактовой частоты; ограничения;

• Иерархия запоминающих устройств;

• Изменение архитектуры с целью организации одновременного (параллельного) выполнения операций:

• Периферийные процессоры (процессоры ввода-вывода; графические процессоры и др.);

• Конвейерные принципы в современных процессорах;

• Распараллеливание на основе многоядерных процессоров;

• Параллельные вычисления на основе многопроцессорных систем.

Системы разделения времени на основе вытесняющих многозадачных операционных систем. Чередование выполнения нескольких программных потоков для уменьшения времени ожидания ввода-вывода. Параллельное выполнение потоков не обеспечивается. В каждый момент времени обрабатывается только один поток.

Логические процессоры. Распределение исполнительных ресурсов физического процессора между логическими процессорами. Одновременная многопоточность (SMT), или технология гиперпоточности (HTT).

Повышение производительности за счет уменьшая простоев исполнительной системы компьютера (задержек).

Изменение архитектуры вычислительной системы для обеспечения параллелизма при выполнении программных потоков – кажущегося или истинного (реального) параллелизма.

Два основных подхода для реализации одновременного выполнения операций:

• Конвейерная обработка;

• Параллельная обработка.

Принципы конвейерной обработки потока данных. Нарушения работы конвейера при наличии переходов по условию (разветвлений). Задача исключения (или минимизация) простоев вычислительного конвейера.

Векторно-конвейерная обработка – конвейерные функциональные устройства, и набор векторных команд.