Архитектура ЭВМ и язык ассемблера

2022/2023

Учебный год

RUS

Обучение ведется на русском языке

5

Кредиты

Кто читает:

Базовая кафедра «Системное программирование» Института системного программирования им. В.П. Иванникова РАН (ИСП РАН)

Статус:

Курс обязательный

Когда читается:

1-й курс, 3, 4 модуль

Преподаватели

Гребнев Николай Юрьевич

Егоров Данила Игоревич

Иконникова Мария Кирилловна

Леладзе Константин Григорьевич

Малышев Никита Евгеньевич

Падарян Вартан Андроникович

Терлыч Никита Андреевич

Программа дисциплины

Аннотация

Дисциплина направлена на изучение студентами базовых принципов устройства современных ЭВМ на примере архитектуры x86, включая анализ характеристик различных компонент ЭВМ и того, как эти характеристики влияют на работу системных и прикладных программ. Закрепление знаний достигается посредством практического освоения языка Си++, языка ассемблера архитектуры x86, типовых механизмов реализации языка Си/Си++ и его системы программирования на платформе Linux x86.

Цель освоения дисциплины

• Формирование у студентов связного представления об организации современных вычислительных систем, понимания взаимосвязей между архитектурными решениями уровней аппаратуры ЭВМ, системного и прикладного программного обеспечения, понимания факторов, влияющих на качественные и количественные характеристики ЭВМ, производительность и безопасность всей вычислительной системы в целом.

Планируемые результаты обучения

• Знать основные принципы устройства ЭВМ, его основные компоненты, их качественные и количественные характеристики.
• Знать свойства аппаратуры, влияющие на производительность и безопасность работы программ. Особенности двоичного (бинарного) интерфейса приложений на примере архитектуры IA-32.
• Знать особенности архитектуры x86, влияние архитектуры набора команд на реализацию языков высокого уровня и систему программирования.
• Знать язык ассемблера архитектуры x86, особенности реализации различных конструкций языка Си/Си++ на уровне языка ассемблера и причины, влияющие на выбор механизма реализации.
• Уметь составлять и отлаживать многомодульные программы на языках Си/Си++ и ассемблера; реализовывать интерфейсы между модулями, реализованными на разных языках программирования (Си/Си++и ассемблер).
• Уметь обосновано выбирать механизмы реализации конструкций языка Си/Си++ и корректно их кодировать на языке ассемблера архитектуры x86.
• Уметь оценивать производительность программ на языках Си/Си++ и ассемблера, используя знания об особенностях устройства аппаратуры ЭВМ и аппаратные средства профилирования архитектуры x86.
• Уметь восстанавливать по ассемблерному коду операторы и типы данных языка Си/Си++.
• Владеть современной технологией разработки и отладки многомодульных программ на языках Си/Си++ и ассемблера.

Содержание учебной дисциплины

• Введение в основы Си++. Классы и структуры. Шаблоны. Наследование. Исключения. Управление память. Семантика перемещения. Умные указатели. Контейнеры и итераторы. Вывод типов, лямбда-выражения. Метапрограммирование.
• Введение в архитектуру ЭВМ на примерах ассемблерных программ. Взаимосвязь языка Си/Си++, языка ассемблера и особенностей архитектуры ЭВМ на примере архитектуры x86.
• Система программирования языка Си/Си++ и ее связь с архитектурой ЭВМ.
• Архитектура ЭВМ в разных аспектах: физической организации, поддержки системных и прикладных программ.

Элементы контроля

• Домашнее задание
  В течение Модуля 3 студентам предлагается выполнить четыре блока контеста (домашних задания, представляющих собой набор из 3-7 задач каждый). Финальная оценка за элемент контроля выставляется по формуле: round(x / 20), где x – количество заработанных студентом первичных баллов, а round – функция математического округления до ближайшего целого. В случае “половинного балла” оценка округляется вниз: например, 7.5 округлится до 7.
• Контрольная работа
  Финальная оценка за элемент контроля выставляется по формуле: round(x / 20), где x – количество заработанных студентом первичных баллов, а round – функция математического округления до ближайшего целого. В случае “половинного балла” оценка округляется вниз: например, 7.5 округлится до 7.
• Экзамен
• Домашние задания
  ДЗ№1-3 предполагают разработку 5 учебных программ в каждом со сдачей через систему автоматической проверки. Сдача менее 5 задач, как сдача задач с опозданием приводит к снижению баллов ДЗ №4 предполагает разработку учебной программы и отчета. Требования предъявляются как к разрабатываемой программе, так и к отчету, в части смысла текста, состава и содержания разделов, оформления текста отчета. Выполнение ДЗ№4 оценивается преподавателем по системе зачет/не зачет, успешное выполнение ДЗ №6 дает 100 баллов. Студент имеет право запросить вариант ДЗ №4 повышенной сложности. Повышенная сложность задания имеет два уровня, выполнение которых дает вместо 100 баллов обычного задания 150 или 200 баллов. Сдача менее 2 программ в ДЗ №№1-3, не сдача ДЗ №4 означает не выполнение требований по всем домашним заданиям Модуля 4, сумма оценок за домашние задания в этом случае обнуляется. Своевременное выполнение в полном объеме домашнего задания (ДЗ) дает 100 баллов.
• Контрольные работы
  Две контрольные работы в 4-м модуле
• Экзамен

Промежуточная аттестация

• 2022/2023 учебный год 3 модуль
  0.3 * оценка за экзамен + 0.6 * сумма оценок за домашние задания + 0.1 * экзаменационная контрольная работа Оценивание происходит с использованием первичных баллов. Всего студент может получить 200 первичных баллов за курс: 120 – за д/з, 60 – за экзамен, 20 – за экзаменационную контрольную работу.
• 2022/2023 учебный год 4 модуль
  0.3 * экзамен + 0.1 * ДЗ№1 + 0.1 * ДЗ№2 + 0.1 * ДЗ№3 + 0.1 * ДЗ№4 + 0.15 * контрольная работа №1 + 0.15 * контрольная работа №2

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

• Алгоритмы: построение и анализ : пер.с англ., Кормен, Т., 2013
• Архитектура компьютера, Таненбаум, Э., 2014
• Язык Ассемблера для процессоров Intel, Ирвин, Кип Р., 2005
• Язык программирования С++ : специальное издание, Страуструп, Б., 2015
• Язык программирования С++, Страуструп, Б., 2007

Рекомендуемая дополнительная литература

• Computer architecture : a quantitative approach, Hennessy, J. L., 2019