Архитектура компьютера и операционные системы

Бакалавриат 2025/2026

Статус: Курс по выбору (Программная инженерия)

Кто читает: Департамент программной инженерии

Где читается: Факультет компьютерных наук

Когда читается: 2-й курс, 1, 2 модуль

Охват аудитории: для своего кампуса

Преподаватели: Бураков Даниил Игоревич, Легалов Александр Иванович

Язык: русский

Кредиты: 4

Контактные часы: 56

Дополнительные материалы в LMS Задать вопрос

Аннотация

Дисциплина «Архитектура компьютера и операционные системы» относится к базовой части образовательной программы НИУ ВШЭ по направлению подготовки 09.03.04 "Программная инженерия" (уровень подготовки Бакалавр). Понимание устройства и принципов работы компьютеров, 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

Формирование знаний в области архитектур вычислительных систем. Ознакомление с современными архитектурами вычислительных систем с целью заложить основы для последующих курсов, посвящённых созданию современных информационных систем и архитектур программного обеспечения. Получение навыков в программировании на уровне системы команд. Освоение студентами знаний в области организации, функционирования и использования современных операционных систем. Осмысленное применение полученных знаний при изучении других дисциплин

Планируемые результаты обучения

1. Понимание взаимосвязей между различными уровнями архитектурных решений и особенностей отображения вышестоящих уровней в нижестоящие. 2. Умение выбирать при разработке программного обеспечения архитектурные решения, повышающие эффективность современных компьютеров с учетом их аппаратных возможностей, операционных систем и языков программирования различного уровня организации.
3. Понимание тенденций развития архитектур современных вычислительных систем. 4. Знание организации процессов и потоков в операционных системах, их взаимодействия и умение их использовать на практике. Знание механизмов синхронизации процессов и способов их применения.
5. Понимание организации файловых систем и умение работы с файлами. 6. Умение обрабатывать сигналы, приходящие процессам. 7. Использование взаимодействия процессов через каналы, очереди сообщений, разделяемую память. 8. Умение пользоваться командами командного интерпретатора операционной системы Linux.

Содержание учебной дисциплины

Архитектуры вычислительных систем (ВС). Основные понятия и определения.
Знание терминологии, определений, исторических сведений
Поддержка однозначного выполнения операций. Системы типов. Отображение на архитектурные решения
Понимание особенностей систем команд, отображаемых в различных архитектурных уровнях
Архитектура уровня системы (набора) команд. Классификация архитектур. Обзор различных архитектурных решений
Знание об особенностях систем команд и их влияние на низкоуровневое программирование. Знание конкретной изучаемой архитектуры.
Представление данных в вычислительных системах.
Знание о форматах данных и особенностях реализации обработки различных типов данных в компьютерах.
Особенности RISC архитектур. Архитектура и система команд процессоров RISC-V.
Понимание особенностей, достоинства и недостатков архитектур ВС с различными системами команд. Знание особенностей конкретной архитектуры.
Архитектуры параллельных вычислительных систем. Основные структурные решения и концепции.
Понимание особенностей, достоинства и недостатков архитектур ПВС. Знание основных особенностей разработки ПО для различных ПВС.
Операционные системы (ОС). Основные понятия и определения.
Знание терминологии, определений, исторических сведений
Файловая система
Получение знаний о файловой системе и работе с файлами.
Процессы. Особенности создания и использования
Получение сведений об организации процессов и их использовании при разработке ПО
Взаимодействие процессов
Общие сведения о взаимодействии процессов
Каналы, очереди сообщений, разделяемая память, сигналы
Знание о механизмах обеспечивающих взаимодействие процессов
Потоки
Общие сведения о многопоточном программировании.
Планирование процессов
Общие сведения о мультипрограммном и многопроцессорном управлении процессами.
Управление памятью
Общие сведения об использовании памяти и управлении ее распределением.

Элементы контроля

ДЗ01-ДЗ10
ДЗ01-ДЗ10 — десять домашних заданий, выдаваемых по материалам рассмотренным на семинарах, оцениваются по 8-балльной системе. Все задания трактуются как домашние задания, выполняемые самостоятельно. Также предлагаются два дополнительных (бонусных) задания для выполнения которых, необходимы знания, превышающие те, что даются по программе дисциплины. Они оцениваются в десять баллов. Бонусные задания выполнять необязательно. Но ограничений на их выполнение нет. Экзамен сдается устно по пройденному теоретическому материалу и материалу, рассмотренному на семинарах. Блокирующего элемента по отдельным заданиям нет. Но есть блокирование доступа к экзамену по оценке накопленной в ходе освоения дисциплины. Блокирование происходит, если в ходе выполнения всех заданий и при учете посещений семинаров средняя оценка, вычисляемая по формуле, меньше 4 баллов. В этом случае к пересдаче экзамена необходимо выполнить индивидуальные задания, чтобы эта оценка стала большей или равной 4 баллам. Повторная сдача заданий не предусматривается.
ИЗ01-ИЗ04
ИЗ01-ИЗ04 — четыре индивидуальных задания повышенной сложности с дополнительными требования для соответствия различным оценкам, включая оценки на 9 и 10 баллов. Все задания трактуются как домашние задания, выполняемые самостоятельно. Экзамен сдается устно по пройденному теоретическому материалу и материалу, рассмотренному на семинарах. Блокирующего элемента по отдельным заданиям нет. Но есть блокирование доступа к экзамену по оценке накопленной в ходе освоения дисциплины. Блокирование происходит, если в ходе выполнения всех заданий и при учете посещений семинаров средняя оценка, вычисляемая по формуле, меньше 4 баллов. В этом случае к пересдаче экзамена необходимо выполнить индивидуальные задания, чтобы эта оценка стала большей или равной 4 баллам. Повторная сдача заданий не предусматривается.
Сем
Сем — посещение семинаров и работа на семинарах. В общем случае оценка от 4 до 10 баллов в зависимости от выполнения требований, связанных с работой на семинарах. Отсутствие на семинаре — 0 баллов. Блокирующего элемента по отдельным заданиям нет. Но есть блокирование доступа к экзамену по оценке накопленной в ходе освоения дисциплины. Блокирование происходит, если в ходе выполнения всех заданий и при учете посещений семинаров средняя оценка, вычисляемая по формуле, меньше 4 баллов. В этом случае к пересдаче экзамена необходимо выполнить индивидуальные задания, чтобы эта оценка стала большей или равной 4 баллам.
Экз
Допуск к экзамену осуществляется при суммарной положительной оценке, получаемой с учетом семинарских занятий, домашних заданий и индивидуальных заданий, приведенных к единичному коэффициенту: access_estimation = ( 0.1 * seminars_estimation + 0.15 * homework_estimation + 0.6 * tasks_estimation ) / 0.85 где access_estimation — неокругленная оценка, которая должна быть не менее 4 баллов, что определяет допуск к сдаче экзамена. В противном случае оценка является блокирующей до пересдачи индивидуальных заданий выполненных на отрицательную оценку.

Промежуточная аттестация

2025/2026 2nd module
0.15 * ДЗ01-ДЗ10 + 0.6 * ИЗ01-ИЗ04 + 0.1 * Сем + 0.15 * Экз

Список литературы

Авторы

Легалов Александр Иванович
Буцкая Евгения Александровна

Программа дисциплины