priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2024-67-6-467-474pribor-53Research ArticleИНФОРМАТИКА И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫINFORMATICS AND INFORMATION PROCESSESИспользование программных моделей учебных ЭВМ при изучении организации и архитектуры вычислительных средствUsing software models of educational computers in studying computing tools organization and architectureАверьяновА. В.AveryanovA. V.

Алексей Васильевич Аверьянов — канд. техн. наук,  кафедра информационно-вычислительных систем и сетей, доцент

Санкт-Петербург

Aleksey V. Averyanov — PhD, Associate Professor, Department of Information Systems and Networks

St. Petersburg

aver957@mail.ruКошельИ. Н.KoshelI. N.

Игорь Николаевич Кошель — канд. техн. наук, кафедра информационно-вычислительных систем и сетей

Санкт-Петербург

Igor N. Koshel — PhD, Associate Professor, Department of Information Systems and Networks, Head of the Facult

St. Petersburg

kin1470@mail.ruШульгинА. Н.ShulyginA. N.

Альберт Николаевич Шульгин — канд. техн. наук, кафедра информационно-вычислительных систем и сетей

Санкт-Петербург

Albert N. Shulygin PhD, Associate Professor, Department of Information Systems and Networks, Lecturer

St. Petersburg

alex_grid69@mail.ruВоенно-космическая академия им. А.Ф. МожайскогоA.F. Mozhaisky Military Space Academy202425112024676467474Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20242024Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/53

Предложены программный эмулятор учебной цифровой вычислительной машины и программный симулятор учебного цифрового процессора, обеспечивающие развитие основных принципов построения и функционирования средств вычислительной техники, реализованных в лабораторной установке-тренажере „Учебная цифро вая вычислительная машина“. Современные процессоры, микропроцессоры и их программное обеспечение являются исключительно сложными объектами для изучения и практического освоения. Одним из магистральных направлений в преодолении этой проблемы в вузах является использование на начальных этапах обучения основам информационных технологий тренажеров и программных моделей учебных ЭВМ. Предложенные программные модели, обладая сравнительной простотой и наглядным визуальным интерфейсом, помогают обучающимся успешно освоить базовые понятия организации и архитектуры ЭВМ, такие как: система команд, форматы команд и данных, представление данных, способы адресации, основы специального кодирования чисел.

A software emulator of an educational digital computer and a software simulator of an educational digital processor are proposed, ensuring the development of the basic principles of construction and operation of computer equipment implemented in the laboratory simulator “Educational Digital Computer”. Modern processors, microprocessors and their software are extremely complex objects to study and practically master. One of the main directions in overcoming this problem in universities is the use of simulators and software models of educational computers at the initial stages of teaching the basics of information technology. The proposed software models, provided with comparative simple and a clear visual interface, help students successfully master the basic concepts of computer organization and architecture, such as command system, command and data formats, data representation, addressing methods, and the basics of special number coding.

учебная электронная вычислительная машинапрограммный эмуляторпрограммный симуляторсистема командпроцессорпрограммирование в машинных кодахпрактические и лабораторные занятияeducational electronic computersoftware emulatorsoftware simulatorcommand systemprocessorprogramming in machine codespractical and laboratory classesReferencesВычислительные машины и системы / Под ред. проф. В. А. Смагина. СПб: МО РФ, 1998. 342 с.Smagin V. A., ed., Vychislitel’nyye mashiny i sistemy (Computers and Systems), St. Petersburg, 1998, 342 р. (in Russ.)Учебная ЦВМ. Руководство к практическим занятиям. СПб: ВИКА им. А.Ф. Можайского, 1980. 78 с.Uchebnaya tsifrovaya vychislitel’naya mashina. Rukovodstvo k prakticheskim zanyatiyam (Educational Digital Computer. Guide to Practical Exercises), St. Petersburg, 1980, 78 р. (in Russ.)Гребнев В. В., Молчанов О. Е. Основы теории вычислительных машин. Ч. 3. Л.: ВИКИ им. А.Ф. Можайского, 1979. 125 с.Grebnev V. V., Molchanov O. E. Osnovy teorii vychislitel’nykh mashin (Fundamentals of the Theory of Computers), Leningrad, 1979, Pt. 3, 125 р. (in Russ.)Кузьмичев В. А., Молчанов О. Е. Эмулятор учебной ЦВМ // Современные тенденции в образовании и науке: сб. науч. тр. по матер. Междунар. науч.-практ. конф. 28 декабря 2012 г. Ч. 3. Тамбов: „Бизнес-Наука-Общество“, 2013. 163 с.Kuzmichev V. A., Molchanov O. E. Sovremennyye tendentsii v obrazovanii i nauke (Modern Trends in Education and Science), Collection of Scientific Papers Based on the Materials of the International Scientific and Practical Conference, December 28, 2012, Tambov, Pt. 3, 2013, 163 р. (in Russ.)Аверьянов А. В., Молчанов О. Е., Белая Т. И. Имитационное моделирование процесса функционирования универсальной цифровой вычислительной машины с программным управление м// Научный обозреватель (науч.-аналит. журн.). 2015. № 3(51). С. 35–39.Averyanov A. V., Molchanov O. E., Belaya T. I. Nauchnyy obozrevatel’ (nauchno-analiticheskiy zhurnal), 2015, no. 3(51), pp. 35–39. (in Russ.)Белая Т. И., Молчанов О. Е., Казанцев Д. И. Моделирование различных режимов работы ЭВМ на имитационной модели „УЦВМ“ // Журнал научных и прикладных исследований. 2015. № 5. С. 116–118.Belaya T. I., Molchanov O. E., Kazantsev D. I. Journal of Scientific and Applied Research, 2015, no. 5, pp. 116–118. (in Russ.)Свид-во о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2017617992. Программный эмулятор учебной цифровой вычислительной машины (эмулятор Молчанова) / В. А. Кузьмичёв, О. Е. Молчанов, А. В. Аверьянов, Т. И. Белая. Заяв. № 2017612340, зарег. 19.07.2017.Certificate on the state registration of the computer programs 2017617992, Programmnyy emulyator uchebnoy tsifrovoy vychislitel’noy mashiny (emulyator Molchanova) (Software Emulator for Educational Digital Computers (Molchanov Emulator)), V. A. Kuzmichev, O. E. Molchanov, A. V. Averyanov, T. I. Belaya, Application 2017612340, Published 19.07.2017. (in Russ.)Аверьянов А. В., Белая Т. И., Молчанов О. Е. Анализ программных моделей учебных ЭВМ с использованием принципа Парето // Естественные и технические науки. 2016. № 6. С. 160–164.Averyanov A. V., Belaya T. I., Molchanov O. E. Natural and technical sciences, 2016, no. 6, pp. 160–164. (in Russ.)Аверьянов А. В., Кошель И. Н., Кузнецов В. В., Нгуен В. Т. Статистическое оценивание метрик машинных команд ЭВМ и реализующих их микрокоманд на основе анализа Парето // Изв. вузов. Приборостроение. 2023. Т. 66, № 4. С. 259–265.Averyanov A. V., Koshel I. N., Kuznetsov V. V., Nguyen V. T. Journal of Instrument Engineering, 2023, no. 4(66), pp. 259–265, DOI: 10.17586/0021-3454-2023-66-4-259-265. (in Russ.)Аверьянов А. В., Эсаулов К. А. Тестовый контроль в высшем учебном заведении знаний обучающихся по направлению „Информатика и вычислительная техника“ // Вопросы образования и науки: теоретический и методические аспекты: сб. науч. тр. Ч. 5. Тамбов: „Бизнес-Наука-Общество“, 2012. 164 с.Averyanov A. V., Esaulov K. A. Voprosy obrazovaniya i nauki: teoreticheskiy i metodicheskiye aspekty (Issues of Education and Science: Theoretical and methodological aspects), Collection of Scientific Works, Tambov, 2012, Part 5, 164 р. (in Russ.)Шульгин А. Н. Программный симулятор учебного цифрового процессора. Руководство пользователя. СПб: ВКА им.А.Ф. Можайского, 2023. 19 с.Shulgin A. N. Programmnyy simulyator uchebnogo tsifrovogo protsessora. Rukovodstvo pol’zovatelya (Software Simulator of Educational Digital Processor. User Guide), St. Petersburg, 2023, 19 р. (in Russ.)Лутц М. Программирование на Python. Т. I. СПб: Символ-Плюс, 2011. 992 с.Lutz M. Programming Python, O’Reilly Media, Inc., 2010.Жмакин А. П. Архитектура ЭВМ. СПб: БХВ-Петербург, 2010. 352 с.Zhmakin A. P. Arkhitektura EVM (Computer Architecture), St. Petersburg, 2010, 352 р. (in Russ.)Басыров А. Г. Организация ЭВМ и систем: практикум. СПб: ВКА им. А.Ф. Можайского, 2012. 83 с.Basyrov A. G. Organizatsiya EVM i sistem: praktikum (Organization of Computers and Systems: Workshop), St. Petersburg, 2012, 83 р. (in Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.