Přehled studia |
Přehled oborů |
Všechny skupiny předmětů |
Všechny předměty |
Seznam rolí |
Vysvětlivky
Návod
A0B36APO |
Architektura počítačů |
Role: | |
Rozsah výuky: | 2P+2L |
Katedra: | 13135 |
Jazyk výuky: | CS |
Garanti: | |
Zakončení: | Z,ZK |
Přednášející: | |
Kreditů: | 6 |
Cvičící: | |
Semestr: | L |
Webová stránka:
https://cw.felk.cvut.cz/wiki/courses/b35apo/
Anotace:
Předmět studenty seznámí se stavebními prvky počítačových systémů. Předmět přistupuje k výkladu od popisu hardware a tím navazuje na předmět Struktury počítačových systémů, ve kterém se studenti seznámili s kombinačními, sekvenčními obvody a základy stavby procesorů. Po úvodním přehledu funkčních bloků počítače je podrobněji popsána stavba procesoru, jejich propojování, paměťový a vstupně výstupní subsystém až po přehledové seznámení s různými síťovými topologiemi a sběrnicemi.
Během výkladu je brán důrazný zřetel na ozřejmení provázanosti hardwarových komponent s podporou SW, především nejnižších vrstev operačních systémů, ovladačů zařízení a virtualizačních technik.
Obecné principy jsou v další části přednášek rozvedeny na příkladech několika standardních procesorových architektur.
Cvičení jsou v první části zaměřena na detailní seznámení s činností procesoru. Od programování na úrovni procesoru pak postupují k přímé obsluze portů a hardware s využitím programovacího jazyka C.
Výsledek studentské ankety předmětu je zde:
A0B36APO
Cíle studia:
Předmět seznamuje s architekturou počítačů a studenti poznají funkcionalitu jeho typických podsystémů.
Osnovy přednášek:
1. | | Architektura počítače, struktura, organizace a podsystémy. |
Reprezentace, zobrazení a přenos informace (především čísel, IEEE-754) v počítači.
2. | | Procesor - ALU, von Neumannova architektura, formát instrukcí, jednocyklový procesor, řadič a řízení |
3. | | Paměť - hierarchický koncept, technologie pamětí, správa paměti, MMU, vyrovnávací paměti cache, konsistence dat |
4. | | Zřetězené vykonávaní instrukcí, hazardy, vyvažování stupňů zřetězení a časování; Superzřetězení |
5. | | Vstupní a výstupní podsystém počítače, sběrnice, dvoubodové spoje, sítě, PCI a PCI express sběrnice, souvislý režim |
6. | | Sběrnice průmyslových systémů (VME), MULTIBUS, PCIe protokol, důvody přechodu od paralelních k vícekanálovým sériovým sběrnicím s paketovou komunikací, disková úložiště, zabezpečení dat a RAID |
7. | | Technické a organizační prostředky - vnější události, výjimky, reálný čas, přímý přístup do paměti, autonomní kanál |
8. | | Sítě procesorů a počítačů, topologie sítí, komunikace - sítě typu LAN, MAN, WAN, sítě řídicích počítačů |
9. | | Předávání parametrů funkcím a virtuálním instrukcím operačního systému. |
Zásobníkové rámce, registrová okna, přepínání režimů a realizace systémových volání.
10. | | Klasická registrově orientovaná architektura s kompletní instrukční sadou. |
Principy jsou demonstrovány na architektuře FreeScale M68xxx/ColdFire. Ukázka realizace MMU, cache, sběrnice a atd.
11. | | Procesorová rodina INTEL x86, Od 8086 k EMT64. |
Hlavní zaměření na 32-bit a 64-bit režimy s krátkým vysvětlením komplikací způsobených nutností zachování kompatability s 16-bit 8086 a 80286 segmentového přístupu a proč ho současné OS používají v co nejvíce minimalizované formě. Příklad SIMD instrukcí (MMX, SSE).
12. | | Přehled vývoje architektury a koncepcí CPU (RISC/CISC) - |
procesory ARM, ColdFire, SPARC a PowerPC a procesory pro vestavné aplikace
13. | | Mnohaúrovňová organizace počítače, virtuální stroje. |
Konvenční architektura a implementačně závislá mikroarchitektura. Přenositelný bytecode a virtuální programovací prostředí (Java, C#/.Net). Virtualizační techniky (např XEN, VMWARE) a paravirtualizace.
14. | | Prostředky pro styk s technologickým procesem, analogové a diskrétní I/O, sběr a zpracování dat. |
Osnovy cvičení:
1. | | Seznámení s učebnou, základy reprezentace dat, číselné soustavy, opakovací test |
2. | | Reprezentace čísel v počítači a operace s nimi |
3. | | Základní struktura procesoru, instrukční soubor |
4. | | Hierarchický koncept pamětí, cache |
5. | | Pipeline a hazardy |
6. | | Predikce skoků, optimalizace kódu |
7. | | I/O prostor mapovaný do paměti |
8. | | Sběrnice, V/V 9. Písemka, základy programování v jazyce C |
10. | | Semestrální úloha - přístup k periferiím připojeným na sběrnici PCIe (klávesnice, display) |
11. | | Samostatné řešení hlavní úlohy. |
12. | | Samostatné řešení hlavní úlohy. |
13 Odevzdání hlavní úlohy, opravný test.
Literatura:
[1] | | Hennessy, J. L., and D. A. Patterson. Computer Architecture: A Quantitative Approach, 3rd ed. San Mateo, CA: Morgan Kaufman, 2002. |
ISBN: 1558605967.
[2] | | Hennessy, J. L., and D. A. Patterson. Computer Architecture: A Quantitative Approach, 2nd ed. San Mateo, CA: Morgan Kaufman, 1995. |
ISBN: 1558603727.
[3] | | Patterson, D. A., and J. L. Hennessy. Computer Organization and |
Design: The Hardware/Software Interface, 3rd ed. San Mateo, CA: Morgan
Kaufman, 2004. ISBN: 1558606041.
[4] | | Pinker, J.: Mikroprocesory a mikropočítače, BEN |
http://www.ben.cz/_e/all/121158_mikroprocesory-a-mikropocitace.htm
[5] | | Hyde, R.: The Art of Assembly Language, 2003, 928 pp. |
ISBN-10 1-886411-97-2
ISBN-13 978-1-886411-97
http://webster.cs.ucr.edu/AoA/
[7] | | Bach., M., J.: The Design of the UNIX Operating System, |
Prentice Hall, 1986
[8] | | Bayko., J.: Great Microprocessors of the Past and Present |
http://www.cpushack.com/CPU/cpu.html
Požadavky:
Přiměřená znalost jazyka C, základní orientace v oblasti logických a sekvenčních obvodů. Základní znalost práce s příkazovou řádkou a kompilátorem v prostředí splňujícího standard POSIX (např. Linux) je vítaná.
Poznámka:
Předmět je zahrnut do těchto studijních plánů:
Plán |
Obor |
Role |
Dop. semestr |
Stránka vytvořena 3.12.2024 14:51:10, semestry: Z/2025-6, L/2023-4, Z,L/2024-5, připomínky k informační náplni zasílejte správci studijních plánů |
Návrh a realizace: I. Halaška (K336), J. Novák (K336) |