Struktura a architektura počítačů

Přednášející:

Hana Kubátová (gar.)

Cvičící:

Hana Kubátová (gar.), Jaroslav Borecký, Martin Daňhel, Pavel Dohnal, Petr Fišer, Peter Guľa, Robert Hülle, Zbyněk Jakš, Stanislav Jeřábek, Zuzana Jiránková, Miroslav Kallus, Martin Kohlík, Pavel Kubalík, Libor Kuchař, Martin Novotný, Vojtěch Pail, Jan Řezníček, Daniel Vančura, Tomáš Zimmerhakl

Předmět zajišťuje:

katedra číslicového návrhu

Anotace:

Studenti zvládnou základní jednotky číslicového počítače, porozumějí jejich struktuře, funkci, způsobu realizace (aritmeticko-logická jednotka, řadič, paměť, vstupy, výstupy, způsoby uložení dat a jejich přenosu mezi jednotkami). Logický návrh a realizace programem řízeného jednoduchého procesoru je prakticky realizováno v laboratoři na moderních prostředcích číslicového návrhu.

Požadavky:

Základní znalost fyzikálních principů zvláště číslicových obvodů (spínací režim transitorů, způsob realizace registrů, princip uložení informace do paměťového prvku), základy diskrétní matematiky (číselné soustavy, Boolova algebra).

Osnova přednášek:

1. Úvod, základní architektura počítače, zobrazení dat.

2. Logické obvody, formy jejich popisu, kombinační obvody a jejich realizace na úrovni hradel.

3. Sekvenční obvody a jejich realizace. Synchronní návrh, příklady praktické realizace pomocí hradel a klopných obvodů. Rozdíl mezi Mealyho a Moore automatem.

4. Typické kombinační a sekvenční obvody v číslicových počítačích - jejich realizace (kodéry, sčítačky, čítače, registry).

5. Data, jejich zobrazení a zpracování.

6. Aritmetické operace s čísly se znaménkem. Pevná a pohyblivá řádová čárka.

7. Realizace aritmetických operací.

8. Instrukce a strojový kód.

9. Architektura souboru instrukcí. Návrh procesoru.

10. Paměti: struktura paměťového obvodu, statická a dynamická paměť.

11. Paměťový systém počítače. Periferní zařízení.

12. Základní typy procesorů a jejich implementace.

Osnova cvičení:

1. Sčítačka, hradla, realizace v přípravku.

2. Booleova algebra, minimalizace, hradla.

3. Kombinační obvody, převodníky.

4. Minimalizace, realizace pomocí hradel, logické funkce.

5. Sekvenční obvody, čítač, detekce správné posloupnosti.

6. Sekvenční návrh, graf přechodů, tabulka, realizace D klop. obvodem a hradly.

7. Architektura AVR procesoru, první vzorový program.

8. Aritmetika, sčítání, záporná čísla, přetečení, doplňkový kód.

9. Program - posuvy, ASCII.

10. Test, zadáni dom. úkolu, asembler.

11. Práce na dom. úkolu - zobrazeni na displeji

12. Programy na aritmetiku, posuvy a zobrazeni na periferie.

13. Předvedení výsledků. Zápočet.

Cíle studia:

Předmět poskytuje základní znalost principů, jak je postaven číslicový počítač, jakým způsobem se v něm realizují operace, co je to strojový kód a jaká je vazba na vyšší programovací jazyky.

Studijní materiály:

1. Kubátová, H., Blažek, Z. Logické systémy: Cvičení. Praha: ČVUT, 1994. ISBN 80-01-01227-1.

2. Kubátová, H.: Struktura a architektura počítačů s řešenými příklady. Praha: ČVUT, 2016.

Poznámka:

Rozsah=prednasky+proseminare+cviceni:2p+1r+2c

Rozvrh na zimní semestr 2018/2019:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2018/2019:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Informační technologie - verze pro ty, kteří se zapsali v roce 2012 (povinný předmět programu)
• Informatika, plán pro fázi studia bez oboru - verze pro ty, kteří se zapsali v roce 2013 (povinný předmět programu)
• Web a multimedia - verze pro ty, kteří se zapsali v roce 2013 (povinný předmět programu)
• Teoretická informatika - verze pro ty, kteří se zapsali v roce 2013 (povinný předmět programu)
• Informační technologie - verze pro ty, kteří se zapsali v roce 2013 (povinný předmět programu)
• Softwarové inženýrství - verze pro ty, kteří se zapsali v roce 2013 (povinný předmět programu)
• Informační systémy a management - verze pro ty, kteří se zapsali v roce 2013 (povinný předmět programu)
• Informatika, plán pro fázi studia bez oboru - verze pro ty, kteří se zapsali v roce 2014 (povinný předmět programu)
• Web a multimedia - verze pro ty, kteří se zapsali v roce 2014 (povinný předmět programu)
• Teoretická informatika - verze pro ty, kteří se zapsali v roce 2014 (povinný předmět programu)
• Informační technologie - verze pro ty, kteří se zapsali v roce 2014 (povinný předmět programu)
• Počítačové inženýrství - verze pro ty, kteří se zapsali v roce 2014 (povinný předmět programu)
• Softwarové inženýrství - verze pro ty, kteří se zapsali v roce 2014 (povinný předmět programu)
• Informační systémy a management - verze pro ty, kteří se zapsali v roce 2014 (povinný předmět programu)
• Bc. program Informatika, studijní plán pro fázi studia bez oboru, verze 2015, 2016, 2017 a 2018 (povinný předmět programu)
• Bc. obor Bezpečnost a informační technologie, verze 2015, 2016, 2017 a 2018 (povinný předmět programu)
• Bc. obor Teoretická informatika, verze 2015, 2016, 2017 a 2018 (povinný předmět programu)
• Bc.obor Počítačové inženýrství, verze 2015, 2016, 2017 a 2018 (povinný předmět programu)
• Bakalářský obor Informační systémy a management, verze 2015, 2016, 2017 a 2018 (povinný předmět programu)
• Bakalářský obor Znalostní inženýrství, verze 2015, 2016 a 2017 (povinný předmět programu)
• Bakalářský obor WSI, zaměření Softwarové inženýrství, verze 2015, 2016, 2017 a 2018 (povinný předmět programu)
• Bakalářský obor WSI, zaměření Webové inženýrství, verze 2015, 2016, 2017 a 2018 (povinný předmět programu)
• Bakalářský obor WSI, zaměření Počítačová grafika, verze 2015, 2016, 2017 a 2018 (povinný předmět programu)
• Bakalářský obor Znalostní inženýrství, verze 2018 (povinný předmět programu)