Struktura a architektura počítačů

Přednášející:

Cvičící:

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

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Informační technologie - 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 až 2019 (povinný předmět programu)
• Bc. obor Bezpečnost a informační technologie, verze 2015 až 2019 (povinný předmět programu)
• Bc. obor Teoretická informatika, verze 2015 až 2019 (povinný předmět programu)
• Bc.obor Počítačové inženýrství, verze 2015 až 2019 (povinný předmět programu)
• Bakalářský obor Informační systémy a management, verze 2015 až 2019 (povinný předmět programu)
• Bakalářský obor Znalostní inženýrství, verze 2015, 2016 a 2017 (povinný předmět programu)
• Bakalářský obor WSI, zaměření Softwarové inženýrství, verze 2015 až 2019 (povinný předmět programu)
• Bakalářský obor WSI, zaměření Webové inženýrství, verze 2015 až 2019 (povinný předmět programu)
• Bakalářský obor WSI, zaměření Počítačová grafika, verze 2015 až 2019 (povinný předmět programu)
• Bakalářský obor Znalostní inženýrství, verze 2018 až 2019 (povinný předmět programu)