Logo ČVUT
ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
STUDIJNÍ PLÁNY
2019/2020

Pokročilé architektury počítačů

Přihlášení do KOSu pro zápis předmětu Zobrazit rozvrh
Kód Zakončení Kredity Rozsah Jazyk výuky
A8M36ACA Z,ZK 5 2P+2L česky
Předmět nesmí být zapsán současně s:
Advanced Computer Architectures (AE8M36ACA)
Přednášející:
Karel Kočí
Cvičící:
Jan Kaisrlík, Karel Kočí, Joel Matějka
Předmět zajišťuje:
katedra řídicí techniky
Anotace:

Předmět rozšiřuje znalosti studentů v oblasti architektury moderních počítačů. Pozornost věnujeme zejména

problematice paralelismu, implementaci koncepce paralelismu v hardwaru, vytváření paralelního programu, architektuře

soudobých počítačů využívajících paralelismu na úrovni instrukcí a vláken, pokročilému proudovému zpracování

instrukce, paměťovému a perifernímu subsystému a jejich návrhu.

Požadavky:
Osnova přednášek:

1. Úvod do moderní architektury počítačů; počítače řízené tokem instrukcí (control driven) a tokem údajů (data

driven a demand driven). Klasifikace počítačových architektur podle Flynna; Vícejádrové, víceprocesorové a

vícepočítačové systémy, pojem paralelního zpracování. Amdahlův a Gustafsonův zákon. Výkonové metriky.

2. Paralelismus na úrovni instrukcí, vláken, programů a dat. Časový a prostorový paralelismus. Bernsteinovy

podmínky paralelismu, datová a řídicí závislost. Úvod do programování paralelních systémů. Rozvrhování

programů (statické, dynamické) a meziprocesová/meziprocesorová komunikace a synchronizace. Výpočtová

granularita a zrnové balení. Mapování procesů a dat.

3. Programování paralelních systémů II. - použití Message Passing Interface (MPI) a Open Multi-Processing

(OpenMP) pro tvorbu paralelních programů.

4. Programování paralelních systémů III. - využití grafických karet pro paralelní programy - GPU (Graphics

processing unit) a GPGPU (General-purpose computing on GPU).

5. Skalární procesor: Cesta instrukce a dat z vedlejší paměti až k procesoru z pohledu hierarchie pamětí, operačního

systému a procesoru.

6. Predikce, prediktory a předvýběr instrukcí: Statické a dynamické predikce; Smithův prediktor, dvou-úrovňové

prediktory s lokální a globální historií, dvou-módový prediktor, loop-counting prediktory a další.

7. Od skalárního procesoru k superskalárnímu (pokročilé techniky instrukčního toku) Superskalární procesory se

statickým, dynamickým a hybridním plánováním vykonávaní instrukcí.

8. Spelukace: Spekulativní provádění instrukcí a podpora přesného přerušení. Procesory VLIW a EPIC. Využití

datového paralelismu, SIMD a vektorové instrukce v ISA.

9. Multiprocesorové systémy a problém koherence: Architektury multiprocesorových počítačů. Systémy s

distribuovanou a sdílenou pamětí (DMS, SMS). Architektury symetrických multiprocesorových počítačů (SMP).

Způsoby zajištění koherence v SMP. Pravidla pro provádění paměťových operací, zajištění sekvenční

konzistence, slabší modely paměťové konzistence, directories.

10. Časový a prostorový paralelizmus v praxi: Ukázka vybraných partií na procesoru Intel Nehalem.

11. Superpočítače dnešní doby: Masívně paralelní procesory (MPP) a clustery, Superpočítače na bázi GPU;

Propojovací sítě - statické a dynamické.

12. Architektura I/O podsystému. Aktuální sběrnice. Způsoby propojení procesoru, paměti a periférií uvnitř systémů

na čipu (SoC). Vyrovnávací paměti v I/O podsystému, způsoby implementace sdíleného přístupu.

13. Realizace moderního IO podsystému (NUMA architektury), HyperTransport, Quick Path Interconnect.

14. Perspektivy a omezení dalšího rozvoje

Osnova cvičení:
Cíle studia:
Studijní materiály:

1. Hennesy, J. L., Patterson, D. A.: Computer Architecture : A Quantitative Approach, Third Edition, San

Francisco, Morgan Kaufmann Publishers, Inc., 2002

2. Shen, J.P., Lipasti, M.H.: Modern Processor Design : Fundamentals of Superscalar Processors, First Edition,

New York, McGraw-Hill Inc., 2004

3. Grama A., Gupta, A. et al.: Introduction to Parallel Computing, Second Edition, Addison Wesley, 2003

Poznámka:
Rozvrh na zimní semestr 2019/2020:
06:00–08:0008:00–10:0010:00–12:0012:00–14:0014:00–16:0016:00–18:0018:00–20:0020:00–22:0022:00–24:00
Po
Út
St
Čt

místnost KN:E-126
Kočí K.
11:00–12:30
(přednášková par. 1)
Karlovo nám.
Trnkova posluchárna K5
místnost KN:E-2
Kaisrlík J.
12:45–14:15
(přednášková par. 1
paralelka 101)

Karlovo nám.
Laboratoř PC
Rozvrh na letní semestr 2019/2020:
Rozvrh není připraven
Předmět je součástí následujících studijních plánů:
Platnost dat k 14. 12. 2019
Aktualizace výše uvedených informací naleznete na adrese http://bilakniha.cvut.cz/cs/predmet2699006.html